Les regards de visite et les chambres de relevage font partie intégrante de l'ouvrage d'eaux usées que constitue une canalisation. Ils sont installés là où le réseau change de direction ou, à intervalles réguliers, de manière à permettre leur entretien. En moyenne, un regard est implanté sur le réseau d'eaux usées tous les 50 m. Cela signifie qu'il existe environ 4 millions de regards dans le réseau public français long de 180 000 à 200 000 km. Une part de ces regards est à réhabiliter en raison de la dégradation notamment causée par H2S d'origine organique. La projection centrifugée de mortiers anti-corrosion constitue une excellente solution de réhabilitation de ces ouvrages.
Ces regards et chambres doivent accomplir les fonctions suivantes :
1. reprise des changements de direction ;
2. dérivation des charges statiques ;
3. écoulement des eaux usées sans blocages ;
4. accès aisé à la canalisation ;
5. étanchéité interne même en cas de turbulences hydrauliques ;
6. étanchéité vis-à-vis de la nappe phréatique ;
7. relevage du niveau de l’écoulement.
Les dommages les plus fréquemment constatés sont :
1. les fuites (infiltrations et exfiltrations) ;
2. la corrosion des matériaux de construction de ces ouvrages : béton, briques et échelons.
Une estimation de réparation ou remplacement d’environ 15 % de tous ces ouvrages en raison de la réduction de leurs fonctions ou de leur dégradation avancée permet donc d’évaluer la nécessité d’intervention à 600 000 regards.
En se basant sur une profondeur moyenne de 3,50 m (10 m² de parois et fond) et un prix de réhabilitation de 700 à 900 F/m², le coût d’une réhabilitation peut être évalué à environ 8 500 F à 12 000 F. À contrario, pour calculer le coût d’une construction neuve, il faut tenir compte des conditions de sol et
Des écarts maximum de niveaux de la nappe phréatique. Le prix du remplacement à neuf d'un regard varie alors entre 17 000 F et 50 000 F, et ceci ne comprend ni les coûts liés aux gênes d’exécution de travaux à ciel ouvert, ni les travaux consécutifs tels que la reprise de défauts d’étanchéité.
Étant donné que la reconstruction de tous ces regards endommagés n’est pas possible, le volume de réhabilitation de regards peut donc être estimé entre 5,1 et 7 milliards de francs !
D’où viennent les défauts ?
Défauts d’étanchéité
Si un regard est mécaniquement défectueux, cela mène naturellement à des défauts d'étanchéité. Ces défauts se développent souvent à l’origine de la construction des regards, et sont localisés au niveau des joints entre éléments préfabriqués, en raison d'un écrasement de ceux-ci, voire de leur absence. Les tassements uniformes et différentiels ainsi que les charges issues du trafic mènent également à l’apparition de fissures dans l’ouvrage. Plus rarement, les éléments préfabriqués peuvent présenter des défauts de porosité. Enfin, dans le cas d’ouvrages anciens en briques ou repris en tête avec des briques, soit les joints ont été mal exécutés, soit ils n'ont pas été constitués avec des mortiers étanches. En effet, un mortier de ciment, selon la norme, n’est pas étanche à l’eau sous pression. En cas de regards posés dans la nappe phréatique, il est nécessaire de les construire avec des mortiers secs contrôlés. C’est la condition sine qua non pour obtenir un ouvrage étanche. Enfin, il est rare que la corrosion soit à l’origine de ces défauts d’étanchéité.
Corrosion
Sous ce vocable, nous entendons parler de la corrosion des éléments de maçonnerie. D'une part, beaucoup de regards font apparaître des traces de corrosion liées à leur vieillissement. Ils ont souvent plus de 50 ans ; dans ce cas, il n’est que normal de devoir les réparer. D'autre part, certains regards anciens subissent une corrosion tardive, pendant 5 à 10 ans, et ceci sans avoir montré de signes de corrosion auparavant. L’origine de ce phénomène est souvent à rapprocher d'un changement des conditions de service ; dans ce cas, il est judicieux de s’assurer que ne se développeront pas de conditions menant à une corrosion plus grave par acide sulfurique issu de la production de sulfure d’hydrogène.
