ÉTUDE EXPÉRIMENTALE DE LA RÉSISTANCE AU COLMATAGE ...

* 3000, rue Boullé, Saint-Hyacinthe (Québec) Canada J2S 1H9 [email protected] wwww.gcttg.com 1 877 724-3677 1 450 778-1870 Fax : 1 450 778-3901

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE DE LA RÉSISTANCE AU COLMATAGE BIOLOGIQUE DU GÉOCOMPOSITE

DE DRAINAGE « DRAINTUBE ACB »

Présenté à :

SITA a/s: Carole Bloquet

132 rue des trois Fontanots 92758 Nanterre, Cedex

France

Préparé par:

Groupe CTT / SAGEOS 3000, rue Boullé

St-Hyacinthe, Québec J2S 1H9 Canada

Eric Blond, ing. M.Sc.A. Vice-Président

Dossier (Groupe CTT) : S967-001

Mars 2012

S967-001 Étude expérimentale de la résistance au colmatage biologique du géocomposite de drainage « draintube ACB »

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Résumé

Ce rapport présente les résultats d’une étude visant la comparaison du géocomposite de drainage «draintube ACB» et de matériau granulaire lavé vis-à-vis de leur sensibilité au colmatage biologique.

Le projet a été réalisé en collaboration par SITA, AFITEX et le Groupe CTT (SAGEOS), en mettant à profit les forces et avantages concurrentiels de chacune des parties. Les travaux expérimentaux ont été menés à bien sur une installation de stockage de déchets ménagers opéré par SITA, situé dans le centre de la France.

Les principales conclusions que l’on peut extraire de cette étude sont les suivantes :

Les besoins de résistance au colmatage biologique des systèmes de drainage doivent être mis en perspective avec la période pendant laquelle la cellule de confinement n’est pas recouverte, ce qui rend caduque l’estimation d’une performance des géosynthétiques vis-à-vis du colmatage biologique dans de nombreux cas. En effet, Il a été identifié dans la littérature existante qu’une fois la cellule fermée, la quantité de liquides à drainer chute de près d’un ordre de grandeur. Dans ce contexte, quand bien même l’efficacité du géosynthétique de drainage serait totalement perdue une fois la cellule fermée, cela ne porterait pas préjudice au fonctionnement global de la cellule dans la mesure où le drainage géosynthétique reste recouvert d’une couche granulaire de 0.30m, laquelle pourra continuer de procurer une capacité de drainage suffisante.

De nombreux facteurs sont susceptibles d’influencer la représentativité d’une étude de la résistance au colmatage biologique, lesquels sont identifiés dans le texte. Parmi ceux-ci, on peut citer la température, l’âge du lixiviat et le contrôle de l’accès à l’oxygène du lixiviat. Ces problématiques ont été gérées dans le cadre de ce projet de façon à rendre l’étude aussi représentative que possible d’une condition d’opération normale, avec notamment des conditions quasi-anaérobies, une température de plus de 25° pendant toute la durée du projet, et l’utilisation d’un lixiviat frais.

Après environ 18 mois d’exposition à un lixiviat qui a permis de générer une quantité de biomasse de l’ordre de 12 kg/m² dans des cellules de 200mm de hauteur efficace reproduisant une circulation de lixiviat typique d’un fond de cellule, les «draintube ACB» ‘Type A’ et ‘Type B’, dont les filtres sont dotés d’un agent biocide, n’ont pas montré de signe de colmatage biologique suggérant une perte de fonctionnalité.

Compte tenu de ce qui précède, il est raisonnable de considérer que dans les conditions où celui-ci a été évalué, notamment le type de lixiviat et la durée d’essai de 18 mois, les « draintubes ACB » évalués ont offert une fonctionnalité similaire à celle de la couche de 200mm de gravier avec laquelle ils ont été comparés.


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TABLE DES MATIÈRES

1 Introduction ........................................................................................................... 1

2 Gestion du projet .................................................................................................... 1

3 Contexte de l’étude ................................................................................................ 2

4 problématique ........................................................................................................ 3

4.1 Étude des besoins associés à l’application de drainage en fond d’alvéole ......... 3

4.2 Contraintes susceptibles de réduire la durée de vie des systèmes drainants ..... 4

4.3 Complexité d’une étude du colmatage biologique .......................................... 7

5 Programme expérimental ...................................................................................... 7

5.1 Dispositif expérimental ................................................................................ 7

5.1.1 Principe général ................................................................................... 7 5.1.2 Cellules d’essai .................................................................................... 8 5.1.3 Alimentation en lixiviats ...................................................................... 10 5.1.4 Suivi du comportement des systèmes .................................................. 11 5.1.5 Observations complémentaires ............................................................ 12

