En première partie de cette étude nous avons présenté l’« Hostalen », une matière plastique de polyéthylène à haute densité, et sa variante l’« Hostalen GM 5010 » un matériau spécialement adapté à la fabrication de tuyaux flexibles utilisables en particulier pour le transport de l’eau et des effluents (1). Successivement ont été passés en revue : la formulation, les caractéristiques physiques et chimiques, la fabrication, le contrôle et les performances du matériau. Nous allons en venir maintenant à la partie pratique, sous forme d’exemples d’utilisation.
APPLICATIONS GÉNÉRALES
Ces tuyaux en « Hostalen GM 5010 » connaissent des applications fort nombreuses et dans des domaines très variés notamment pour le transport des fluides liquides ou gazeux :
— Tuyaux d’irrigation,
— Tuyaux de décharge, en particulier pour les eaux usées des hôpitaux, des laboratoires, des ateliers industriels, ceci grâce à l’excellente résistance chimique de l’Hostalen.
— Gazoducs : dans les pays qui disposent depuis longtemps de gaz naturel on a commencé très tôt à utiliser des tuyaux en matière plastique pour les conduites de distribution locale. Des tuyaux en polyéthylène ont déjà été posés, par exemple aux U.S.A., dès la fin des années 50. Depuis l’exploitation du gaz naturel on utilise aussi en Europe depuis plusieurs années des tuyaux à gaz en polyéthylène. En Inde et en Australie on pose de plus en plus de tuyaux à gaz en Hostalen GM 5010. Ils se sont imposés pour les conduites d’alimentation en gaz naturel et en gaz manufacturé en raison des bonnes propriétés du matériau : telles la résistance au choc, la stabilité autant vis-à-vis des sols agressifs que des hydrocarbures véhiculés, et aussi en raison de la facilité de pose et de raccordement.
Des systèmes d’assemblage y compris des dérivations pour raccordements domestiques ont été mis
au point ces dernières années, spécialement pour les tuyaux en PE haute densité utilisés comme conduites de gaz. Des systèmes de raccordement également à base de PEHD ont été complétés entre temps, si bien que l'on peut réaliser aujourd'hui des réseaux complets intégralement en Polyéthylène.
— Tuyaux de protection pour câbles et tuyaux de service divers.
APPLICATIONS EN ASSAINISSEMENT
Mais c'est l’assainissement qui constitue un des plus importants domaines d’application des tuyaux en « Hostalen GM 5010 », en développement constant depuis plusieurs années déjà, et promis à un grand avenir. Ces tuyaux présentent, en effet, tellement d'avantages : légèreté (donc d'un transport aisé), flexibilité, pose très facile ; ils ont une haute résistance à l’agressivité des fluides véhiculés et à celle des sols où ils sont implantés, en même temps qu'une insensibilité au gel. Enfin, le lissage parfait de leur surface interne assure une perte de charge très faible par frottement des fluides contre les parois, et s'oppose à la constitution fâcheuse de dépôts ou d'incrustations qui dégradent trop rapidement — on le sait — la plupart des canalisations conventionnelles.
Nous n’allons retenir aujourd’hui que deux illustrations de ce que les propriétés originales des tuyaux en « Hostalen GM 5010 » ont permis de réaliser en nouvelles techniques d’assainissement, et que nous allons présenter successivement.
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PREMIER EXEMPLE
LE « RELINING » DE L'ÉGOUT DU RIED (EN R.F.A.)
LA TECHNIQUE DU « RELINING »
Le « relining » (étymologiquement : « remise en ligne ») est l’opération par laquelle on glisse dans une canalisation dégradée un tuyau neuf (de diamètre un peu inférieur bien entendu) qui va constituer un nouveau gainage interne sans entraîner de travaux de terrassement. C'est un « retubage » pur et simple, sans intervention dans le sous-sol et laissant le site en l'état.
