Les géosynthétiques (géotextiles, géomembranes et produits apparentés) sont aujourd'hui partout présents pour des applications très différentes : filtration, drainage, étanchéité, protection contre l'érosion, renforcement'etc. Ils contribuent à protéger les hommes autant que les ressources naturelles. Plus techniques, les produits proposés par les fabricants évoluent sans cesse et ouvrent la voie à de nouvelles applications en matière de géotechnique et de génie civil. Le développement des géocomposites et des géogrilles, par exemple, permet de répondre à de nouvelles problématiques telles que la raréfaction des ressources. Explications.
À chaque talus, sa solution anti-érosion, à chaque ravin, son géosynthétique. Avec le calculateur Terapente de Teragéos, disponible sur son site internet, il est simple et rapide de définir les spécifications du produit géocomposite nécessaire à la stabilisation des abords d'un bassin, ou encore pour protéger les environnements immédiats d'un site de stockage de déchets non dangereux. Le porteur de projet saisit les caractéristiques essentielles de son chantier et l'application
Terapente, un site web interactif de Teragos, fournit les spécifications calculées du produit à poser en talus naturel ou en géomembrane, selon la norme.
Tout aussi facile d'emploi, l'application Siplanet développée par Siplast est accessible sur un simple smartphone, tablette ou ordinateur, et permet « de connaître les différentes solutions apportées par l'industriel à une problématique donnée ». Derrière cette simplicité apparente se cachent les géosynthétiques, des matériaux de construction innovants, composés de polymères synthétiques dérivés d'hydrocarbures fossiles.
Les géosynthétiques : essentiels dans tous les domaines du génie civil
L'emploi de ces matériaux s'est beaucoup développé ces dernières années dans des contextes très variés tels que la construction, l'aménagement d'espaces urbains ou naturels ou encore la protection de l'environnement : séparation de matériaux, filtration ou drainage, renforcement des massifs de sols, imperméabilisation de surfaces… etc.
« En France, plus gros consommateur européen de géosynthétiques (plus de 120 millions de m² en 2015), l'utilisation de ces produits en ouvrages courants est devenue quasi systématique », souligne Nicolas Racana chez Fibertex France. Cette banalisation des produits courants conduit, comme souvent, à une perte de technicité des acteurs du marché. Par exemple, pour l'une des applications majeures qui est la séparation du terrain naturel et de la couche de forme sous voirie, le choix du géosynthétique est plus souvent piloté par des habitudes et le prix que par la fonction qu’il doit remplir. Mais même pour des ouvrages courants, un géosynthétique se dimensionne,
Ils réduisent les quantités de matériaux prélevés dans le milieu naturel (granulats, sable, argile), en remplaçant un filtre granulaire par un géotextile de filtration, une couche granulaire par un géocomposite de drainage, ou encore une couche d’argile par des géomembranes et géosynthétiques bentonitiques. Leur emploi favorise également la protection des ressources en eau par la limitation des transferts de pollution grâce à l’utilisation de géosynthétiques d’étanchéité et de drainage. De même, les prélèvements d’eau souterraine et de surface sont réduits par l’utilisation de géosynthétiques dans les bassins, canaux et retenues d’altitude.
Et, pour le cas très classique d’une voirie, le choix des caractéristiques doit être piloté par la portance de l’arase de terrassement, l’épaisseur et le type de sol de la couche de forme, sans oublier bien entendu le trafic. Pour guider ses partenaires dans leur choix, Fibertex propose un guide de dimensionnement qui est un véritable outil d’aide à la décision. Il regroupe, pour la majeure partie des ouvrages courants, des abaques permettant, en lecture directe, d’identifier le géosynthétique le mieux adapté au chantier.
L’emploi des géosynthétiques simplifie la réalisation de nombreux ouvrages (soutènement de parois élevées, reconstitution de paysages), en remplacement de solutions traditionnelles qui nécessiteraient d’importants travaux de terrassements. La gamme de géotextiles alvéolaires développée par le bureau d’études géotechniques Sol Solution, qui permet un renforcement de talus et la réalisation d’ouvrages de soutènement, illustre bien les capacités qu’ont les géosynthétiques à contribuer à minimiser la dépendance aux énergies fossiles et les émissions de gaz à effet de serre. Car, même si les ouvrages utilisant des géosynthétiques nécessitent la consommation d’énergie fossile notamment pour leur fabrication, la quantité de matériaux à transporter est considérablement réduite par rapport à une solution classique.
