Les membranes en PVC résolvent les problèmes d'étanchéité des réservoirs de liquides

Dès l’origine de l’humanité, les points d’eau représentaient le centre des activités et un point de passage obligé des nomades lors de leurs déplacements. Puis, le progrès aidant, les hommes ont ressenti l’intérêt de se fixer dans ces sites privilégiés ; est alors venue la nécessité de stocker l’eau et, souvent, de la transporter jusqu’au lieu d’utilisation. Plus tard, l’augmentation de la consommation d’eau, destinée non seulement à l’alimentation humaine, mais aussi aux besoins de l’industrie, les a amenés à organiser son stockage et sa distribution, en responsabilisant à la fois le petit utilisateur individuel et l’industriel, pour éviter la pollution de la nature environnante.

Les réserves d’eau naturelles, en général alimentées par des sources, présentent des variations de niveau importantes, l’étanchéité étant, d’une façon générale, leur point faible... On a donc pensé à utiliser les argiles pour construire des réservoirs capables de stocker l’eau en limitant très sensiblement les pertes. Puis, les volumes à traiter, l’agressivité des produits à stocker, les risques de pollutions des nappes phréatiques augmentant, ont amené les administrations responsables et les industriels à rechercher des solutions plus performantes et plus économiques mettant en œuvre des matériaux d’étanchéité présentant les qualités recherchées d’imperméabilité aux liquides, de durabilité, de souplesse et de résistance.

Depuis une vingtaine d’années, les géomembranes en PVC plastifié ont apporté une réponse à ces problèmes.

Dans certains cas précis d’agressivité, de toxicité et de température des liquides, on fait en outre appel depuis quelques années à des polymères spéciaux : PEHD, polyéthylène chloré, polyéthylène chlorosulfoné, voire à certains élastomères fluorés pour constituer des membranes assurant une parfaite résistance à ces attaques ou agressions.

Les feuilles de caoutchouc Butyl utilisées auparavant, bien que bénéficiant d’une expérience importante aux USA, avaient en effet révélé à l’usage des difficultés de mise en œuvre liées aux particularités de leur fabrication (vulcanisation d’un ensemble constitué d’un tissu de Butyl compris entre deux plaques de cette matière), du poids du matériel de soudure utilisé sur le chantier et de l’incidence des conditions atmosphériques. C’est ce qui avait amené les utilisateurs à rechercher d’autres matériaux assemblés au moyen d’autres techniques et ne présentant pas les mêmes inconvénients. C’est ainsi qu’ont vu le jour les PVC plastifiés mis au point par les chercheurs et fabricants, chimistes par excellence, déjà spécialisés dans le domaine de la géomembrane. La technique de fabrication qu’ils ont adoptée conduit à un produit parfaitement homogène (bien qu’il puisse contenir jusqu’à 20 composants) dont l’épaisseur (de 5/10 à 27/10 mm) est d’une régularité absolue. Les feuilles de PVC sont réalisées en bandes de 1,50 m de largeur assemblées en atelier par panneaux pouvant atteindre une surface de 1000 m², puis pliées et transportées au lieu d’emploi. Les soudures sur le site se trouvent réduites au strict minimum. Bien que les épaisseurs de matière paraissent faibles, l’étanchéité d’une feuille de 1 mm est supérieure à celle d’un remblai d’argile compacté de 10 m d’épaisseur (ou 10 000 fois plus forte que celle d’une couche de 10 cm de béton bitumineux). Les coefficients de perméabilité des matériaux habituellement utilisés figurent au tableau I.

Sur ces bases, le débit s’exprime par la formule :

Q = KS/E

dans laquelle :

Q = débit (m³/s)
S = surface traversée (m²)
K = coefficient de perméabilité (m/s)
E = épaisseur traversée (mm)

TABLEAU I

P = pression exprimée en hauteur d'eau (m)

Les feuilles d'étanchéité n'étant pas des produits « porteurs », il leur faut un support car la stabilité de l'ouvrage doit être assurée par une assise, la membrane ne remplissant qu'un rôle de séparation.