On voit immédiatement l'intérêt d'une telle technique pour la réfection de canalisations de tous genres : conduites de gaz, adductions d’eau potable ou industrielle, collecteurs et réseaux d’assainissement. Elle exige tout de même de réunir plusieurs conditions :
1°) Il est nécessaire que la canalisation dégradée soit au préalable suffisamment curée.
2°) Il est nécessaire de mettre en œuvre des tuyaux souples, flexibles, résistants, en tronçons étanches pouvant se prêter sans dommage à un tel effet de tractage sur un long développement et, enfin, il faut réaliser ledit tractage en disposant d'un système moteur et d'une tête de tractage appropriés.
Le vide entre les deux tuyauteries peut être comblé par des matériaux isolants et il n'y aura pas de problème de réduction de débit avec la nouvelle conduite malgré son diamètre inférieur si, le lissage de la surface interne étant parfait, elle assure une nouvelle vitesse d’écoulement du fluide beaucoup plus grande.
Les qualités présentées par les tuyaux flexibles en polyéthylène à haute densité « Hostalen GM 5010 » ont permis de concevoir et de perfectionner cette technique nouvelle et audacieuse du « relining ».
LE PROBLÈME DE L’ÉGOUT DU RIED (R.F.A.)
Le Ried (étym. = marécage) est une région formée d'anciens marécages, dans le triangle Frankfurt-Mainz-Darmstadt, où le Rhin a divagué sur ses rives dans les temps anciens, y laissant certains bras morts qui ont été canalisés. Ce site qui a beaucoup souffert du déboisement au cours des temps est maintenant protégé sous forme de parc naturel, avec notamment une réserve ornithologique. La nappe phréatique qui s'y trouve en sous-sol constitue le réservoir d’eau potable « Hessisches Ried » pour toute la région du confluent Main-Rhin, à forte densité de population.
Datant de 1934 et construit en tuyaux de béton armé de diamètre 1,20 m, l’égout du Ried n’absorbait plus l'important volume d’eaux résiduaires, lequel avait considérablement augmenté dans la zone du Schwarzbach (38,6 km²). Même en période de niveau moyen des eaux de la rivière Altrhein (Vieux-Rhin) dans laquelle il se déverse, les effluents faisaient déjà déborder l'ancien canal ce qui provoquait des inondations et menaçait gravement la qualité de l'eau de la nappe phréatique.
UNE GRANDE PREMIÈRE DE « RELINING »
Après des études hydrologiques poussées et après avoir envisagé plusieurs possibilités, notamment celle de doubler la canalisation de refoulement qui passe tout entière sous la nappe phréatique, la technique du « relining » fut retenue par le Service des Eaux de la région « SCHWARZBACH RIED » car seule elle permettait de se dispenser de fastidieux travaux de terrassement (et de l’obligation de monter des remparts en palplanches pour retenir les eaux pendant les travaux). L’égout ne fut découvert en fait que dans les zones d’insertion et de révision, ce qui réduisit les travaux de terrassement de 90 % par rapport à un changement de canalisation à ciel ouvert.
D’autre part, il fallait passer sous des zones habitées, par exemple, pendant 600 mètres sous un nouveau quartier de la commune de ERFELDEN, sans parler de croisements : en surface avec une voie de chemin de fer et en sous-sol avec des conduites de gaz, des canalisations d’adduction d’eau potable et des conduites de câbles, passant toutes perpendiculairement dans le sol au-dessous de l’égout.
