Les géosynthétiques sont devenus des auxiliaires indispensables dans la réalisation d'ouvrages en terre. Étanchéité, drainage, renforcement mécanique, aide à la végétalisation, anti-érosion, ces matériaux synthétiques, sous forme de membranes, de grilles, de filets, de composites, présentent une large gamme de fonctions. Ils se marient aux matériaux naturels au sein d'ouvrages pérennes dans une logique de développement durable.
Les géosynthétiques sont devenus des auxiliaires indispensables dans la réalisation d’ouvrages en terre. Étanchéité, drainage, renforcement mécanique, aide à la végétalisation, anti-érosion, ces matériaux synthétiques, sous forme de membranes, de grilles, de filets, de composites, présentent une large gamme de fonctions. Ils se marient aux matériaux naturels au sein d’ouvrages pérennes dans une logique de développement durable.
Les géosynthétiques sont devenus indispensables dans les secteurs de l'eau et du génie civil et ouvrent des applications multiples à ces matériaux. Étancher, drainer, les deux fonctions sont souvent associées dans les ouvrages exposés aux précipitations pour les protéger. Les géosynthétiques s’étalent en grand pour stocker l'eau, la collecter et éviter la pollution des nappes phréatiques, étancher les centres de stockage des déchets. Ils protègent aussi de l'érosion des terrains, qui dégrade les talus et génère des flux de boue parfois dangereux.
Si les techniques de construction classiques répondent à beaucoup de besoins, l'utilisation des géosynthétiques apporte des avantages décisifs pour créer des ouvrages ou en réhabiliter. Les géosynthétiques sont mis en œuvre depuis une cinquantaine
d'années et leur développement s’accélère depuis une décennie grâce aux économies substantielles, y compris en termes de développement durable. « Utiliser des géosynthétiques, c'est gagner du temps dans la réalisation des ouvrages, économiser des matériaux de carrière, supprimer des trajets de camions donc émettre moins de gaz carbonique, éviter l’encombrement des routes » affirme Alain Herault, responsable technique chez Colbond, société produisant des géocomposites.
Yves Durkheim, d’Afitex, également vice-président du CFG (Comité Français des Géosynthétiques), illustre : « sur l’un de nos chantiers avec drainage en soubassement d’un parc de stationnement de 10 000 m², grâce à un géocomposite, les gains en émission de gaz à effet de serre se montent à 87 %, notamment en évitant de creuser une fouille de 50 cm, donc des trajets de camions. Tous les chantiers ne conduisent pas à de telles économies, mais elles sont importantes, sans oublier la gêne évitée aux riverains ».
Jean-Luc Michaux, responsable technique de la société Terageos, confirme que « Dans une décharge de 10 000 m², l’utili-…»
Associer renfort et drainage
Le ParaDrain de Maccaferri associe une géogrille de renforcement ParaGrid à des géotextiles en fil continu non tissés thermosoudés aux propriétés filtrantes. La fonction de renforcement est fournie par les fils en polyester à haute ténacité enrobés d'une gaine en polyéthylène durable profilée de manière à fournir un canal de drainage.
Le ParaDrain est préconisé pour les applications traditionnelles en géogrilles mais dans des conditions où le remblai à renforcer présente de faibles propriétés de drainage.
Il s'agit de sols à très forte teneur en particules fines dont la résistance au cisaillement et les caractéristiques d'adhérence du renfort sont altérées par la présence d'eau.
Grâce à son pouvoir drainant, le ParaDrain permet à l'eau emprisonnée dans le sol de se dissiper rapidement, permettant ainsi de renforcer le sol, d'améliorer son adhérence avec le renfort et d'obtenir une stabilisation du sol plus rapide et plus efficace.
Il permet d'utiliser en remblai des matériaux du site en principe non recommandés qui seraient sinon remplacés par de la terre de meilleure qualité.
Le ParaDrain est préconisé pour les applications structurelles de longue durée (50-120 ans en fonction des règles en vigueur).
Il est couramment utilisé pour le renforcement de remblais à forte pente.