5.2 Choix du site expérimental ........................................................................ 13

5.3 Produits évalués ....................................................................................... 13

6 Plan expérimental ................................................................................................ 14

7 Résultats obtenus ................................................................................................ 16

7.1 Mesures hydrauliques ............................................................................... 16

7.2 Observations réalisées lors du démontage .................................................. 21

7.2.1 Mesure du pourcentage de vides résiduel ............................................. 22 7.2.2 Mesure de la quantité de biomasse et de particules solides .................... 22 7.2.3 Observations visuelles ........................................................................ 23

7.3 Bilan des observations .............................................................................. 24

8 Conclusions .......................................................................................................... 25

Références bibliographiques ....................................................................................... 26


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TABLE DES FIGURES

Figure 1. Illustration de l’effet d’arche ................................................................................................................. 5 Figure 2. Transmissivité du Draintube en fonction du temps .............................................................................. 6 Figure 3. Transmissivité du Draintube en fonction de la contrainte normale (d’après Saunier et al.) ................ 6 Figure 4. Emplacement du bungalow a proximité du puits de collecte des lixiviats ........................................... 8 Figure 5. Section d’une cellule d’essai ................................................................................................................. 9 Figure 6. Dispositif de contrôle de la contrainte normale ................................................................................. 10 Figure 7. Dispositif de contrôle de l’injection de lixiviat .................................................................................... 11 Figure 8. Mesure de la vitesse de décharge ....................................................................................................... 12 Figure 9. Structure des géocomposites ‘Draintube’........................................................................................... 14 Figure 10. Gravier drainant utilisé en référence (dimensions de la cellule : 250 mm x 250 mm) ..................... 15 Figure 11. Vue d’ensemble de l’appareillage ..................................................................................................... 16 Figure 12. Perméabilité apparente – Géocomposite Type ‘A’ ........................................................................... 17 Figure 13. Indice de colmatage – Géocomposite Type ‘A’ ................................................................................. 17 Figure 14. Perméabilité apparente – Pierre nette / matériau granulaire lavé .................................................. 18 Figure 15. Indice de colmatage – Pierre nette / matériau granulaire lavé ........................................................ 18 Figure 16. Perméabilité apparente – Géocomposite Type ‘B’ ........................................................................... 19 Figure 17. Indice de colmatage – Géocomposite Type ‘B’ ................................................................................. 19 Figure 18. Température du lixiviat ..................................................................................................................... 20 Figure 19. Bilan de la biomasse et de la fraction minérale retenue dans le système ........................................ 23

TABLE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Propriété des géocomposites testés ............................................................................................... 14 Tableau 2 : Bilan des mesures réalisées au démontage .................................................................................... 21

TABLE DES ANNEXES

Annexe 1 : Description de l’installation des cellules d’essai (rapport du 20 octobre 2009) Annexe 2 : Suivi périodique : Méthodologie, Formulaire de suivi (version révisée du 10 février 2010) Annexe 3 : Propriétés du lixiviat (fournies par l’opérateur du site) Annexe 4 : Photos prises lors du démontage


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1 INTRODUCTION

Les géocomposites de drainage sont de plus en plus employés par les exploitants d’Installations de Stockage de Déchets (ISD) qui les utilisent en substitution du matériau granulaire notamment en couverture de sites. Peu de sites substituent une partie de la couche drainante en fond de casier par un géocomposite de drainage en raison des risques de variation des performances hydrauliques à long terme.

Le remplacement partiel de la couche granulaire par un géosynthétique en fond d’alvéole permet d’économiser le matériau granulaire qui est de plus en plus difficile à trouver et implique des coûts importants. De plus, cette solution permet d’augmenter la capacité de stockage de l’alvéole et de réduire le trafic de camions.

Le dimensionnement du géocomposite de drainage doit être spécifique à ce type d’application puisqu’il sera soumis à des contraintes importantes et à un environnement agressif du fait des lixiviats.

Pour ce type d’application, un coefficient de sécurité de 10 sur la capacité drainante du produit est généralement considéré pour tenir compte du colmatage bactériologique du filtre. Cependant, il n’existe à l’heure actuelle aucune base rationnelle permettant de déterminer les propriétés requises à long terme pour la couche drainante, et cette valeur de 10 a été définie, suivant un simple principe de précaution.