LA FICHE TECHNIQUE DES TRAVAUX
- - Travaux à effectuer : Transformation de l’égout du Ried en une canalisation de refoulement
- - Technique adoptée : Relining
- - Canalisation existante à écoulement : béton, Ø nominal 1200
- - Longueur de canalisation à insérer : env. 2155 m
- - Tuyaux en PE haute densité : Ø nominal 1000, pression nominale 3,2 bars
- = Débit de la canalisation de refoulement : 2 m³/s à 3 m/s
- - Pression de service prévue : 15 à 30 m de colonne d’eau
- - Matériau des tuyaux selon DIN 8074, tuyaux extrudés sans ligne de soudure, Ø nominal 1000, en Hostalen GM 5010, PE haute densité de Hoechst Ø intérieur 938 mm, Ø extérieur 1000 mm
- - Collets soudés avec brides en acier Raccords homogènes permettant d’obtenir des tronçons de canalisation de 315 m par soudage électrique au miroir chauffant
- - Poids total des tuyaux : environ 230 tonnes
- - Étude et conduite des travaux : Dr.-Ing. Albert Carl und Dip.-Ing. H. Unger, Ingenieurbüro, Darmstadt
- - Fournisseur de la matière première Hostalen GM 5010 : Hoechst Aktiengesellschaft, Francfort
- - Fabricant des tuyaux en Hostalen GM 5010 : Europlast Rohrwerk GmbH, Hambourg (représenté en France par les Ets FRANS BONHOMME, à 37200 Joué-les-Tours)
- - Fournisseur des tuyaux de grand diamètre (Ø nominal 1000) en PE haute densité : Mannesmann-Handel AG, Düsseldorf
- - Gestion des travaux : Jakob Nohl GmbH, Rohrleitungsbau, Darmstadt
- - Entreprise de travaux publics : Preussag, Wasser-und Rohrbau, Hannover
AU RIED : UNE SÉRIE DE VÉRITABLES PERFORMANCES DE RELINING
La pose de la canalisation a pu se faire en charge : le canal du Ried est resté en service pendant les travaux, évitant ainsi la retenue et le pompage des eaux résiduaires. La traction a été effectuée dans le sens de l’écoulement, les eaux résiduaires servant de lubrifiant.
L’introduction des tuyaux en Hostalen GM 5010 a pu être réalisée à partir d’un point unique, et ceci à une vitesse jusqu’à 15 m à la minute. Des tronçons de tuyaux en diamètre 1000 mm assemblés en longueur jusqu’à 315 m ont permis cette vitesse record d’introduction. Les différentes opérations accessoires : réception pour stockage intermédiaire, insertion proprement dite et raccordement par brides n’ont demandé que 6 à 8 heures pour de tels tronçons.
Pour stabiliser le nouveau tuyau (variation de longueur : 0,42 m pour 2100 m, avec Δt = 1 °C), l’espace annulaire entre la canalisation en PE haute densité et l’ancien égout en béton a été rempli de coulis d’injection.
L’engin de tractage, à chenilles (160 CV ; poids 21,5 t ; puissance de traction environ 30 t) était équipé d’un enrouleur de câble pouvant tirer sous un angle droit grâce à une poulie de renvoi installée à la sortie de l’égout.
• Le câble de traction, gainé de matière plastique, de 2 120 m de long avait 27 mm de diamètre, une résistance de 180 kgf/mm² (force de rupture calculée : 57,6 t) et pesait 6,5 t.
CONCLUSION
Cette opération de « relining » est sans doute la plus importante jamais réalisée en Europe, et probablement dans le monde avec des tuyaux en polyéthylène.
Une autre réalisation du même genre a été effectuée par les Services Techniques de la Ville de Mayence pour le relining d'une conduite de gaz sous pression (500 mm de colonne d'eau) présentant des fuites dans la Rheinallee, voie à très grande circulation.
Le succès de telles opérations est d’ailleurs tout autant dû à la qualité des tuyaux qu'au savoir-faire des entreprises spécialisées dans leur pose.