L'utilisation d'un géocomposite drainant Teradrain en remplacement d’une couche de 30 cm de matériaux granulaires permet d’économiser l’apport de 150 camions de matériaux de carrière, et de gagner 3 % de volume de stockage supplémentaire ! L'arrivée de la Directive-cadre européenne sur l'eau, en imposant des ouvrages de collecte des eaux de ruissellement mais aussi le développement de l’enneigement artificiel dans les stations de ski ou des toitures végétalisées, a accéléré l'utilisation des géosynthétiques. Les voies de communication routières et ferroviaires, les aéroports exposés aux précipitations sont confrontés aux effets de l'eau, directement ou par les effets négatifs sur la stabilité des sols. La réhabilitation d’ouvrages est aussi un débouché pour les géosynthétiques.
Les réalisations font souvent appel à plusieurs types de géosynthétiques pour constituer un système, calculable avec des logiciels, au sein d'un ouvrage (bassin, talus, CSD). La technicité des produits, la pérennité des réalisations, la particularité d'un site exigent une conception détaillée. À tel point qu’on dépasse souvent largement la simple vente d'un géosynthétique : « Nous ne fournissons pas seulement des produits mais des solutions complètes et les technologies associées, comme le suivi des ouvrages dans le temps », indique Olivier Artières, responsable des produits TenCate GeoDetect®.
Les géosynthétiques exigent une mise en œuvre irréprochable. D'où l'effort de normalisation des produits et de certification des personnes et sociétés qui les mettent en œuvre grâce à la concertation entre maîtres d’ouvrage, fabricants et poseurs au sein de structures comme le CFG, l'ASQUAL et leurs homologues internationaux. Sur ce
À ce point, la France est en avance, d'autres pays reprenant ces référentiels (voir encadré certification).
Les géosynthétiques : une multiplicité de produits
L’appellation géosynthétiques recouvre de nombreux produits, constitués de matériaux différents, sous une diversité de formes, utilisés seuls ou en association dans des ouvrages de terre et granulats. L’IGS International Geosynthetics Society a édité des fiches simples, reprises en français par le CFG Comité Français Géosynthétique, décrivant la classification et les fonctions. Les fonctions classiques sont la séparation entre couches de matériaux de granulométries différentes pour éviter la migration des fines, la filtration (passage de l'eau uniquement), le drainage de l’eau pour éviter son accumulation, le renforcement mécanique (accroître la résistance aux mouvements de fondations, de remblais, de digues), le confinement de fluides, liquides et gaz (notamment dans les centres d’enfouissement techniques) et le contrôle de l’érosion.
Les géotextiles sont des nappes continues de fibres ou filaments tissés ou non-tissés voire tricotés ; ces nappes souples et perméables sont d’usage général pour la séparation, la filtration, le drainage, le renforcement et le contrôle de l'érosion. Les géogrilles pour le renforcement des sols sont constituées de fils, joncs, câbles… espacés de quelques centimètres. On distingue les grilles uniaxiales constituées de fils parallèles très résistants reliés par des fils moins résistants en perpendiculaire et les grilles biaxiales pour un renfort homogène. Les géofilets, au maillage plus serré, forment une nappe avec une certaine porosité facilitant la migration de fluides. Les géomembranes sont des nappes continues, souples pour l’étanchéité et le confinement des liquides et des gaz.
Les géocomposites sont des produits plus élaborés associant plusieurs géosynthétiques pour combiner des propriétés. On obtient un drainage important avec une âme drainante épaisse (quelques centimètres) associée à une ou deux nappes filtrantes ou une membrane. Dans les géosynthétiques bentonitiques, la fonction barrière est assurée par la bentonite (argile colloïdale retenant l'eau) insérée entre deux géotextiles. Spécialiste dans le domaine de l’étanchéité, Naue Applications propose des solutions en étanchéité naturelle par le procédé Bentofix ou par membranes synthétiques issues de productions certifiées ISO 9001 : Bentofix® : Géotextiles bentonitiques aiguilletés. L’IGS mentionne aussi les géotuyaux de drainage, les géosynthétiques alvéolaires pour confiner de la terre dans un maillage cellulaire, les géomousses, blocs épais de mousse de polystyrène.