Le plus souvent, en dehors des cas de rénovation d'ouvrages existants pourvus de revêtements divers (béton de ciment ou bitumineux, par exemple), ces feuilles sont posées directement sur le sol terrassé et compacté. L'entreprise chargée des terrassements doit alors travailler en étroite collaboration avec l'entreprise d'étanchéité qui lui transmet, en fonction des qualités granulométriques des sols et des spécificités de l'ouvrage, toutes informations utiles concernant l'exécution de ses travaux, de façon à éliminer notamment les aspérités qui, dans les cas de grande hauteur d'eau, pourraient provoquer la rupture de la membrane. Cette éventualité a fait l'objet de tests de simulation, démontrant qu'une feuille PVC de 1 millimètre d'épaisseur, posée sur du matériau concassé 20/40, résiste sans dommages à une pression de 20 m d'eau, la rupture survenant sous une pression de l'ordre de 30 m.

Il résulte des expériences faites que l'on peut augmenter très sensiblement la hauteur d'eau admissible et la pérennité de l'ouvrage lorsque l'on associe géomembrane et géotextile ; celui-ci est constitué par un feutre d'épaisseur variable, choisi en fonction du support et constitué de fibres de polyester ou de polypropylène. Les deux matériaux sont ainsi exploités suivant leurs caractéristiques propres : le géotextile, support mécanique protégeant la membrane, s'oppose à sa déformation et à son allongement, son rôle principal étant de répartir les charges appliquées sur celle-ci. Le pouvoir d'élongation des membranes en PVC est important, puisqu'il est compris entre 250 % et 500 %, mais il faut noter que ce que l'on gagne en allongement, on le perd, proportionnellement, en épaisseur. Lors des essais de résistance à la rupture, ce phénomène de striction apparaît d'une manière étalée et régulière, ce qui retarde les déchirures qui, dans la pratique, n'interviennent qu'en cas d'accident grave du support.

Il convient, pour chaque projet, d'analyser l'ensemble des contraintes et sollicitations que la feuille aura à supporter (intempéries, vent, rayons solaires, produits chimiques, risques d'enfouissement, de poinçonnement, de tassements ponctuels, de fluage, déchirure et abrasion), pour déterminer le produit le mieux adapté à l'emploi ponctuel prévu. Ces membranes se présentent en effet à la fabrication sous différentes formes :

— soit homogènes dans la masse, — soit armées par une grille de fibres textiles en polyester, — soit supportées par un feutre.

Chacun des matériaux ci-dessus présente des caractéristiques qui lui sont propres, à savoir : — géomembranes en PVC homogène non renforcées : grand pouvoir d'élongation, grande capacité de déformation ; — géomembranes en PVC armées : stabilité dimensionnelle, résistance mécanique ; — géomembranes en PVC sur support : très bonne résistance mécanique, résistance au poinçonnement et aux coupures. Ce système permet de désolidariser la membrane par rapport au support, évitant les problèmes d'incompatibilité (avec le bitume, par exemple).

Leurs caractéristiques physiques sont résumées dans le tableau II.

Le nombre d'adjuvants possibles utilisables dans la formulation des PVC plastifiés permet de produire une variété de produits telle qu'à la limite, on pourrait penser qu'à une application donnée corresponde une formulation spéciale...

En réalité, tout le savoir-faire du formulateur consiste à approcher au plus près la formule idéale, en fonction des qualités des conditions d'emploi demandées à la membrane.

D'une manière générale, les qualités le plus couramment employées sont en fait les suivantes, en fonction de leur utilisation : — PVC de formulation classique : stockage d'eau naturelle non agressive ou peu polluée, tel que stockage d'eau pour lavage, arrosage, irrigation, agrément, protection incendie, réservoirs d'orage, étangs, digues, lagunage, barrages et, dans l'industrie, stockage d'effluents et cuvelages de cuves métalliques ou en béton ; — PVC modifié Elvaloy : stockage de liquides contenant des hydrocarbures (sauf aromatiques), tel que bassins autoroutier, déballastage, cuvette de rétention accidentelle, stockage d'effluents industriels contenant des graisses d'origine animale ou végétale ou encore bassin pour l'industrie alimentaire, stockage d'eau chaude (+ 80 °C) ; — PVC de formulation alimentaire : bassins de marée et de production, châteaux d'eau...