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DEUXIÈME EXEMPLE
LE CEINTURAGE INTÉRIEUR IMMERGÉ DE L'OSSIACHER SEE (LAC D'OSSIACH) EN AUTRICHE
LA PROTECTION DU LAC D'OSSIACH CONTRE LA POLLUTION RIVERAINE
La Carinthie (KÄRNTEN) est la province la plus méridionale de l'Autriche, en bordure de l'Italie et de la Yougoslavie, et elle bénéficie à la fois d'un climat déjà méditerranéen et de paysages alpestres fort appréciés des touristes et des vacanciers. C'est une région qui vit essentiellement du tourisme, ayant la chance de posséder autour de sa capitale KLAGENFURT un certain nombre de merveilleux lacs alpestres bien connus des touristes qui y trouvent un lieu de séjour idéal. Comme tous les autres, ces lacs autrichiens sont menacés par la pollution provenant de leurs communes riveraines et il faut absolument protéger l'environnement si on veut continuer à pouvoir offrir aux vacanciers leurs eaux si claires et si favorables à la baignade et aux sports nautiques.
C'est un problème très grave et qui se pose d’ailleurs dans tous les pays où un lac est un centre de tourisme. Depuis longtemps on a compris que si l'on pouvait unifier l'épuration des eaux usées de toutes les communes urbaines (lesquelles sont trop petites pour posséder chacune une station d'épuration propre) en rassemblant tous leurs effluents pour les traiter ensemble dans une station d’épuration collective, on aurait trouvé la solution, et la seule.
Mais voilà : il faut ceinturer le lac par un collecteur qui reçoive les effluents de chaque commune, et en France, par exemple, le problème a été résolu (pour la première fois) pour le Lac d’Annecy. Or la construction d'un tel collecteur, avec les démarches diverses préparatoires, l'entente sur les travaux et leur financement, et les travaux de terrassement proprement dits (notamment dans certaines parties rocheuses surplombant le lac) a nécessité un délai total d'une vingtaine d'années !
Pour protéger la qualité des eaux de l’un des plus beaux de ces lacs de Carinthie : le lac d'OSSIACH (OSSIACHER SEE), les communes riveraines et celles des environs immédiats ont constitué une association pour l’évacuation et le traitement des eaux usées, et la station d'épuration collective existait : celle de la commune de Villach, qui était en mesure de traiter tous ces effluents.
Or la pose d'un collecteur circulaire souterrain de type conventionnel aurait demandé 8 à 10 ans de travaux, donc avec une incidence sur l'état des cités pendant une dizaine de saisons, sans parler de très grosses difficultés de génie civil pour traverser certains passages à travers les rochers. Une seule technique — nouvelle et audacieuse — a pu apporter la solution : le ceinturage intérieur immergé du lac, avec des tuyaux en Hostalen GM 5010.
10 SEMAINES SEULEMENT POUR POSER, DANS LE LAC, 15 KM DE TUYAUX
Pour collecter les eaux usées de neuf localités riveraines du lac et les conduire à la station d'épuration voisine de Villach, on mit en œuvre au total 15 km de tuyaux en Hostalen GM 5010, des canalisations en PN 6 correspondant à la norme DIN 8074/8075.
Les longueurs se décomposent ainsi, par diamètres :
- • 5 000 m de tuyaux en Hostalen GM 5010 Ø 200 mm,
- • 3 000 m de tuyaux en Hostalen GM 5010 Ø 280 mm,
- • 7 000 m de tuyaux en Hostalen GM 5010 Ø 355 mm.
Les tuyaux en longueurs unitaires de 50 m ont été acheminés par chemin de fer, puis stockés au voisinage du lac. Dans un atelier de chantier ils ont été assemblés en tronçons suivant le procédé de soudure par miroir chauffant et conformément à toutes les règles de l’art.
Après chaque assemblage, les tuyaux parfaitement étanches à l’eau et lestés ont été placés sur convoyeur à rouleaux et directement mis à l’eau. Lorsqu’une longueur donnée, correspondant à la distance entre deux stations de pompage, était terminée, un bateau à moteur remorquait la canalisation vers le lieu d’immersion. De cette façon, les neuf localités du lac ont été reliées entre elles, la canalisation flottant en forme de guirlande sur l’eau du lac.
- • Il ne restait plus qu’à immerger.