Le groupe Rénolit Alkorplan propose une large gamme de géomembranes en PVC pour l’étanchéité et la conservation de l’eau pour toutes sortes d'usages : eau potable, irrigation, plans d’eau.
Auscultation in situ grâce aux fibres optiques
Une révolution dans le suivi d’ouvrages comme les digues, les remblais, talus, voies ferrées est en cours. TenCate développe depuis 2000 les systèmes à fibres optiques TenCate GeoDetect®. C'est la convergence des besoins des grands maîtres d'ouvrage comme la SNCF, de l'apparition de fibres optiques comme capteurs et de l'arrivée d'une électronique performante de traitement du signal et des logiciels de traitement. « Tous les calculs partent d'hypothèses et comportent des incertitudes. Il reste une part d’inconnu et l'auscultation des ouvrages au cours de leur vie est indispensable. Particulièrement les ouvrages en terre, d'autant plus lorsqu'ils sont en zones difficiles ou sujets à des phénomènes aléatoires » explique Olivier Artières de TenCate.
Aujourd'hui, dans le monde, une trentaine d'ouvrages sont instrumentés. Ceci est intéressant pour les ouvrages linéaires, digues, voies ferrées pour le suivi en temps réel ou pour un suivi annuel de déformation. Deux principes aux performances complémentaires sont utilisés : les réseaux de Bragg et la rétrodiffusion de lumière, celle-ci pouvant ausculter jusqu’à 30 km de linéaire avec une précision de localisation au mètre pour détecter des déformations et des variations de température à 0,1 °C près et, par interprétation, des circulations de fluides (gaz, eau). Pour une réhabilitation de digues, plutôt que de renforcer uniformément, à budget égal voire inférieur, il est préférable d'instrumenter l'ouvrage, de le suivre, et de ne renforcer qu'aux endroits critiques. Le coût par mètre posé (sans instrumentation) est de 20 à 30 €/m sur de grandes longueurs. Pour des ouvrages plus limités de quelques dizaines de mètres, une bande avec fibre optique déroulée dans le sol coûte environ 3500 € plus l'appareil interrogateur (15 à 20 k€), qui peut ne pas rester à demeure. TenCate propose la prestation de mesure.
Outre les produits industriels « standardisés » sur catalogue, « Il existe des produits spécifiques sur mesure, dimensionnés pour un chantier particulier et ainsi profiter de la souplesse d’association des composants pour réaliser un géocomposite » précise Alain Hérault qui remarque aussi que certains produits sont « détournés » de leur usage initial : on trouve des géocomposites comme lits de filtration d’eau dans des bassins de décantation. Ces géosynthétiques passifs une fois mis en œuvre au sein d’un ouvrage, deviennent communicants et sources d'information pour surveiller des déplacements, des arrivées d'eau, « surtout quand ces ouvrages reposent sur des terrains meubles ou instables, dont les mouvements peuvent endommager gravement l'ouvrage. D'où nos produits TenCate GeoDetect® intégrant des fibres optiques pour la surveillance et l’intervention au plus tôt » affirme Olivier Artières de TenCate. C'est le cas des ouvrages linéaires : canaux pour l'irrigation, plateformes routières, ferroviaires grands consommateurs de géosynthétiques.
Il existe aussi des géotextiles dédiés à des emplois très ciblés. Pour le traitement de sédiments extraits de canaux, TenCate a développé de grandes « chaussettes » TenCate Geo-tube™ : une fois remplies sur place de sédiments ou boues, on les laisse le temps que l'eau filtre naturellement pour laisser une boue préséchée formant un boudin plus manipulable. Maccaferri propose une solution similaire avec sa solution Mactube, une structure tubulaire constituée d'un géotextile tissé en fibres polypropylène de grande résistance. Mactube permet de réaliser des points « durs » de stabilisation et de confortement des berges ou des dunes par le réemploi des matériaux fins du site. Ces solutions sont particulièrement efficaces pour réaliser des corps de digues, d'épis et de brise-lames, pour la protection contre l’érosion des plages et des dunes.