Contrepartie de ce développement rapide, les progrès techniques et les très nombreuses applications offertes par les géosynthétiques impliquent pour les prescripteurs et utilisateurs de ces matériaux de connaître précisément les spécifications techniques, les règles de dimensionnement, de pose, les conditions d’utilisation et les contrôles nécessaires à leur durabilité.
Un nouveau laboratoire dans le domaine des géosynthétiques de renforcement
Le Laboratoire de Génie Civil et d’Ingénierie Environnementale (LGCIE) de l'INSA de Lyon et la société Texinov ont décidé de s'associer dans le cadre d’un LabCom baptisé PITAGOR (Plateforme d’Innovations Technologiques Appliquées aux Géosynthétiques des Ouvrages Renforcés).
L'objectif est de développer et pérenniser une activité d'innovations et de recherche appliquée dans le domaine des géosynthétiques de renforcement. Cette plateforme collaborative aura pour vocation de perfectionner et compléter une activité d’essais de caractérisation mécanique, permettant le développement de méthodes et de normes, accréditant le laboratoire (type COFRAC) et ouvrant la voie à la certification de produits en permettant à Texinov de concevoir de nouveaux géosynthétiques de renforcement afin de renforcer un positionnement concurrentiel européen et mondial, en particulier dans l'ingénierie environnementale.
Les géosynthétiques regroupent plusieurs familles de produits (géotextiles, géomembranes et produits apparentés) très différents.
Géosynthétiques : des familles de produits très différentes
Les géomembranes fabriquées par Siplast, Tencate, Afitex, Teragéos, Rénolit Alkorgeo, France Maccaferri, Naue Applications, RYB composites, Agru, Axter-Coletanche ou encore Serge Ferrari sont développées de façon à répondre aux exigences de conception des systèmes de barrières étanches. La norme NF P 84-500 les définit comme des « produits utilisés en génie civil, minces, souples, continus, étanches aux liquides même sous les sollicitations en service ». Bitumineuses, en PVC, PP, PE ou EPDM, elles sont couramment utilisées, pour étanchéifier des supports, par exemple remédier à des pertes d’eau par infiltration, pour encapsuler des matériaux nocifs et protéger une nappe souterraine en évitant la migration de polluants dans le sol, ou encore pour stocker des effluents. On les trouve donc dans tous les ouvrages nécessitant un confinement ou une séparation du milieu environnant, quelle que soit l'application, l’objectif étant de contenir et d’étanchéifier. Au-delà de cette fonction d’étanchéification, la combinaison ou l’association de plusieurs géomembranes de spécialités permet aussi de répondre à des besoins plus spécifiques tels qu'une résistance chimique accrue, une résistance à basse température ou encore une compatibilité avec l'eau potable.
Les géosynthétiques sont définis par la norme NF EN ISO 10318, comme un produit dont au moins l'un des constituants est à base de polymère synthétique ou naturel. Ils se présentent sous forme de nappe, de bande, ou de structure tridimensionnelle, utilisée en contact avec le sol ou d'autres matériaux, dans les domaines de la géotechnique et du génie civil. Ils sont utilisés pour assurer des fonctions très diverses de séparation, de drainage, de filtration… etc. mais aussi de protection, de renforcement et de contrôle de l’érosion des sols.
Parmi ceux-ci, les géogrilles renforcent la structure du sol sur lequel elles sont posées.
Pour développer des solutions associant étanchéité, drainage et lutte contre l’érosion, les géosynthétiques peuvent être associés ou combinés. On parle alors de géocomposites. Leurs propriétés cumulent en un seul matériau les propriétés de chacun des matériaux qui les composent, ce qui rend leur emploi particulièrement efficace. « Les géosynthétiques sont devenus des matériaux majeurs dans tous les domaines du génie civil, explique Yves Durkheim, vice-président du Comité Français des Géosynthétiques (CFG) qui regroupe tous les acteurs français de la fabrication, de la caractérisation, de la pose et, plus largement, de l'ingénierie de ces produits. Leur utilisation est devenue essentielle pour résoudre un éventail de problèmes géotechniques et de protection de l'environnement de plus en plus large ». Car les géosynthétiques trouvent des applications dans des secteurs très variés dont certains étaient encore inimaginables il y a encore quelques années. Ils se sont par exemple rendus indispensables dans les chantiers de construction d’éoliennes en stabilisant leur assise. Ils protègent également les périmètres de pollution accidentelle et apportent des solutions pérennes au stockage de déchets sur
le long terme. Des géomembranes sont par exemple employées pour encapsuler les déchets faiblement radioactifs et éviter toute infiltration d’eau. Et surtout, ils permettent de réduire les coûts globaux de construction, jusqu’à avoir, parfois, une influence décisive sur la viabilité financière de certains projets d’aménagement...