Les travaux préliminaires terminés, les tuyaux ont été immergés à la vitesse de 6 m/mn et lestés au moyen d’anneaux de béton. Le lest représentant huit à dix fois la poussée hydrostatique du tuyau rempli d’eau, il a fallu 50 à 60 kg de béton tous les 6 m pour un diamètre de 355 mm. Les anneaux de béton et le poids même des eaux résiduaires qui coulent dans la conduite la maintiennent solidement au fond du lac.
L’extrémité de la conduite est raccordée par une bride mobile à la bride métallique du tuyau de l’installation de pompage, l’autre extrémité restant libre. L’eau est refoulée par la pompe dans la canalisation. Le tuyau entre dans l’installation de pompage à une profondeur d’environ 3 m, si bien qu’il ne peut être pris par les glaces en hiver. La pression de service est de 2,6 à 3,8 bars maximum.
Alors qu’une technique classique aurait nécessité 140 semaines de travaux, la pose définitive des 15 km de tuyaux en Hostalen GM 5010 n’a demandé que 40 semaines, ce qui n’est pas une mince performance.
De plus, les tuyaux en Hostalen GM 5010 ne se corrodent pas à l’intérieur.
C’est la société autrichienne GRANGES M.B.H., spécialisée dans ce genre de pose et disposant du matériel approprié, qui a effectué en premier lieu les études, puis réalisé la pose et l’immersion conformément au cahier des charges imposé.
Désormais, les neuf stations de pompage situées au bord du lac envoient sous une pression de 4 bars les eaux résiduaires collectées à travers les 15 km de tuyaux en Hostalen immergés dans le lac, pour les acheminer vers le collecteur principal et, de là, vers la station d’épuration.
Au point de vue du coût de ces travaux, les calculs précis des frais pour la pose d’un collecteur circulaire (souterrain) extérieur au lac n’ont pas été effectués. Toutefois, en se basant sur des réalisations du genre, et avec une évaluation prudente de la part des
Ingénieurs et des services spécialisés, on a pu estimer que la technique d'immersion en tuyaux en Hostalen GM 5010 a représenté le dixième environ des dépenses à envisager avec la technique conventionnelle habituelle...
Soulignons donc ces deux résultats absolument remarquables :
— le délai : 10 semaines pour réaliser l'opération, au lieu de 10 années… — le prix : une dépense dix fois moins forte...
Au point de vue du comportement de l'ensemble du réseau, signalons que des analyses ont été effectuées quelques mois après la mise en service sur les eaux du lac et comparées à celles de prélèvements antérieurs. La teneur en colibactéries a été réduite au 1/10 de la valeur initiale et l'eau du lac est devenue 5 fois plus transparente.
On peut affirmer que le lac d'OSSIACH a été sauvé d'une pollution progressive certaine...
CONCLUSION
Les deux techniques qui viennent d'être exposées à la faveur de ces exemples notoires de réalisations pratiques constituent, on l'admettra, des progrès indéniables dans les conceptions modernes de l'assainissement. On doit en rendre hommage aux firmes qui se sont spécialisées dans de tels genres de travaux, et qui ont su se doter de tous les équipements et du matériel appropriés.
Mais c'est tout de même l'existence de tuyaux d'assainissement en Hostalen qui a pu permettre ces réalisations. Les spécialistes de la recherche, chez HOECHST, travaillent d'ailleurs de façon continue à l'amélioration des performances de l'Hostalen, et après l'Hostalen GM 5010, ils ont réussi au début de l'année 78 à franchir un nouveau pas en améliorant encore :
— le comportement au fluage sous contrainte permanente, — la résistance au choc, — l'aptitude au raccordement par soudage en emboîture (polyfusion).
Les tuyaux réalisés avec la version améliorée Hostalen GM 5010 T 2 satisfont dorénavant, avec une marge de sécurité supérieure, aux exigences de la norme DIN 8075 (types 1 et 2).
Nous aurons l'occasion de revenir sur ce point avec de prochaines communications dans cette revue.
J.-M. GUILLAUME – G. STELLER – R. CUNY.