Pour les épis et récifs artificiels, les digues ou jetées, pour les aires de stockage des boues de dragage… etc., DuPont propose sa gamme de non-tissés Plantex® pour lutter, sans utilisation de produits chimiques, contre les mauvaises herbes et la prolifération des racines. D’autres géotextiles présentent des propriétés chimiques : Intissel a développé des géotextiles échangeurs d’ions, capables de retenir sélectivement des ions dangereux (métaux lourds, arsenic…). En position verticale, les géomembranes sont utilisées sous forme de palfeuilles dans des parois tranchées profondes remplies de coulis bentonite/ciment pour le confinement.
Les matériaux les plus utilisés sont les polyoléfines (polyéthylène PE et LLDPE polyéthylène linéaire basse densité, polypropylène PP). Ces thermoplastiques sont filés, extrudés en fibres (continues ou courtes), fils, bandes, films en couleur naturelle ou très souvent teintés dans la masse en noir, ou autre couleur.
Les membranes sont aussi en PVC, polyéthylène chloré CPE ou chlorosulfoné CSPE, et EPDM. PE et PP sont peu chers, très résistants et pratiquement inaltérables dans les sols. Les polyesters PET servent aux géotextiles de très forte résistance mécanique (gamme Mirafi® PET-Series de TenCate). Axter, fabricant de la Coletanche®, propose des géomembranes bitumineuses associées à des géotextiles (bitume oxydé et bitume élastomère).
Ces géosynthétiques sont fabriqués en dimensions standards, en largeur 4 à 5 m sur plusieurs dizaines de mètres de long.
(voire centaine pour du simple film) conditionnés en rouleaux plus ou moins lourds. La méthode d’assemblage la plus fréquente est la soudure. « Pour des ouvrages limités, il est possible de faire une fabrication sur-mesure en atelier, aux cotes souhaitées. Le travail de pose est facilité, la responsabilité de l’installateur limitée et le chantier plus rapide. C’est particulièrement vrai pour les membranes EPDM ; si les soudures sont réalisées en atelier par vulcanisation à chaud, elles seront garanties 20 ans comme la membrane, grâce à la fusion complète des matières » explique Catherine Lips de Cultisol. L’EPDM, matériau très résistant chimiquement, est un caoutchouc synthétique vulcanisé ; il est élastique et reprend sa forme initiale, ce qui le distingue des thermoplastiques. La soudure des géomembranes EPDM s’effectue par vulcanisation à chaud d’une bande rapportée ou par vulcanisation à froid d'une bande autoadhésive comme l’a développée Firestone. Les géomembranes EPDM de Firestone sont disponibles en panneaux de grandes dimensions jusqu’à 15 m x 61 m soit 930 m² sans aucun joint qui peuvent aussi être préassemblés en atelier. Tubosider propose les géomembranes élastomères EPDM sous la marque LSFR destinées à la réalisation d’ouvrages de stockage (bassins de lagunage, fosses à lisiers, réservoirs d’orage, bassins d’agrément ou jardins aquatiques). La pose se fait par vulcanisation à froid. Parmi les avantages principaux du produit, son insensibilité aux UV, son élasticité et sa capacité à s’adapter aux points particuliers d’un ouvrage comme les escaliers, regards, tuyaux, etc.
Des applications très nombreuses
Le premier usage d'un géotextile dans un barrage remonte à 1959 en Italie (utilisation d’élastomère polyisobutylène) ; la première référence française à 1967 (utilisation de butyl) pour des ouvrages en remblais. Les membranes sont toujours utilisées dans la construction de barrages en remblai et la restauration, y compris d’ouvrages en béton de grande hauteur (200 m). Aujourd’hui, les membranes dans les barrages en remblai sont utilisées majoritairement (90 %) sur la pente amont (exposées ou recouverte) et pour le reste en interne. Il existe différentes méthodes pour ancrer les membranes, assurer la liaison sur les bords avec le reste de l’ouvrage (tranchées, poutres etc.).
Les membranes se retrouvent dans les bassins de stockage d’eau : bassins d’orages le long des routes et autoroutes, rétentions pour l’alimentation hivernale des canons à neige, bassins urbains. Le groupe Rénolit Alkorplan propose ainsi une large gamme de géomembranes en PVC pour l’étanchéité et la conservation de l'eau pour toutes sortes d'usages : eau potable irrigation, plans d'eau.