De nouvelles applications apparaissent chaque jour, sous l'impulsion des maîtres d'œuvre à la recherche de techniques nouvelles, telles que celles qui sont exposées dans les applications figurant ci-après.

TABLEAU II

Digue de l’étang du Puits à Argent-sur-Sauldre (Cher)

L’étang du Puits n’avait pas été vidé depuis plusieurs dizaines d’années et les contrôles avaient fait apparaître des infiltrations d'eau à travers la digue qui supporte la route ; il a donc été décidé de rétablir l'étanchéité de la digue. Après étude, le choix s’est porté sur une membrane en PVC homogène de 1,5 millimètre d’épaisseur comprise entre deux couches de géotextile d'un centimètre d'épaisseur, choix dicté par la nécessité d'obtenir un grand pouvoir d’allongement, et une longévité importante.

Les parements se présentant sous la forme de blocs maçonnés et ne pouvant de ce fait recevoir le nouveau système d'étanchéité, ont été rejointoyés au moyen d'un béton projeté, sommairement lissé, présentant des ondulations douces (non agressives). Les feutres lourds qui ont été employés indépendamment de leur rôle antipoinçonnant, désolidarisent la géomembrane de son support, en autorisant ses mouvements, notamment en fonction de la nature de la protection mécanique.

Bassin de production et de récupération de biogaz à Béthune (Pas-de-Calais)

Cet ouvrage est un bassin de stockage et de fermentation des effluents en provenance d'une usine de fabrication de frites et flocons de pomme de terre. Il a été conçu de façon à permettre la récupération du biogaz provenant des réactions biologiques. Il comprend une étanchéité de fond, avec dispositifs de dégazage sous membrane réalisés au moyen d'une grille de géotextile, et un toit flottant permettant de couvrir hermétiquement le bassin.

Les deux membranes sont en PVC Elvaloy, armé de textile, choix qui a été retenu à partir des critères ci-après :

— résistance aux effluents (graisses et huiles de friture, agents de nettoyage, pommes de terre et produits chimiques prophylactiques) et à des températures variant de 10° à 40°,

— résistance mécanique face aux efforts dus au vent et à la retenue des eaux de pluie (la résistance à la rupture de la membrane est de l'ordre de 40 kg par cm).

Bassin de stockage d’eau de forage à Artenay (Loiret)

La conception même de ce bassin de grandes dimensions (9 m de hauteur d'eau), bordé par des talus de pente 2/1, conduisait à des difficultés dues au fait que l'ouvrage se trouvait totalement vide à certains moments.

Les qualités requises de résistance aux intempéries (et plus particulièrement aux rayons ultraviolets) ont conduit à opter pour une géomembrane en PVC de couleur noire, de 1 millimètre d’épaisseur, posée sur un feutre en géotextile. Afin d’éviter le soulèvement du voile d’étanchéité posé sur les talus, un maillage dense, réalisé à partir de pneus et de cordages plats en polyester, a été mis en place et ce, dans les sens longitudinal et transversal. Des séries de deux pneus ont été fixées sur le fond, chaque rangée de pneus étant rendue solidaire de la suivante par lacage. On a ainsi obtenu un ensemble cohérent et monolithique pouvant, d'après les calculs, résister au soulèvement par un vent de 120 km/h.

Qui se souvient de la terrible tempête qui eut lieu en France dans la nuit du 15 au 16 octobre 1987, notera que ce système d'étanchéité n’a connu aucune dégradation...

Tableau indicatif de résistance chimique

Conclusion

Les géomembranes en PVC ont fait la preuve de leurs possibilités d’adaptation à la majorité des problèmes qui leur ont été posés.

Leur choix et leurs conditions de mise en œuvre sont du domaine d'un spécialiste : l'applicateur de géomembranes, qui doit pouvoir intervenir dès la conception des projets. À ce stade, il oriente le concepteur sur le matériau le mieux adapté, et sur l'établissement d'un cahier des charges précis. Il engage alors sa responsabilité sur la pérennité de l’ouvrage d’étanchéité, et apporte sa garantie décennale à la partie des travaux qui lui incombe.

* Marque Du Pont de Nemours.