Quantification des débits de fuite dans le cas d'un dispositif d'étanchéité

Le cas classique où la géomembrane repose en contact direct avec la barrière minérale d’argile compactée est étudié dans ce paragraphe.

Chapitre IV – Expérimentations hydrauliques d’écoulements dans les dispositifs d’étanchéité

La surface H dont le choix a été justifié dans la partie 5.1.2.2 a été utilisée pour reproduire l’état de surface de barrière minérale de site dans les colonnes expérimentales de dimension métrique, suivant le protocole décrit dans le paragraphe 5.1.2.3. La géomembrane puis la couche drainante ont été ensuite mises en place, la contrainte mécanique a été appliquée et la mesure hydraulique du débit d'interface à travers le défaut de la géomembrane a été enregistrée tel que décrit dans la partie 3.2.

Un premier essai a été réalisé sous 6 kPa de contrainte, ce qui correspond à l’application de la force exercée par la couche granulaire surmontée du disque d’acier d’une masse de 200 kg, sans contrainte supplémentaire exercée par la presse.

Le vase de Mariotte de grande capacité (40 L) a été utilisé pour cet essai, rempli d’eau distillée teintée par du Bleu de Coomassie à raison de 1 g.L-1 en fin d’essai pour visualiser les écoulements. Le dispositif expérimental en cours de mesure est identique à celui de la colonne centrale visible sur la figure IV-4, mis à part la présence du colorant bleu dans le vase de Mariotte.

Rappellons que dans ces essais hydrauliques, l’écoulement est libre de quitter l’interface par la périphérie des colonnes. Les observations d’apparition d’écoulement périphérique sont reportées sur les feuilles de mesure de débit car il s’agit d’une information sur la vitesse du flux d’interface. La figure IV-24 est une photographie sur laquelle on voit nettement le colorant bleu s’étant écoulé à l’interface apparaître en périphérie du système. La surface de l’argile marquée au bleu suite à cet essai est celle visible sur la figure III-4.

Chapitre IV – Expérimentations hydrauliques d’écoulements dans les dispositifs d’étanchéité

Figure IV-24 : Ecoulements d’eau colorée au bleu de Coomassie en périphérie d’une interface de dispositif d’étanchéité composite reproduit au laboratoire.

Le débit d'interface suivi en amont a été mesuré pendant 90 minutes environ car le débit était important et la capacité du vase n’offrait pas la possibilité de prolonger la mesure. La baisse du niveau dans le vase a été mesurée avec une fréquence de 2 minutes. L’évolution temporelle du débit d'interface est présentée sur la figure IV-25.

1.E-06 1. 1.E 0 20 40 60 80 100 temps (min) Débit de fuite (m 3 .s -1 ) 10-6 -04

Eau distillée Bleu Coomassie 10-4

E-05₁₀-5

Figure IV-25 : Évolution du débit d'interface à travers le défaut pour un dispositif d’étanchéité composite soumis à 6 kPa

L’allure du débit mesuré indique que le régime d’écoulement semble atteindre un état permanent ou pseudo-permanent après 90 minutes d’essai, le débit étant stabilisé à une valeur de 8×10-6 _m3_.s-1_{. Un écoulement périphérique a été observé environ 1 minute après} l’application de la charge hydraulique. L’écoulement d’interface a donc eu lieu très rapidement. Sur une durée de 90 minutes, on peut considérer que le flux dans la barrière argileuse est négligeable étant donné sa faible perméabilité. Le débit d’écoulement dans l’interface est donc égal au débit traversant le défaut dans la géomembrane.

Suivant le même principe de mesure, le débit a été suivi sur un dispositif semblable soumis à une contrainte mécanique de 64 kPa, ce qui représente la présence d’une couche de 7 m de déchets compactés au-dessus du système d’étanchéité-drainage.