À Budapest, la reconstruction du lac et de la patinoire s'est effectuée en utilisant les géotextiles DuPont™ Typar® SF37 et SF 44 (filaments PP continus) pour consolider le sous-sol et séparer des couches (les matériaux excavés ont été réutilisés sur place).
Les systèmes de gestion des eaux pluviales utilisent les propriétés des géosynthétiques pour les fossés, les bassins de rétention et d’infiltration : feutres pour éviter l’entrée de boues et matières fines dans ces stockages et membranes étanches.
À Amnéville, la création d'un centre commercial nécessitait la création d’un complexe de plus de 2 000 m² couplant bassins de rétention et bassins d’infiltrations en plusieurs parties, le tout à intégrer sous parking. Les éléments en structures alvéolaires ultralégères (SAUL) à 95 % de capacité de stockage Rigofill Inspect de Fraenkische permettent de créer des structures de rétention.
ou d’infiltration, la différence se faisant sur l'utilisation d'une enveloppe externe étanche ou, au contraire, favorisant l’infiltration. Le choix des types de géotextiles et/ou géomembranes a un impact majeur concernant la garantie des performances et la durabilité de l’ouvrage dans le temps. Ainsi, sur la base de son expérience en tant que leader européen des solutions de rétention/infiltration, Fraenkische attire l’attention sur l'intérêt d'utiliser des géocomposites adaptés.
C'est la raison pour laquelle Fraenkische préconise le type de produits complémentaires à mettre en œuvre (géotextile/géomembrane) au travers de ses prescriptions techniques mais également dans ses certifications externes (Rigofill Inspect) ; il est ainsi le seul produit à être certifié par les trois organismes certificateurs agréés en Europe, le CSTB en France, le BBA en Angleterre et le Dibt en Allemagne.
Dans le cadre du chantier d’Amnéville, les bassins ont été enrobés d'une triple couche Typar®/(Plantex® Liner)/Typar®.
Pour les fossés routiers, Siplast propose le Geonap GTX, une solution 4 en 1 combinant une géomembrane PEHD pour l'étanchéité, un géotextile de protection sous-jacent, qui assure en partie le drainage et surtout augmente l'angle de frottement entre le remblai et le Geonap, donc permet des parois plus raides.
Les membranes sont utilisées dans l’assainissement autonome et pour les installations d’épuration par roseaux. Elles le sont aussi pour le traitement d’eaux usées en bassins aérobies ou anaérobies (couverts) voire en configuration mixte.
Les centres de stockage de déchets CSD n'existeraient pas sans géosynthétiques de toutes sortes : membranes, géogrilles, composites et géotubes de drainage. Il faut confiner les déchets en partie inférieure et sur les pentes pour éviter la pollution des nappes phréatiques et aussi récupérer les eaux de pluie qui percolent dans la charge lors du remplissage des casiers du site et circulent en fond d’ouvrage.
Après remplissage, les casiers sont recouverts et étanchés vis-à-vis des précipitations et des gaz de fermentation puis revégétalisés. La stabilisation des terres de couverture soumises à l’érosion est importante car au fil des ans, la charge se tasse.
La connaissance de ces usages se développe : certains chan-
Tiers de CSD font l'objet d’expérimentations en grandeur nature pour déterminer in situ des valeurs de frottement, de cisaillement, etc. (cf. communication sur le CSD de Firminy lors des Rencontres Géosynthétiques 2011 du CFG).
Les produits évoluent pour faciliter leur mise en place et accélérer les chantiers. Le polyéthylène reste le matériau le plus utilisé dans l'environnement particulièrement agressif que constituent les Centres de Stockage de Déchets. Les géomembranes Agru PEHD sont largement utilisées pour la protection des eaux souterraines sur les CSD, les sites pollués, les stockages de liquides et de solides.