La présente étude se propose de valider la pertinence d’un tel facteur de colmatage biologique, lorsqu’appliqué au géocomposite «draintube ACB» spécifiquement développé pour une utilisation en fond de cellule. On peut souligner que l’intégrité à long terme du géocomposite a déjà été validée par vidéo endoscopie en situation réelle (Fourmont et al., 2008), cette étude se limitera donc à l’étude du colmatage.

2 GESTION DU PROJET

Le projet a été réalisé en collaboration par SITA, AFITEX et le Groupe CTT, en mettant à profit les forces et avantages concurrentiels de chacune des parties. Ainsi :

SITA a fourni une partie significative du financement et le site expérimental.

Le Groupe CTT (SAGEOS) a procédé à la conception du montage expérimental et du plan d’expérience.

AFITEX a fabriqué les équipements, commenté et proposé des révisions au montage expérimental lorsque jugé pertinent.

Le Groupe CTT (SAGEOS) et AFITEX ont procédé de concert à l’installation des dispositifs expérimentaux.


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Le Groupe CTT (SAGEOS) a rédigé un formulaire de suivi et de collecte de données devant être utilisé par le personnel de terrain.

Le personnel du site d’enfouissement a procédé aux mesures hebdomadaires, et faisait appel à AFITEX en cas de problème.

AFITEX a procédé à des visites de contrôle occasionnelles et à des corrections du dispositif, lorsque jugé pertinent.

Le Groupe CTT (SAGEOS) a procédé à deux visites de contrôle sur la durée du projet, et à une visite finale au cours de laquelle les cellules ont été démontées et observées.

AFITEX a procédé à certaines des mesures complémentaires devant être réalisées plusieurs jours après le démontage.

Bien que ce partage des tâches soit assez complexe, le résultat en est que l’étude a pu être réalisée en minimisant les problématiques opérationnelles reliées à la localisation, à la nature de l’étude et à la disponibilité en personnel qualifié.

3 CONTEXTE DE L’ETUDE

La législation nationale pour les ISD préconise une couche de matériau granulaire d’épaisseur 0,50 m avec une conductivité hydraulique supérieure ou égale à 10-4 m/s pour drainer les lixiviats en fond d’alvéole. La hauteur de lixiviats en fond d’alvéole ne doit pas dépasser 0,30 m.

De cette hauteur de 0,50 m de gravier drainant exigée, seuls les premiers 0,30 m sont essentiels puisqu’ils permettent d’y confiner la hauteur de lixiviat de 0,30 m. Les derniers 0,20 m de matériaux drainants au dessus de la hauteur maximale admissible de lixiviats sont quant à eux une sécurité, à laquelle on prête parfois la fonction de protection mécanique de l’étanchéité contre la pénétration de très gros objets. Dans la mesure où cet aspect est lié aux méthodes d’opération du site et non pas à l’ingénierie du dispositif d’étanchéité, celui-ci ne sera pas considéré ici.

Ainsi, le fait de remplacer 0.50m de granulats drainants par 0.30m adjoints d’un géocomposite drainant spécifiquement dimensionné pour cette application et disposant de propriétés supérieures permettra de disposer d’un drainage suffisant et d’augmenter la capacité de stockage de l’alvéole, sans toutefois outrepasser les principes de collecte des lixiviats définis par la législation.

Pour permettre d’établir que la capacité hydraulique réelle de la couche drainante (0,30 m de gravier + géocomposite) sera toujours supérieure aux besoins de l’application, il faut valider que le complexe drainant pourra évacuer le flux de lixiviats avec une charge hydraulique inférieure à 0,30m. Afin de pouvoir réaliser cette opération, il s’avère donc essentiel de :


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Connaitre les besoins, c'est-à-dire la quantité de liquide accédera à la couche drainante tout au long de sa durée de vie ;

Connaître le comportement de cette couche drainante, notamment vis-à-vis des contraintes susceptibles de réduire sa capacité dans le temps.

4 PROBLEMATIQUE

4.1 Étude des besoins associés à l’application de drainage en fond d’alvéole

Plusieurs paramètres influence la quantité de lixiviats drainés en fond d’alvéole. Tout d’abord, l’épaisseur des déchets : plus l’épaisseur est grande, plus les déchets jouent le rôle de tampon et réduisent le volume instantané de lixiviats produit (Bellenfant, 2009). Ensuite, la phase d’exploitation du casier. On peut en effet considérer qu’il existe deux grandes phases dans le cycle de vie du système de drainage, qui sont fonction de la présence ou de l’absence d’une couverture étanche.

