Principes généraux de la conception d'un dispositif d'étanchéité par géomembranes

L'expérience montre qu'il est nécessaire de choisir un tel dispositif en fonction d'un ensemble de paramètres indissociables dont font partie, pour ne citer que quelques points :

• les conditions liées au site : — géotechnique, hydrogéologie, — conditions atmosphériques, — site à risques (pollution, séismes) ;

• les conditions liées à l'exploitation de l’ouvrage : — ouvrage à vocation permanente ou temporaire, — nature des fluides ou des matériaux contenus.

En outre, ce choix s'accompagne d’un programme de contrôle de la mise en œuvre, ainsi que de la prévision éventuelle d'un programme de maintenance.

COMPOSITION D'UN « PLAN QUALITÉ » DE LA CONCEPTION ET RÉALISATION D'UN DISPOSITIF D’ÉTANCHÉITÉ PAR GÉOMEMBRANES EN PVC (DEG)

Un tel plan comporte les cinq chapitres suivants :

I — Étude géotechnique du site d'implantation

• Reconnaissance de la structure et du type de sol dans les environs du volume d’emprise de l'ouvrage afin de mettre en évidence les facteurs défavorables suivants : — sols de forte teneur organique,

— sols susceptibles à l'eau (argiles gonflantes), — zones de formations karstiques, — zones rocheuses fortement fracturées,

• Reconnaissance hydrogéologique pour mettre en évidence : — la présence et la variation de niveau d'une nappe phréatique : on doit tenir compte des niveaux extrêmes et non d'un seul niveau, notamment le niveau bas, — la présence d'écoulements souterrains, — la présence de zones de captage...

Cette liste n’est pas exhaustive ; cependant l'implantation de l'ouvrage, l'inclinaison des talus, le système de drainage, eau et gaz, la protection antipoinçonnante, le choix de la géomembrane, la présence d'un lestage éventuel, d'une protection lourde, etc., dépendent de cette reconnaissance géotechnique et hydrogéologique et sont de la responsabilité du maître d'œuvre.

Le dimensionnement et les détails d'exécution de ces éléments peuvent être en outre apportés par les entreprises et les fournisseurs.

II — Choix du type et de la composition du dispositif

Le DEG, conformément aux travaux du C.F.G.G.*, comprend le support, la géomembrane, la structure de protection.

* Comité français des géotextiles et géomembranes.

• — stable, notamment dans les talus, ce qui conditionne les valeurs maximum des pentes ;
• — drainé, pour éviter les sous-pressions sous la géomembrane ;
• — compacté à 95 % de l’Optimum Proctor Normal (OPN) ;
• — non agressif chimiquement et mécaniquement vis-à-vis de la géomembrane.

La géomembrane doit être :

1. 1) mécaniquement adaptée à sa fonction « étanchéité » dans l’ouvrage considéré,
   • — d’une épaisseur suffisante (minimum 10/10 mm),
   • — d’une structure adaptée en fonction du type de sollicitations mécaniques, sollicitations se traduisant par des déformations différentielles relativement importantes dans le DEG, par exemple aux raccords avec les ouvrages annexes, et dans les ouvrages où les fondations sont compressibles.

   On préférera, dans ce cas, une géomembrane homogène ou une géomembrane collée sur un géotextile non tissé aiguilleté, en raison de leur capacité de déformation homogène.

   Ces sollicitations se traduisent encore par un battement de la géomembrane (cas de membrane exposée, non lestée ou partiellement lestée) sur son support dans des zones très exposées au vent, ou par un fluage de la géomembrane sous son poids propre sur des rampants de grande longueur ou des parois verticales.

   On préférera dans ce cas des géomembranes armées par une trame en polyester comprise dans l’épaisseur du produit, ou par un voile de verre, ou des géomembranes collées sur un géotextile. Dans les deux cas, les éléments de renfort associés doivent justifier de l’effet attendu.

2. 2) de formulation adaptée en fonction :
   • — d’une exposition ou non aux rayons UV ;
   • — d’une exposition à des effluents différents de l’eau brute. Les problèmes de compatibilité chimique peuvent se poser avec les hydrocarbures, certains acides en forte concentration, certains solvants, ou les très fortes concentrations en matières organiques.

   Dans ces cas particuliers, le fournisseur précisera la compatibilité de ses produits avec le liquide stocké ou transporté et ce, d’après une analyse chimique détaillée de ce dernier.

3. 3) une structure de protection doit être prévue dans certains cas :
   • — ouvrages très importants (barrages par exemple, ou grands bassins) ou à risques, où la fiabilité et la pérennité nécessitent un fort coefficient de sécurité ;
   • — géomembrane non résistante aux rayons ultraviolets et donc à protéger ;
   • — géomembrane soumise à un trafic de véhicules lors de la mise en œuvre ou lorsqu’elle est en service ;
   • — géomembrane soumise à des actions de poinçonnement ou de frottement dues à des corps flottants (bois mort, glace…) ;
   • — géomembrane devant supporter des enrochements, ce qui nécessite des couches de transition de protection ;
   • — nécessité de lestage total ;
   • etc.