La gestion des eaux pluviales pénétrant dans le massif de déchets conduit fréquemment à utiliser une géomembrane de couverture provisoire ou définitive. Ainsi, la couverture du CSD d’Organom au Plantay dans l’Ain utilise le géocomposite Teraplex multifonctions de Teragéos. On trouve, à partir du déchet, un non-tissé aiguilleté évitant le poinçonnement, un film imperméable de PE de 400 µm recouvert d'une nappe drainante (minidrains espacés de 2 m) recouverte d’un système de retenue de terre végétale (reliefs de 13 cm de haut), le tout renforcé de câbles polyester. Ces couches sont empilées et solidarisées en usine en largeur de 4 m et en rouleaux de 50 m, ce qui permet de n’avoir qu'une couche unique de produit à poser et de supprimer les risques de glissement inter-produits.
Afitex confirme la forte demande des CSD pour les membranes et systèmes drainants afin d'éviter la diffusion des pollutions. La société propose différents produits : Draintube FT en fond et en couverture, une version Draintube UV, le Quick Connect System pour la collecte facile des liquides et gaz drainés. Intermas Geosynthetics (Nortene) propose une large palette de produits pour les CSD et les ouvrages de génie civil. Au lieu de végétaliser les CSD, Carlisle aux États-Unis propose des couvertures photovoltaïques Spectro PowerCap pour rentabiliser ces surfaces. Huesker propose de son côté les non-tissés de renforcement HaTe®, spécialement confectionnés pour l’utilisation dans la construction de décharges pour la protection des géomembranes. Le tissu composite se compose d’un non-tissé de grande densité, encollé mécaniquement et renforcé d'une couche de tissé. Sur ce type d'applications les non-tissés et les composites HaTe® effectuent encore d'autres tâches en fonction des besoins, par exemple le drainage, le dégazage et la séparation.
Les géomembranes sont aussi utilisées dans le traitement des sites et sols pollués à des fins de confinement des polluants ou de manière provisoire dans le traitement des sols pollués en biotertres ou biopiles dans lesquels la pollution est traitée. Les membranes Renolit Alkorgeo sont par exemple utilisées pour la protection de l'environnement. Elles peuvent être employées comme liner étanche pour protéger le sol contre la contamination par des déchets solides ou liquides ou bien comme couverture flottante pour empêcher l'évaporation de liquides polluants. Cet usage se développe en raison du nombre de sites à dépolluer.
Les toitures végétalisées se développent également de plus en plus. La couche végétale réduit les températures urbaines et les poussières ; elle renforce l'isolation thermique et phonique du bâtiment, apportant économie d’énergie et agrément. La croissance de ces surfaces est notable en Europe et aux États-Unis, en retard sur ce point (+ 28 % aux États-Unis d'après le réseau Green Roofs for Healthy Cities). Le géotextile DuPont™ Typar® SF a été utilisé pour les toits de la station d’épuration géante de Csepel (région de Budapest). Le système complet comprend à partir du béton, une membrane d'étanchéité, une couche de polystyrène expansé, une pre-
première membrane géotextile Typar®, une couche de drainage, une seconde membrane géotextile Typar® supportant la terre végétale. La couche supérieure bloque la terre mais laisse passer l’eau qui passe dans le système de drainage. Globalement le toit assure une rétention d’eau pluviale qui réduit les pics de débit et le volume d’eau à évacuer et assure aussi une isolation phonique.
L’offre se développe : Afitex propose Alveogreen, Axter le Cityflor. La plaque en nid-d’abeilles Nidaroof®, proposée par Nidaplast Environnement, disponible en 4 épaisseurs (de 40 à 520 mm) et intégrée dans le système Wateroof développé par le spécialiste de l’étanchéité Siplast-Icopal, permet de stocker temporairement les eaux de pluie en toitures plates accessibles et inaccessibles, avec ou sans système de végétalisation. Conforme aux réglementations communales de la gestion d’eau de pluie et répondant aux problèmes techniques de place et d’infrastructures, le Nidaroof® est une solution alternative économique pour une optimisation maximale de l’espace en ville. Très légères, souples et recouvertes d'un géotextile poreux, les plaques en nid-d’abeilles Nidaroof® sont faciles à installer et résistantes en compression (30 kg/m²).