Pendant la période de remplissage du casier, qui dure typiquement de 1 à 5 années selon le mode d’opération de l’alvéole, la quantité de liquide à drainer sera influencée par les précipitations.

Lorsque le casier est rempli, une couverture est mise en place dans le but de réduire la quantité de liquides à drainer. Aussi, si la couverture de la cellule est adéquatement dimensionnée et installée, on peut considérer que les précipitations n’influenceront plus de façon significative la quantité de liquide atteignant la couche de drainage.

Le modèle LCA (SITA, Creed, EIA, 1998) donne une idée de la production de lixiviats en fonction de l’âge du casier et de la couverture éventuelle mise en œuvre :

déchets de 0 à 1,5 ans : 20 % de la pluviométrie ;

déchets de 1,5 à 5 ans : 6,6 %de la pluviométrie ;

déchets 5 à 10 ans : 6,5 % de la pluviométrie ;

déchets de 10 ans ou plus : 0,2 % de la pluviométrie (pour les couvertures équipées de géomembrane).

En pratique, on peut donc considérer que le dispositif de drainage en fond de cellule sera principalement sollicité durant les deux premières années d’exploitation du casier, et de façon beaucoup plus modérée par la suite. Selon le modèle LCA, une fois l’alvéole fermée, le débit de lixiviat sera 4 à 5 fois inférieur au débit mesurable lorsque l’alvéole est ouverte, sans déchets, et que la totalité des précipitations est récupérée par le système de drainage.


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Compte tenu de ces observations, il semble raisonnable de considérer que la transmissivité d’une couche drainante constituée d’un complexe ‘gravier + géocomposite drainant’ peut être réduite par un facteur de 5 très rapidement après le début des opérations de remplissage, soit environ 18 mois, sans que cela ne nuise à la performance globale de l’alvéole.

Il faut remarquer que dans le cadre de cette étude, on se propose de réduire de 0,50 m à 0,30 m l’épaisseur de la couche granulaire, et de remplacer les 0.20m de gravier économisés par un géocomposite de drainage. Il s’agit d’une réduction de 40% de l’épaisseur de gravier, qui est largement inférieure à la réduction de 80% tolérée par le bilan hydraulique de la cellule tel qu’établi par le modèle LCA.

Ainsi, compte tenu de ce qui précède, il semble légitime de considérer comme critère de performance le maintien d’une fonctionnalité du géocomposite drainant pendant une durée correspondant la période où l’alvéole n’est pas encore fermée. Au-delà de cette période, les besoins en drainage seront extrêmement modestes et une perte de fonctionnalité du géocomposite n’aurait de toute façon pas d’impact sur la performance globale de la cellule.

4.2 Contraintes susceptibles de réduire la durée de vie des systèmes drainants

Parmi les contraintes susceptibles de réduire la durée de vie des systèmes drainants et pour lesquels un facteur de réduction doit être considéré dans le dimensionnement d’un géocomposite de drainage, on peut citer :

le fluage en compression ;

les différentes sources de colmatage : biologique, minéral, etc.

Tous les matériaux polymériques exposés à des contraintes de compression sont susceptibles de fluer. De ce fait, pour le dimensionnement de géocomposites de drainage, il n’est pas rare de voir spécifiés :

des facteurs de sécurité de 2 ou plus applicables sur les propriétés mécaniques et notamment la résistance à la compression, ou encore

des propriétés hydrauliques exigées selon la norme ISO 12958, mesurées sous une contrainte au moins deux fois supérieure à la contrainte de service anticipée. Ce facteur multiplicatif de 2 (ou plus) représente en effet une méthode simple permettant de considérer indirectement le fluage lors de la spécification du produit, et permet d’appliquer d’autres facteurs de sécurité ciblés sur les autres problématiques, comme le colmatage biologique.

Pour des géocomposites disposant d’une âme drainante tubulaire de relativement petit diamètre comme le draintube, il existe un contact direct entre le sol situé au dessus et celui situé au dessous de la couche drainante pour toute la surface située entre les tubes, soit


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90% de la surface ou plus. De ce fait, les contraintes normales sont transmises d’un côté à l’autre du produit sans solliciter l’âme drainante, du fait de l’effet d’arche se développant très facilement pour ce type de structure, tel qu’illustré à la figure 1.