Cette production de sulfure en réseau d’assainissement est un processus essentiellement biologique, influencé par de nombreux facteurs comme la température, le pH, le potentiel d’oxydoréduction, la concentration en oxygène dissous, le temps de séjour, la vitesse de l’écoulement ou l’épaisseur du biofilm. À l’intérieur de ce biofilm qui se forme contre les parois immergées et dans la zone de marnage, se développent des bactéries sulfatoréductrices anaérobies, les thiobacilles. Certaines conditions sont propices à la production de sulfure par ces bactéries :
- Le temps de séjour des eaux usées supérieur à 12 heures.
- La température des eaux usées comprise entre 7 et 41 °C, optimale au-dessus de 20 °C : cette température favorise le développement des thiobacilles et, de plus, accélère la consommation d’oxygène par d'autres bactéries, aérobies, contenues dans l’effluent.
- L’aération insuffisante du réseau, le manque d’oxygène qui permet le développement anaérobie des thiobacilles.
Plus les conditions du réseau seront proches de celles-ci, plus fréquente et agressive sera la corrosion. Il est intéressant de noter, premièrement, que même si ces conditions n’existent pas, il y aura quand même corrosion des ouvrages au bout d'une période comprise entre 50 et 100 ans. Dans ce cas, il s’agit d'une corrosion normale.
Deuxièmement, le bacille Thiooxydans peut vivre jusqu’à des niveaux de pH très acides. Ces conditions d’extrême acidité en égouts (pH 0,5) peuvent se rencontrer, par exemple, en l’absence de ciment, sur des supports en briques déjointoyés, ou à pH neutre comme le polyéthylène.
Enfin, les bacilles Thiooxydans se développent bien sous des niveaux de pH de 4. Au-dessus de ce niveau, on trouvera d'autres familles de thiobacilles.
Un mortier résistant à l’acide sulfurique ne l’est pas nécessairement à l'acide sulfurique “biogène” car les thiobacilles ont un effet plus grave que l’acide sulfurique classique. La corrosion due à l’acide sulfurique “biogène” est souvent localisée à l’aval des conduites de refoulement et particulièrement dans les zones de turbulences. L’hydrogène sulfuré s’y trouve en grande quantité qui est littéralement “mangé” par les thiobacilles. Mais les thiobacilles digèrent aussi d'autres composants des liants hydrauliques ; un simple test de résistance des liants hydrauliques à l'acide sulfurique n'est donc malheureusement pas suffisant à prouver leur résistance à l'acide sulfurique “biogène”. En Europe, seul le professeur Bock est équipé du matériel nécessaire à cette analyse (chambre de déflagration de gaz).
Réhabilitation et réparation des défauts d’étanchéité en puits et regards de visite
Principe premier : le préalable à l’application et à l'accrochage de tout type d’enduit (mortier ou enduit synthétique) consiste en la préparation correcte du support. Celle-ci passe par un décapage du support et par l’étanchement des venues d'eau.
Injection et étanchement partiel
L’emploi de mortiers d’étanchement à liants hydrauliques est de plus en plus fréquent. La raison en est, premièrement, qu’ils présentent une innocuité absolue sur la nappe phréatique ; la seconde est que leur emploi est simple et universel (simple mélange à l’eau). Enfin, ce sont des matériaux classiques de construction tels que le béton et la maçonnerie, et compatibles avec eux.
Les étanchements pourront être traités suivant deux méthodes : l’étanchement avec des mortiers rapides dits “stop-fuites” et l’injection d'un mortier thixotropique. Dans les cas difficiles, les deux méthodes seront associées.
Le choix des mortiers stop-fuites est important car leurs caractéristiques mécaniques (Rétraction, Adhérence) doivent être suffisantes à l'accrochage ultérieur de l’enduit souvent très cohésif. Ces caractéristiques sont souvent difficilement atteintes avec des ciments dits noirs en raison du milieu dans lequel ils sont appliqués. Les mortiers stop-fuites permettent en général de traiter des défauts faibles (couple débit-contrepression faible). Ceux-ci sont appliqués manuellement contre la paroi, ou dans les cavités plus marquées. Le mortier Ergelit Kombina 10 F rapide frotté à sec, à la main, sur des fissures ou parois poreuses réagit en quelques secondes avec l'eau. Le mortier Ergelit Kombina 10 SD, préparé en consistance pâteuse et appliqué comme un bouchon dans un trou, arrête durablement les venues d'eau en 1 à 2 minutes. Il est même utilisable sous l'eau.