Une influence décisivesur la viabilité financièrede certains projets
Le développement de l’utilisation des géosynthétiques met à l’épreuve les capacités d’innovation de leurs concepteurs pour répondre aux demandes de leurs clients. Le nombre de géocomposites, c’est-à-dire de produits issus de la combinaison de deux ou de plusieurs géosynthétiques, est potentiellement énorme. Mais seuls seront retenus ceux qui sont en mesure d’apporter des solutions globales et efficaces à moindres coûts.
Dans le secteur agricole, l’utilisation des géosynthétiques simplifie la construction des fosses à lisier. Pour remplacer les dalles en béton, Firestone Building products propose des membranes EPDM. Comme la géomembrane ne s’altère pas, elle garantit l’étanchéité de la fosse pendant au moins cinquante ans et le géotextile associé, équipé de drains, évitera l’engazonnement du sol, sous le fond de la fosse. Pour rappel, ce dernier est lié à l’activité bactérienne et à la remontée du niveau des nappes phréatiques en période hivernale.
Ils sont également omniprésents au sein des installations de stockage de déchets en surfaçage ou en drainage. Il est possible de mettre fin aux nuisances causées par la décomposition des déchets en les encapsulant. La géomembrane est déployée sur les déchets sur laquelle une couche de terre sera ajoutée pour végétaliser l’aire de stockage. En fond de casier, au contact du sol, une géomembrane PEHD (polyéthylène haute densité) aura été auparavant posée pour éviter toute migration de polluants vers la nappe souterraine. L’ensemble du dispositif sera relié à un récupérateur de gaz et de lixiviat générés par le contact des pluies avec les déchets stockés.
L’étanchéité verticale, qui permet notamment de bloquer des pollutions sur de grandes profondeurs, est une autre application possible pour les géomembranes. L’Agru-Lock, développé par Agru, est un produit étanche en PEHD qui se présente sous forme de palfeuille et permet le confinement vertical d’une pollution. Il bloque les polluants et permet de les récupérer en pied de palfeuille. La profondeur maximale atteinte à ce jour est de 35 m. Le confinement par palfeuille PEHD permet de bloquer rapidement la pollution en limitant sensiblement les travaux de terrassement. Cette solution constitue une alternative appréciable au regard des méthodes traditionnelles de dépollution plus longues et plus onéreuses. Mise en œuvre sur un site industriel du sud de la France assurant la première étape de la conversion de l’uranium servant de combustible aux centrales nucléaires, elle a permis de bloquer la migration de la pollution en créant une barrière étanche verticale sur une profondeur variable de 8 à 15 m en isolant une zone de 16 000 m² de surface. « Les résultats sont observables par le contrôle des piézomètres mis en place derrière la palfeuille », assure Jean-Luc Meusy chez Agru.
En étanchéité de bassins d’irrigation, les géomembranes sont la plupart du temps associées à un système de protection et éventuellement à un système de drainage. Cette solution est parfaitement compatible avec les systèmes de drainage et les systèmes d’accroche-terre.
Les problèmes de stabilité des sols commencent et augmentent avec l’inclinaison des pentes. Les produits géosynthétiques, et les géomembranes par nature glis-
Les géostructures cellulaires tridimensionnelles, qu'elles soient minérales, végétalisées ou synthétiques, n'échappent pas à la gravité et aux lois de la mécanique. C'est en revisitant quelques principes fondamentaux appliqués depuis l'antiquité égyptienne et mésopotamienne pour stabiliser les sols que des ingénieurs spécialisés en recherche-développement créent de nouveaux géosynthétiques tridimensionnels (3D) pour viabiliser et protéger les terrains en pente. Les bénéfices aussi bien économiques qu'environnementaux tirés de l'utilisation de ces géosynthétiques sont immenses.
C'est par exemple le cas du produit développé par Téragéos qui vise à scinder toute pente en petites terrasses ou en petites zones plus faciles à traiter. Utilisé pour protéger les talus, Teracro® est ainsi doté de bandes torsadées formant des reliefs de 13 cm de hauteur, régulièrement espacées chaque 60 cm dans les deux directions pour retenir la terre et favoriser la végétalisation des pentes qu'il couvre. Ce géotextile non tissé est épandu en complément des membranes utilisées pour étancher les sols.
Cette solution consiste à confiner le sol avec une structure cellulaire tridimensionnelle en éliminant le problème du compactage et de la faible portance. Avec des géoalvéoles de type Terralvéole d'Aqua Terra Solutions, le drainage efficace est assuré, et le système supporte des charges lourdes sans déplacement.