Figure 1. Illustration de l’effet d’arche

La figure 1 est reprise des travaux réalisés par le Groupe CTT en 2009 et rapportés dans une publication de Saunier et al. (2010). Dans le cadre de ces travaux, l’absence de sensibilité au fluage des draintubes a été démontré par le biais d’une étude de laboratoire impliquant leur mise à l’essai sous des contraintes allant jusqu’à 2500 kPa, pour des durées allant jusqu’à 100 heures. Les principaux résultats sont rapportés aux figures 2 et 3, où l’on montre que la transmissivité ne varie pas du tout lorsque la contrainte est appliquée pendant une durée de 100 heures, et que celle-ci n’est pas non plus influencée de façon significative par la contrainte normale.

Aussi, on peut donc considérer que si les géocomposites utilisant un géoespaceur comme âme drainante doivent être dimensionnés en considérant le colmatage biologique ou minéral et le fluage comme source de réduction de la capacité drainante, dans le cas des draintubes, seul le colmatage biologique ou minéral doit être considéré pour les applications de drainage de fond de casier.

Le comportement vis-à-vis du colmatage biologique n’a fait l’objet que de très peu d’études, et la plupart du temps celles-ci restaient qualitatives, d’où l’utilisation de facteurs de sécurité pouvant être de l’ordre de 10. Cependant, une meilleure compréhension des besoins et du comportement des systèmes drainants permettra de toute évidence de définir de façon rationnelle ce facteur de sécurité.


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Figure 2. Transmissivité du Draintube en fonction du temps

Figure 3. Transmissivité du Draintube en fonction de la contrainte normale (d’après Saunier et al.)

(100 000 psf ~ 5 000 kPa)


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4.3 Complexité d’une étude du colmatage biologique

Les lixiviats sont des matériaux présentant des propriétés évoluant dans le temps, notamment l’activité biologique (DBO, DBO5, etc.) et chimique (DCO, etc.). De plus, la température des lixiviats dans la zone critique, en fond de cellule, peut atteindre des valeurs relativement élevées, selon la nature et la hauteur des déchets enfouis notamment, ainsi que le mode d’opération de la cellule.

Par ailleurs, le problème associé au drainage des lixiviats n’est pas lié aux propriétés chimiques ou biologiques des lixiviats eux-mêmes, puisque les matériaux utilisés dans la fabrication des géosynthétiques de drainage sont réputés être suffisamment résistants, mais plutôt la croissance de biomasse susceptible de colmater le réseau de drainage. Cette biomasse est constituée de bactéries se nourrissant des lixiviats, et peut donc être qualifiée d’organisme vivant. Toute étude du colmatage biologique se doit donc d’être faite en considérant que le rythme de croissance de ces organismes vivants sera influencé par leur environnement immédiat, c'est-à-dire la température, la nature des ‘aliments’ qu’ils recevront (le lixiviat), l’apport en oxygène (submergé ou non) etc.

Par conséquent, pour qu’une étude soit représentative des conditions d’opération sur le site, il est impératif de respecter les conditions suivantes :

installation des dispositifs expérimentaux sur un site de stockage, afin que les lixiviats accédant aux cellules d’essai soient aussi jeunes que possible et disposent d’une activité représentative ;

température des lixiviats aussi proche que possible de la température dominant en fond de cellule ; en effet, le type de bactérie susceptible de se développer à haute température (30°C ou plus) n’est pas forcément le même que celui susceptible de se développer à plus faible température (15-20°C) ; aussi, des conclusions qui auraient été développées en se basant sur des observations réalisées avec une température inférieure à 20°C pourraient manquer de représentativité, selon la température réelle en fond de cellule ;

que le choix des conditions d’opération représente au mieux la réalité, notamment l’alimentation en oxygène (conditions aérobie / anaérobie).

5 PROGRAMME EXPERIMENTAL

5.1 Dispositif expérimental

5.1.1 Principe général L’objectif du dispositif expérimental est de faire circuler du lixiviat frais dans des cellules d’essais, dans lesquelles les différentes couches (géosynthétiques et traditionnelles) mise en œuvre en fond de cellule sont reproduites afin d’en observer le comportement. Compte tenu des considérations présentées ci-dessus, le dispositif est installé à proximité immédiate d’un puits de collecte des lixiviats (pour obtenir un lixiviat brut) situé au centre


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du site de classe 2, dans un bungalow chauffé entre 25 et 35°C, afin de maximiser la représentativité de l’expérience vis-à-vis des critères d’âge et de température du lixiviat (figure 4). Il est alors possible de suivre au fil du temps le comportement des systèmes par le biais de mesures de débit traversant le système.