La méthode d'injection dans des trous forés à travers la paroi permet de résoudre la majorité des cas difficiles (par exemple, une injection à 3 bars de mortier Ergelit Kombina 1). Ce mortier, dont la viscosité est modulable (23 à 35 % d'eau), présente l’avantage d’être très thixotropique. Il ne subit pas de lessivage soumis à une pression d’eau de 2 bars. Son comportement colloïdal permet de l’employer sous nappe circulante. En moyenne, une injection de 200 à 300 kg effectuée en deux ou trois points autour des défauts suffit par regard ; une cadence d'étanchement par injection de 3 à 4 regards par jour est réaliste.
En cas d’exfiltrations ou d’ouvrages non étanches liés à leur porosité ou à la présence de nombreux joints (maçonnerie de briques), nous recommandons l'application d'un enduit complet sur toute la hauteur du regard.
L’enduction
Nettoyage / décapage
La clé de la tenue d'un enduit, quel qu'il soit, réside dans la qualité de la préparation du support. D’autre part, moins le revêtement est épais (< 15 mm), plus les caractéris-
tiques mécaniques du support doivent être importantes (Traction 1 MPa, Reomp 20 MPa pour les mortiers Ergelit Kombina KS). On veillera notamment à détruire la couche mince de béton carbonaté – si elle existe, le béton est souvent très dur – et derrière laquelle a pu se développer une corrosion par H₂S organique (béton délité, béton “crème”). Cette croûte mince de béton carbonaté induré peut avoir une résistance en compression jusqu’à deux fois supérieure à la résistance initiale du béton employé ! Un simple contrôle au piochon ou au scléromètre, voire à la phénolphtaléine, permet d’en vérifier la présence. En cas de présence simultanée de ces deux phénomènes, le piochon poinçonnera la croûte de béton carbonaté pour aboutir dans la zone plus tendre corrodée.
La seule méthode de décapage efficace et pratique de chantier est le décapage à l’eau. L’hydrosablage nécessite de devoir collecter le sable employé. Un décapage à l’eau sous pression sera d’autant plus efficace que :
- le jet frappe perpendiculairement la paroi ;
- le binôme débit-pression est important.
Il peut être obtenu avec un équipement de curage classique en écoulant toute la puissance de la machine (250 bars à 100 l/min, 100 bars à 250 à 300 l/min) c’est-à-dire en modifiant la tête de curage par réduction du nombre de jets et augmentation maximale des diamètres de buses.
Une autre méthode est l’emploi d’une pompe moyenne pression (de 250 à 300 bars et 17 à 25 l/min) couplée à une lance manuelle. L’inconvénient de cette méthode pour l’opérateur dans un environnement aussi exigu qu’un regard de visite, malgré la tenue de protection adéquate, est qu’elle devient en quelques minutes un travail de “mineur” (retour de débris, retour d’eau pulvérisée, chaleur, inconfort de la position, risques liés à la position) ; ceci aboutit en général à une préparation insuffisante du support (angle de jet incident).
Confronté à ce problème, Rainer Hermes a conçu une tête de décapage adaptée à ce type de travaux : le système TSSR.
Il s’agit d’une tête de décapage à eau moyenne pression, équipée de deux bras réglables en diamètre (40 à 110 cm) en rotation. À chaque extrémité, une buse rotative frappe la paroi perpendiculairement.
Cette tête est déplacée de bas en haut, à vitesse constante et par passes successives dans l’ouvrage “puits”.
Le binôme débit-pression du TSSR est d’environ 300 bar et 24 l/min.
Un seul opérateur décape très efficacement un regard de 4 m de profondeur en 45 à 60 minutes.
Une pression > 200 bars permet de travailler rapidement.
Cette technique permet aussi de traverser la croûte de béton carbonaté si elle recouvre la zone de béton corrodé par H₂S biogène.
L’emploi de cet équipement assure d’une excellente préparation du support. Le support résultant fera apparaître nettement les cailloux du béton et sera également assaini d’une bonne partie de la flore bactérienne.
L’enduction
Depuis 1982, en Allemagne, ont été développés des mortiers à liants hydrauliques applicables en égouts (eaux usées plus ou moins agressives, eaux industrielles) : la gamme Ergelit Kombina KS.
Il est à noter que des mortiers “classiques”, mélanges simples de ciments et de granulats plus ou moins fins, ne peuvent pas répondre durablement aux fonctions requises dans ces milieux agressifs c’est-à-dire :
- Étanchéité à l’eau ;
- Résistance contre le gel et les sels de déverglaçage ;
- Résist. > 1,5 N/mm² ;
- Résistance contre l’humidité à long terme ;
- Résistance au choc ;
- Pas de retrait ;
- Pas d’abrasion ;
- Résistance aux eaux séléniteuses et à l’action des thiobacilles ;
- Résistance au lessivage à très court terme (quelques heures).