En conception de chaussées, les alvéoles en PEHD texturées et perforées augmentent significativement la résistance au cisaillement des sols et améliorent la redistribution latérale des charges. En empêchant le mouvement horizontal des matériaux de remplissage, les alvéoles augmentent la capacité portante des parkings et voies de circulation. Le nombre de cellules voisines offre également la possibilité de distribuer le poids, répartissant l'effort à travers l'ensemble du système. Les Terralvéoles permettent donc de renforcer les structures de chaussée en limitant les apports en matériaux nobles et offrent une réelle alternative aux méthodes traditionnelles de traitement chaux/ciment ou de correction granulométrique. Elles permettent également de garantir la traficabilité des plateformes en phase travaux (absence de risque d'orniérage) et de limiter l'érodabilité des accotements, talus et profils en pente.
Pour la réalisation des soutènements, les Terralvéoles permettent de réaliser des murs poids en valorisant les sols en place issus des déblais ou des matériaux recyclés provenant par exemple d'une démolition. D'un point de vue architectural et paysager, elles offrent la possibilité de végétaliser les ouvrages tels que les murs de soutènement, les merlons acoustiques et les ouvrages hydrauliques (noues, bassins de rétention, …). En outre, la structure tridimensionnelle perforée des Terralvéoles facilite le drainage vertical et latéral, améliorant ainsi la qualité du compactage des matériaux, le drainage et l'infiltration tout en évitant l'érosion et le ruissellement de surface et en augmentant la durabilité des ouvrages.
Avec le confinement cellulaire, les sols peuvent être renforcés pour la circulation de lourdes charges ; l'érosion peut être stoppée par la diminution des forces latérales ; talus et berges peuvent être maintenus ou stabilisés selon les besoins.
Site non-tissé géoalvéolaire qui reflète l’effort d’innovation constant apporté par les constructeurs pour répondre à la demande de leurs clients, explique Patrick Brochier chez Terageos. « Il apporte une solution globale là où plusieurs autres produits sont nécessaires ».
Les géogrilles, mono, bi ou tridimensionnelles, planes ou tissées, constituent également des solutions pertinentes et avantageuses aux problèmes de pentes. La nappe de contrôle de l’érosion tridimensionnelle en filaments de polypropylène Secumat® de Naue Applications participe ainsi activement à la rétention du sol et à l’enracinement des végétaux pour contrôler et maîtriser l’érosion. Chez Siplast, la grille de renforcement Géogrip Armatex® G composée de câbles polyester tissés enduits de PVC permet de végétaliser les ouvrages hydrauliques. De même, les tapis anti-érosifs, proposés par Maccaferri, Terram ou Aquaterra Solutions, associés aux techniques douces de génie végétal, peuvent se substituer à des matériaux coûteux, par exemple en renforcement des berges.
Bien que le génie végétal consiste à mettre en œuvre prioritairement des matériaux d’origine naturelle, dont la dégradabilité à moyen ou long terme représente souvent un atout, certains objectifs en matière d’anti-érosion durable, de contrôle de la stabilité des pentes et talus ou encore de restauration de milieux dégradés peuvent être parfois difficiles à atteindre si l’on restreint le champ des matériaux à utiliser.
La protection des talus d’ouvrages et de pentes naturelles contre l’érosion constitue un enjeu important : un défaut de protection peut mettre en péril leur stabilité et par la même menacer la sécurité des utilisateurs. Les solutions mettant en œuvre des géotextiles, associés à l’utilisation de végétaux, apportent une réponse au niveau de la sécurité et sur l’aspect environnemental de par l’esthétique finale de l’ouvrage équipé.
C’est ainsi qu’il est possible de réconcilier l’ingénierie végétale avec l'emploi judicieux de matériaux synthétiques. Ces derniers sont notamment utiles dans les zones pour lesquelles le confortement du site impose une longue durée de vie du matériau, en particulier une forte résistance face aux intempéries, tenue aux rayons ultra-violets. De surcroît, l’utilisation de géotextiles de haute résistance permet fréquemment de réduire l'emprise des ouvrages puisqu’ils autorisent la création de pentes plus raides.
Caractériser et qualifier les produits tout en favorisant l’innovation
L’essor des géosynthétiques repose également sur l’exploitation industrielle de prototypes issus des travaux de recherche, nombreux en la matière (cf. encadré).
Inventions et dépôts de brevets côtoient l’adaptation de produits existants à des applications spécifiques ou encore inédites. « Le potentiel de croissance de ce secteur industriel repose tout à la fois sur la conquête de marchés de niches et sur le franchissement de nouveaux sauts technologiques pour mettre au point de nouveaux géosynthétiques », confirme Yves Durkheim, Vice-président du Comité français des géosynthétiques. Associer un géosynthétique à certains matériaux ou à des technologies innovantes peut permettre de modifier substantiellement les usages, les pratiques et les contraintes qui y sont associées.