Les détails de l’installation sont rapportés en annexe 1, et résumés ci-dessous.

Figure 4. Emplacement du bungalow a proximité du puits de collecte des lixiviats

5.1.2 Cellules d’essai Une fois choisi l’emplacement assurant la représentativité du lixiviat, le banc d’essai a été conçu afin de forcer le passage du lixiviat au travers du filtre d’abord, puis au travers du minidrain, tel que décrit à la figure 5. Ce dispositif permet l’évaluation en une seule étape de l’ensemble du processus de collecte et d’acheminement des lixiviats vers un puits de pompage :

Passage au travers des pores du géotextile ;

Entrée dans le tube par les perforations ;

Circulation dans le tube.


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Le banc d’essai est composé de 9 cellules carrées de 0,25 m de côté. Le banc a une longueur totale de 3 m et une largeur de 1 m.

Figure 5. Section d’une cellule d’essai

On peut noter que la configuration retenue assure le maintien du système en conditions anaérobies, puisqu’il n‘y a aucune aération de l’intérieur de la cellule. Ce choix a été fait en considérant que l’immense majorité du système de drainage est localisé à une distance suffisamment grande d’un apport d’oxygène pour que l’on puisse considérer que les conditions sont anaérobies.

En outre, les cellules d’essai ont été conçues afin de permettre l’application en permanence d’une contrainte normale dans la cellule. Le dispositif d’application de la contrainte est constitué de ressorts calibrés, qui permettent de contrôler la contrainte très facilement malgré l’environnement difficile et la durée du projet, à l’aide d’une simple mesure de la longueur des ressorts tel que présenté à la figure 6.

La contrainte normale appliquée sur les systèmes a été fixée à 100 kPa afin de reproduire une condition de service d’envergure moyenne. Cependant, du fait de l’absence de sensibilité au fluage des géocomposites on peut considérer que seul le colmatage biologique est un facteur susceptible de provoquer une réduction du débit.

Matériau granulaire

Géocomposite

Grille de répartition

Mousse étanche


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Figure 6. Dispositif de contrôle de la contrainte normale

5.1.3 Alimentation en lixiviats Un dispositif de dosage permet de contrôler aussi simplement que possible la quantité de lixiviat traversant les cellules tout au long de l’essai. Celui-ci, décrit à la figure 7, consiste essentiellement en l’activation d’une pompe à intervalles de temps donnés, venant remplir jusqu’à débordement des bacs intermédiaires, reliés par l’intermédiaire d’une valve aux cellules d’essai. Une fois ces bacs remplis et la pompe principale arrêtée, ces valves secondaires sont ouvertes permettant alors l’injection par gravité d’un volume contrôlé de lixiviat dans les cellules. Ce dispositif permet de contrôler l’apport constant en lixiviat, alternant les périodes statiques aux périodes d’écoulement, maximisant ainsi le potentiel de croissance de la biomasse dans des conditions aussi représentatives que possible des conditions d’opération.

Le débit d’infiltration a été réglé à 10 fois un litre, injectés à intervalles réguliers sur une période de 24 heures. Cependant, la nature du phénomène observé implique la croissance d’organismes vivants, et la quantité de ‘nourriture’ fournie excédant de toute façon largement les besoins en nutriments de ces organismes (puisque le lixiviat est toujours actif après avoir traversé les cellules). Aussi, la précision de ces injections ne doit pas être considérée comme un facteur décisif vis-à-vis de la croissance de la biomasse. Par contre, le colmatage peut être influencé par ce volume du fait de la quantité de matières en suspension susceptible de se déposer sur les filtres.


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(a) (b)

Figure 7. Dispositif de contrôle de l’injection de lixiviat

Notons que les électrovalves #1 et #2 ont brisé à plusieurs reprises au début du projet. Aussi, celles-ci ont finalement été retirées complètement et on a plutôt procédé à une vérification périodique de l’écoulement et un ajustement des volumes et débits en se basant sur de simples mesures de temps de pompage et en s’assurant de l’uniformité de la distribution du lixiviat, d’une cellule à l’autre. Si cette méthode est moins précise que le plan initial qui prévoyait un contrôle exact de la quantité de liquide percolant, elle a cependant permis de s’assurer que la biomasse était en permanence alimentée en lixiviats, et que la quantité de lixiviat percolant était du même ordre de grandeur. De fait, les observations visuelles et gravimétriques réalisées en fin de projet ont montré que toutes les cellules ont été exposées de manière semblable au lixiviat.