C’est pour cette raison que Monsieur R. Hermes a entrepris de chercher un produit adapté et de le développer avec son partenaire Ergelit.
Même si le composant de base des mortiers Ergelit est le ciment, il n’est pas du tout comparable à des mortiers classiques.
Leurs avantages sur des mortiers classiques et résines sont les suivants. Ces micro-bétons contiennent tous les compo-
sauts nécessaires à une adhésion parfaite, à la résistance contre la corrosion et une étanchéité élevée. Ils peuvent être exposés à l'action de l'eau après 2 h à 20 °C et 4 h à 10 °C. Leur résistance en traction est comprise entre 2,5 et 3,5 MPa en fonction de l'état de surface. Grâce aux éléments adhésifs qu'ils contiennent, des couches de 4 cm en plafond sont applicables en une fois. Facilement applicable sur supports humides, il n'est absolument pas nécessaire de sécher le support. Le pH des mortiers est très élevé (pH 13) : il constitue de ce fait une barrière à la fixation des bactéries. A contrario, celles-ci continueront à se fixer sur un support à pH neutre. Si cet effet se combine à l'apparition de fissures, celles-ci constituent un excellent chemin de pénétration des thiobacilles qui provoqueront une ruine rapide du revêtement. Les mortiers présentent en général une excellente qualité d'accrochage sur les bétons et maçonneries. Ceci est indispensable à la tenue vis-à-vis d'une contre-pression de la nappe (directe, pression capillaire, tension de vapeur). Pour un résultat similaire avec des résines, il est en général nécessaire de constituer des couches de 3 mm au minimum au risque de voir apparaître des cloquages.
Le système KS-ASS® de projection centrifugée de mortiers Ergelit
Ce procédé est apparu sous sa forme actuelle de procédé fini en juillet 1998. Il amplifie le champ d'application de la technique qualitative du cuvelage d’étanchéité aux ouvrages exigus verticaux en forme de « puits ». La technique de cuvelage manuel de regards de visite semble principalement avoir été assez peu employée en raison de la pénibilité du travail dans ce type d’environnement. Combiné à l'emploi des mortiers Ergelit, le procédé KS-ASS® permet de réhabiliter qualitativement et durablement ces ouvrages.
Ce procédé permet de projeter, par couches successives minces, les mortiers Ergelit et d’aboutir à une réhabilitation qualitative des ouvrages « puits ». Il est essentiellement constitué d'une turbine de projection à palettes, entraînée à vitesse constante et élevée ; elle est gavée de mortier Ergelit par une pompe à mortier à débit constant. Un ensemble de machines simples constitue l’équipement satellite de ce système et forme une chaîne cohérente.
Ce procédé est utilisable dans les cas d’ouvrages « puits » ronds et carrés de 40 cm à 120 cm de diamètre ou côté ; avec un moteur de projection plus puissant, jusqu’à 2 m. L’épaisseur d’enduit généralement appliquée est d’environ 10 mm ou plus en fonction de l’épaisseur de béton corrodé.
Le résultat d'une projection par procédé KS-ASS® consiste notamment en :
- une protection anticorrosion très qualitative et adaptée au type d'effluent ;
- une grande compacité de l’enduit de mortier Ergelit obtenue grâce à la vitesse élevée de propulsion des grains en sortie de turbine ; ceci aboutit à la constitution d'une couche statiquement portante ;
- à partir d’une épaisseur projetée de 10 mm, on obtient une imperméabilité à l’eau > 5 m CE ;
- la surface présente une texture en « peau d’orange » mais lisse au toucher, liée à la mise à nu des cailloux suite au décapage ; il n'est pas utile de la talocher en raison de la fine granulométrie employée (Dmax < 1,1 mm). Au besoin, un coup de brosse atténue fortement les défauts visuels plus marqués. Un regard de visite n'est d’autre part pas une salle de bain !
- quelques travaux consécutifs à la projection peuvent être rendus nécessaires au niveau des branchements ou des échelons ;
- les cunettes et banquettes sont repris manuellement.