C’est par exemple le cas en matière de détection de fuites dans les dispositifs d’étanchéité par géosynthétiques. En Chine, la mise en œuvre du géocomposite Afitex Conductive entre deux géomembranes a ainsi permis de réaliser le contrôle de l’intégrité de la géomembrane supérieure, et garantir ainsi l’étanchéité du bassin.
La solution Afitex Conductive est un procédé breveté, qui résulte de l’association par aiguilletage d’une trame conductrice entre deux géotextiles non tissés aiguilletés. Le géocomposite permet de conduire le courant injecté entre les deux géomembranes lors de la détection de fuites, et également de protéger la géomembrane contre le poinçonnement.
C’est aussi le cas dans le domaine de la protection contre l’érosion et du renforcement. À Veurey-Voroize (38), pour prendre en compte la grande longueur des talus à recouvrir impliquant la mise en place d’un matériau capable de résister au poids de la terre de couverture, Teragéos a proposé la mise en place d’une solution de couverture géosynthétique multifonctions (5 en 1) répondant aux spécificités du chantier et aux contraintes des centres de stockage de déchets pour tous types de sol et toutes conditions météorologiques.
La solution Teraplex, dont la mise en place en une seule couche a permis de gagner du temps au niveau de la pose, a également permis de réduire les risques de glissement entre les couches de produits. Ce géocomposite « 5 en 1 » apporte une solution à la problématique des couvertures de décharges grâce à ses caractéristiques antipoinçonnantes, renforcées (film imperméable), accroche-terre et drainantes. Les différentes couches de géosynthétiques solidarisées en usine permettent de supprimer les risques de glissement inter-produits.
De même, le dispositif de renforcement et anti-érosion mis en œuvre par Texinov sur les talus du Centre de Stockage des Déchets de Firminy (42) constitue une réponse bien adaptée à la double problématique de réduction des emprises par augmentation des pentes, et de protection des dispositifs d’étanchéité : la structure de la géogrille Geoter® Net 3D associe en une seule étape la fonction 3D et les câbles de renfort par l’intermédiaire d’une grille de liaison de résistance maîtrisée et permet d’assurer les deux fonctions : renforcement et anti-érosion.
Dans les ouvrages géotechniques tels que les murs de soutènement, les remblais sur sols compressibles, les remblais renforcés dont le sol support est sujet à cavités potentielles, ou les plateformes sur inclusions rigides, les géosynthétiques de renforcement apportent des solutions économiques et performantes. Au-delà de la simple armature, le géosynthétique de renforcement permet l’intégration de systèmes de mesures, de réflecteurs ou de capteurs permettant de contrôler les paramètres mécaniques en proposant un suivi de l’ouvrage dans la durée incluant également des possibilités d’alerte en cas de dépassement de seuils critiques.
L’intégration des capteurs (par exemple fibres optiques, bandes réfléchissantes pour géoradars, …) lors de la fabrication des géosynthétiques de renforcement permet un suivi direct, au cœur même des ouvrages. Les géosynthétiques de renforcement étant utilisés pour limiter les tassements des ouvrages en terre, le suivi de leur déformation est essentiel et peut ainsi être effectué en continu.
La technologie de fabrication « Warp Knitting » utilisée par Texinov est ainsi adaptée à l’intégration sur métier des fibres optiques qui ne sont pas endommagées lors du process de fabrication et peuvent être protégées grâce à la conception du géosynthétique (géocomposite ou géogrille).
De nouvelles applications pour lesquelles la collecte d'informations est nécessaire pourront ainsi être envisagées grâce aux géosynthétiques intelligents.
« Les géomembranes vont continuer à élargir leur champ d’applications, assure également Pascal Frison chez Sika, et ceci même si aucune nouvelle chimie de produit n'est véritablement attendue ». Pascal Frison souligne cependant l’aspect parfois limitant d’une inflation des normes et de règlements qui peut parfois entraver la recherche ou la performance. La mise au point de nouvelles géomembranes plus performantes est difficilement valorisable vis-à-vis de décideurs qui se réfèrent aux garanties obligatoires mais par essence limitatives. Pascal Frison préférerait une garantie des géosynthétiques à la carte pour encourager l'innovation et le développement de nouveaux produits. Favoriser l'innovation tout en apportant toutes les garanties aux maîtres d’ouvrage n’est pas forcément chose facile.