5.1.4 Suivi du comportement des systèmes Tout au long de l’expérimentation, le fait que le lixiviat passe adéquatement au travers du filtre d’abord, et de l’âme drainante ensuite est validé par le biais de mesures de vitesse de décharge. Cette mesure permet de définir un rapport entre la vitesse apparente d’écoulement au travers de l’ensemble du dispositif et la perte de charge totale au travers du système complet, en se basant sur le principe d’un essai à charge variable. Si elle ne peut être considérée comme une propriété intrinsèque du géocomposite, cette mesure permet d’observer globalement le système, puisque le colmatage de n’importe lequel des composants mènerait à une diminution de la vitesse de décharge. Par la suite, une fois le colmatage observé qualitativement, une observation visuelle, au démontage du système, permettra de déterminer la zone problématique, le cas échéant.

La figure 8 présente le montage permettant de procéder à la mesure de la vitesse de décharge. Le tube ouvert installé en amont de la cellule est rempli jusqu’au niveau ‘H0’, et on mesure ensuite le temps requis pour que le niveau s’écoule d’une hauteur ‘H0-H1’. Ainsi, plus le système se colmate, plus le temps requis pour que le niveau passe de H0 à H1 augmente.


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L’annexe 2 présente le protocole de suivi établi en début de projet.

Figure 8. Mesure de la vitesse de décharge

5.1.5 Observations complémentaires L’expérience est complétée lorsque l’un des deux critères suivants est rencontré :

observation d’une vitesse de décharge excessivement faible ;

atteinte de la durée des essais fixée au préalable.

On peut alors procéder au démontage des cellules et à des observations complémentaires, notamment :


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observation visuelle de l’accumulation de biomasse à la surface du filtre, à l’entrée des mini-drains et/ou à l’intérieur de ceux-ci, afin notamment de déterminer la section problématique du système, dans l’éventualité ou la vitesse de décharge s’avérerait excessivement faible ;

pesée de la biomasse ;

si requis, identification de la nature des bactéries présentes par le biais d’analyse microbiologiques réalisées sur des prélèvements ;

et toute autre observation jugée pertinente.

5.2 Choix du site expérimental

L’étude a été menée sur un site de classe 2 (déchets ménagers et assimilés) pour lequel les lixiviats ont une composante organique significative.

Un bilan des propriétés des lixiviats recueillis sur ce site et ayant percolé au travers des systèmes drainants est présenté en Annexe 3.

5.3 Produits évalués

Les géocomposites évalués sont des «draintube ACB» qui résultent de l’association par aiguilletage des éléments suivants :

nappe anti-poinçonnante géotextile non tissée aiguilletée en polypropylène ;

filtre géotextile non tissé aiguilleté en polypropylène avec traitement antibactérien ;

mini-drains en polypropylène de diamètre extérieur 25 mm perforés selon deux axes alternés à 90°, pris en sandwich entre les deux nappes.

La figure 9 présente les géocomposites testés, tandis que le tableau 1 résume leurs principales propriétés. Des photographies décrivant les produits évalués sont présentées en annexe 1, à la fin de la description du montage des cellules.

Les propriétés anti-bactériennes des fibres sont associées à la présence de nano-particules d’argent dans la masse de la fibre de polypropylène.


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Tableau 1 : Propriété des géocomposites testés

Norme type ‘A’ type ‘B’

Cellules d’essai correspondantes 1, 4, 7 3, 6, 9

Masse surfacique nominale du filtre (g/m²) NF EN 9864 160 240

Masse surfacique nominale de la nappe anti-poinçonnante (g/m²) NF EN 9864 800 800

Capacité de débit dans le plan (m²/s) NF EN ISO 12958 sous 400 kPa et i=0,1 5,7×10-4 5,7×10-4

Figure 9. Structure des géocomposites ‘Draintube’

Outre les propriétés présentées au Tableau 1, les fibres des géocomposites étaient traitées à l’aide d’un agent antibactérien (non caractérisé dans le cadre de l’étude).

6 PLAN EXPERIMENTAL

Trois configurations de couches drainantes ont été reproduites trois fois chacune, pour un total de neuf cellules d’essai. Deux de ces trois configurations comprenaient des géocomposites, constitués de deux types de géotextile anti colmatant: un 240 g/m² et un 160 g/m², disposant des propriétés identifiées précédemment au tableau 1. La troisième configuration ne comprenait que le gravier drainant 20/40 concassé, à titre de référence, lequel est présenté à la figure 10.