Les débits qui ont été obtenus sont très faibles, car sous l’effet de la contrainte mécanique l’interface a été réduite et l’espace disponible pour l’écoulement de fluide a été considérablement rétréci. Par conséquent, le plus petit vase de Mariotte a été utilisé pour réaliser la mesure et la durée de l’essai a été bien plus longue que précédemment, se prolongeant pendant 4 mois. La fréquence de mesure adoptée a été journalière, sauf pendant les fins de semaines. Le colorant a été ajouté à l’eau distillée dès le début de l’essai.

Chapitre IV – Expérimentations hydrauliques d’écoulements dans les dispositifs d’étanchéité 1.0E-13 5.1E-12 1.0E-11 1.5E-11 2.0E-11 2.5E-11 05/12/03 15/12/03 25/12/03 04/01/04 14/01/04 24/01/04 03/02/04 13/02/04 23/02/04 04/03/04 14/03/04 24/03/04 03/04/04 13/04/04 23/04/04 03/05/04 temps débit de fuite (m 3 .s -1 ) 1,0×10-13 5,0×10-12 1,0×10-11 1,5×10-11 2,0×10-11 2,5×10-11 3,0×10-11

Figure IV-26 : Évolution du débit d'interface à travers le défaut pour un dispositif d’étanchéité composite soumis à 64 kPa

L’analyse de la figure IV-26 montre que les débits enregistrés sont très faibles, de l’ordre de 5×10-12 _m3_.s-1 _{et qu’ils évoluent peu au cours des 4 mois de la durée de l’essai. Pour} vérifier que la baisse de niveau dans le vase n’est pas due à une éventuelle évaporation, le niveau du liquide dans un tuyau placé verticalement à proximité de l'essai, ouvert à une extrémité à l’air libre, à été suivi tout au long de l’essai. Cette vérification a permis d’assurer que les débits qui ont été mesurés sont significatifs d’une infiltration et non un artéfact.

La réduction du débit d'interface dans une même étanchéité composite soumise à deux contraintes mécaniques différentes, par un facteur de l’ordre de 106, s’explique par la fermeture de l’interface. En effet, sous l’action des forces appliquées, la géomembrane et la surface du sol argileux se déforment toutes deux, les zones de contact sont accrues et l’épaisseur de l’interface diminue dans les zones qui demeurent ouvertes. La déformation du sol argileux et de la géomembrane sous l’effet de l’augmentation de la contrainte de 6 kPa (pas de force appliquée par la presse) à 64 kPa (presse en fonctionnement) est illustrée par la figure IV-27.

Chapitre IV – Expérimentations hydrauliques d’écoulements dans les dispositifs d’étanchéité

Déformation de la surface de la barrière d’argile compactée d c b a Déformation de la géomembrane

Figure IV-27 : Déformations provoquées sur la surface argileuse et sur la géomembrane par l’augmentation de la contrainte de 6 kPa (a et c) à 64 kPa (b et d)

L’effet de la contrainte mécanique sur le sol argileux est d’effacer partiellement la topographie (figure IV-27 a et b). La géomembrane, quant à elle, voit sa surface déformée sous contrainte (figure IV-27 d) par le contact avec les granulats. La force appliquée par la presse a donc été retransmise à la géomembrane non pas sur l’ensemble de sa surface de façon

Chapitre IV – Expérimentations hydrauliques d’écoulements dans les dispositifs d’étanchéité

homogène, mais plutôt par une fraction de la surface localisée au niveau des points de contact granulats-géomembrane, où les contraintes sont probablement concentrées.

Nous avons donc obtenu les débits de fuite traversant le défaut de la géomembrane pour deux essais réalisés dans les mêmes conditions hydrauliques, pour un même état de sol reproduit d’après la surface H prélevée sur site, mais sous deux contraintes distinctes. Le protocole d’acquisition de la géométrie de l’interface a été appliqué à la suite aux mesures hydrauliques et, après mesure par rugosimétrie laser, nous disposons des données d’ouvertures pour ces deux interfaces. Ces données d’ouverture ont été utilisées pour réaliser des simulations numériques à partir du modèle et du code de calcul décrit dans le chapitre III et dont les résultats seront présentés dans le chapitre V.

6.3.3 Quantification des débits de fuite dans le cas du dispositif d’étanchéité composite