Le suivi de la procédure de mise en œuvre (protocole) permet d’apporter aux maîtres d'ouvrages la meilleure garantie d'une réhabilitation à long terme. Une équipe de deux opérateurs maîtrisant bien la technique arrive à réhabiliter 4 à 5 regards de 3,50 m de profondeur et 15 m d’épaisseur en une journée.
Pour des enduits partiels, l'application manuelle des mortiers Ergelit est bien sûr réalisable ; ils sont originellement appliqués de cette façon.
La gamme Ergelit Kombina KS est la suivante :
- KS1 : eaux usées urbaines, 5,5 < pH < 9 à long terme 90 °C, pH > 3 à court terme ;
- KS2 : eaux industrielles, 3 < pH < 11 à long terme 90 °C, pH > 1 à court terme ;
- KS2a et KS2b : eaux usées avec H₂S, 3 < pH < 11 à long terme 90 °C, pH > 1 à court terme ;
- KT : eaux usées, résistances mécaniques plus élevées (Rcompr 100 MPa, Rtract 12 MPa).
Les mortiers KS2a et KS2b ont été développés pour lutter contre la fixation des thiobacilles et leur attaque par H₂S. Des projets de référence à Hambourg en 1993 et à Fribourg en 1990 ne montrent pas de corrosion à ce jour. À Troyes, un regard ayant subi une corrosion de 100 mm en 10 ans par un effluent très sulfuré a été enduit de 7 cm de KS2b ; une corrosion de seulement 1 mm a été constatée après 3 ans.
Pour lutter contre les acides lactiques rejetés par les industries laitières, on peut associer ces mortiers à l'emploi de carreaux en vitrocéramique type KeraLine. Les acides organiques comme l’acide lactique sont encore plus agressifs que l'acide sulfurique sur les maçonneries. Il est conseillé de se rapprocher du fabricant de mortiers.
Enfin, afin d’évaluer la résistance contre la corrosion des matériaux à liants hydrauliques, les épreuves à pH 1 ou 0,5 à 14 jours sont insuffisantes ; elles ne sont pas repré
Conclusion
Les performances techniques actuelles de l'industrie cimentière permettent de fabriquer des mortiers très résistants aux conditions sévères des ouvrages en assainissement.
Depuis plus d'un an, le procédé KS-ASS® associé aux mortiers Ergelit, est venu, en complément des techniques traditionnelles à ciel ouvert, étoffer la palette des techniques de réhabilitation.
Il contribue à la rénovation des réseaux d'eaux usées ou industrielles de manière pertinente en permettant de restituer aux ouvrages “puits” toutes leurs fonctions en quelques heures ; avantage qui, pour différentes raisons d’exploitation, voire politiques, est apprécié des décideurs.
Appliqué professionnellement, il donne un résultat très qualitatif en rapport avec le retour sur investissement à long terme. Ceci a un prix. Optons aujourd’hui et demain pour la qualité.
Références bibliographiques
1. Étude inter agences de bassin : « Formation de H₂S dans les réseaux d'assainissement – conséquences et remèdes » – mai 1987 – Institut de Recherches Hydrologiques de Nancy
2. Guide technique de l’assainissement – M. Satin et B. Selmi – Publication du Moniteur des travaux publics – Paris – 1995
3. Recherche sur la résistance des tuyaux de fonte ductile revêtue de ciment contre la corrosion par acide sulfurique biogène – E. Bock, Korrespondenz Abwasser 12/89
4. Corrosion par acide sulfurique biogène dans les canalisations d'eaux usées partiellement remplies – extrait du cahier 94/1987 – Communication de l'Institut des Ciments pour les Constructions Hydrauliques de l'université technique Braunschweig – C. F. Seyfried – Bielecki und Schremmer
5. Die Bedeutung der reduzierten Schwefelsäureverbindungen Schwefelwasserstoff, Thiosulfat und Methylmercaptan für die biogene Schwefelsäurekorrosion durch Thiobazillen – W. Sand – parution Eau et Terre / Wasser und Boden 5 (1987) S.237-244
6. Diagnostic et réhabilitation de dégâts en canalisations non visitables – H. G. Petry – Frankfurter Aufbau AG
7. Problèmes de corrosion – Renseignements collectés sur les réseaux d’eaux usées, l'exemple de Hambourg – Dr. Ing. E. h. E. Kuntze, Baubehörde Hamburg – TIS 7/83
8. Série de conférences sur la destruction microbiologique des constructions et protection des matériaux – Prof. Stein