   Cette structure doit être stable et ne pas exercer d’effets négatifs sur la géomembrane ; en particulier la protection ne doit pas poinçonner la géomembrane (exemple : enrochements) ; par ailleurs, les conditions de stabilité de la protection ne doivent pas induire d’efforts dans la géomembrane.

III — Dimensionnement des différents éléments

On distingue les facteurs suivants qui influent sur ce dimensionnement :

• • Drainage de l’eau : ce système doit être prévu (figure 1) :
  • — pour limiter les sous-pressions derrière la géomembrane, tendant à déstabiliser la structure du DEG, ainsi que le fond de forme (talus notamment). Il est nécessaire de calculer le débit à évacuer ;
  • — pour permettre le cas échéant de réaliser un contrôle des fuites accidentelles à travers le DEG (se préoccuper de déterminer le temps de repérage d’une fuite).
• • Drainage de gaz : il doit permettre l’évacuation des gaz de fermentation qui tendent à s’accumuler dans les sols à teneur organique et à soulever la géomembrane.

Certains géotextiles composites, à la fois filtrants et drainants, très transmissifs, peuvent remplir ce rôle.

• • Support de la géomembrane :
  • — le support de la géomembrane ne doit pas être agressif mécaniquement dans les conditions de pression hydrostatique et hydrodynamique exercées par le fluide ou les matériaux stockés (évaluer la pression statique exercée sur la géomembrane). Un feutre non tissé aiguilleté antipoingonnant de 300 g/m² minimum est vivement recommandé dans tous les cas,
  • — le support ne doit pas être agressif chimiquement : les géomembranes en PVC courantes ne sont pas compatibles avec le bitume ; dans ce cas on interposera par exemple un géotextile épais de désolidarisation,
  • — le support doit enfin être stable pour éviter les tassements différentiels en fond et les éboulements des supports pulvérulents sur les talus.
• • Géomembrane :
  • — bien qu’aucune géomembrane n’ait, a priori, une fonction de renforcement, les sollicitations de service dues à diverses causes : ancrages, tassements, poids propre de la géomembrane, action du vent, pressions hydrostatiques, actions de poinçonnement, efforts exercés par la protection, conduisent à vérifier que la résistance mécanique du produit est suffisante. Dans ce cas, il faut déterminer les efforts de traction, de cisaillement, de poinçonnement subis par la géomembrane.

— on vérifiera la compatibilité chimique de la géomembrane vis-à-vis des fluides ou matériaux stockés.

● Protection :

La structure de protection doit être calculée en fonction des considérations portées au paragraphe ci-dessus.

IV — Contrôle de qualité des soudures

Les propriétés thermoplastiques des géomembranes en PVC permettent de les assembler par ramollissement, fusion et pression du joint grâce à un chalumeau à air chaud ou à lame chaude : on réalise ainsi une thermosoudure.

La qualité d'une géomembrane dépend bien sûr de la qualité de ces soudures, qui peut être contrôlée in situ par des tests destructifs ou non destructifs.

Les tests destructifs effectués en laboratoire comportent un essai de traction sur éprouvettes comprenant un joint perpendiculaire et un essai de pelage de joint.

Les tests non destructifs sont de cinq natures :

• — essai de désolidarisation du joint (en déplaçant un outil du type tournevis le long du joint) ;
• — essai à la cloche à vide permettant de tester l’étanchéité d’une zone située à cheval sur le joint ;
• — essai avec jet d’air comprimé déplacé contre le joint (même principe que le premier cas) ;
• — essai d’injection d’air comprimé dans le canal central du joint, lorsqu’une double soudure est réalisée ;
• — essai acoustique : l’étude de l’écho d’ondes sonores à travers le joint permet de déceler les hétérogénéités.

V — Maintenance

Tout ouvrage devrait faire l’objet d’une inspection régulière et être entretenu en conséquence, afin de lui conserver une bonne rentabilité et parer à des incidents qui peuvent être lourds de conséquences.

Le système d’étanchéité retenu doit donc être facilement réparable.

CONCLUSION

Les dispositifs d’étanchéité par géomembrane en PVC constituent des systèmes très performants, à condition qu'ils fassent l'objet d'une conception correcte, prenant en compte tous les paramètres liés au site et à l’exploitation de l’ouvrage. L'expérience montre notamment que le choix du dispositif d’étanchéité par géomembrane-support, géomembrane-protection et sa mise en œuvre sont indissociables de l’étude préliminaire de géotechnique (mécanique des sols), des conditions climatiques et des conditions de compatibilité physico-chimiques attendues. Une interaction correcte avec les travaux de terrassement conditionne également le résultat final.

Les travaux d’exécution doivent être confiés à une entreprise qualifiée pour la mise en œuvre du dispositif, entreprise qui apportera, outre son savoir-faire, ses propres moyens d’auto-contrôle.

Enfin, le producteur, après plus de quinze années de références et de développement a acquis une expérience qu'il souhaite mettre à la disposition des utilisateurs en vue de l’optimisation de l'emploi des géomembranes en PVC.