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Figure 10. Gravier drainant utilisé en référence (dimensions de la cellule : 250 mm x 250 mm)

Le nombre de réplicats a été fixé à trois afin de permettre l’exclusion de mesures jugées anormales sans mettre en danger l’ensemble du processus. Par mesures anormales, on entend les mesures issues du colmatage d’un tuyau d’arrivée de lixiviat dans la cellule, ou toute autre anomalie liée à la nature du phénomène étudié.

Les figures 11 (a) et (b) montrent une vue d’ensemble des dispositifs installés.


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(a) (b)

Figure 11. Vue d’ensemble de l’appareillage

7 RESULTATS OBTENUS

7.1 Mesures hydrauliques

Les figures 12, 14 et 16 présentent les valeurs de vitesse de décharge mesurées pour les 9 cellules pendant toute la durée du projet, tandis que la figure 16 présente la température observée dans le lixiviat à l’instant où les mesures ont été réalisées.

Les figures 13, 15 et 17 présentent quant à elles l’indice de colmatage observé pendant la durée du projet. Cette valeur est calculée en normalisant la vitesse de décharge à un temps ‘t’ par rapport à la vitesse de décharge mesurée immédiatement après l’installation de chaque système, en été 2009. Cette propriété permet ainsi de comparer des matériaux de propriétés différentes et de comparer qualitativement l’évolution des systèmes sur une base propre à chacun d’eux.

Il faut noter que l’indice de colmatage n’a pas de signification physique et ne représente pas un ‘taux d’efficacité’ des systèmes, tant et aussi longtemps qu’aucun colmatage significatif n’est détecté. Cette valeur sert plutôt à détecter toute perte de fonctionnalité significative et à détecter l’instant à laquelle celle-ci se produit, en se basant sur une observation reliée à la fonction du produit. La connaissance de la valeur de cet indice de colmatage à un instant donné ne représente donc pas une propriété du système, et il n’est pas nécessaire de la connaître avec précision.


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Figure 12. Perméabilité apparente – Géocomposite Type ‘A’

Figure 13. Indice de colmatage – Géocomposite Type ‘A’


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Figure 14. Perméabilité apparente – Pierre nette / matériau granulaire lavé

Figure 15. Indice de colmatage – Pierre nette / matériau granulaire lavé


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Figure 16. Perméabilité apparente – Géocomposite Type ‘B’

Figure 17. Indice de colmatage – Géocomposite Type ‘B’


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Figure 18. Température du lixiviat

On peut remarquer que seules les mesures postérieures au mois de Juillet 2010 sont utilisées pour le calcul de l’indice de colmatage rapporté aux figures 14, 16 et 18, en d’autres termes que les mesures antérieures au mois de Août 2010 ont été exclues.

La raison de cette exclusion est que de nombreux problèmes ont réduit la fiabilité de l’alimentation en lixiviat à cette période, notamment :

- Pannes électriques occasionnelles, jumelées à une incertitude quant a la date de redémarrage des pompes alimentant les cellules ;

- Bris de certaines électrovannes, notamment entre les réservoirs ‘mesureurs’ et les cellules, ayant réduit la fiabilité du contrôle des débits ;

- Doute quant au fonctionnement global du système, du fait de l’absence d’évidences rapportées aux bordereaux de suivi.

En fait, les seules certitudes existant quant au fonctionnement des systèmes à cette période sont les observations visuelles et les mesures de débit réalisées par le personnel de Afitex lors des contrôles périodiques et des visites d’entretien qu’ils ont réalisé, ainsi que les mesures de températures qui on montré que la température n’est pas descendue trop bas pendant cette période, assurant un maintient de la biomasse existante.

Ainsi, pour la période du mois de juillet 2009 au mois d’Août 2010, on peut considérer que les cellules ont bien été le lieu de la circulation de lixiviat, et qu’une alimentation en eau s’est produite régulièrement – du fait des mesures de vitesse de décharge qui, elles, ont été réalisées correctement. Ainsi, s’il est impossible de définir combien de litres de lixiviats ont traversé les systèmes, on peut tout de même considérer que la biomasse n’a pas séché. De plus, les problèmes d’alimentation étant identiques d’une cellule à l’autre, la comparaison de la performance des cellules n’a pas été mise en danger.


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Compte tenu de ce qui précède, 4 mois ont été retranchés à la durée d’exposition réelle des cellules, ramenant la durée de l’exposition à la circulation de lixiviat à environ 18 mois sur la durée du projet.

7.2 Observations réalisées lors du démontage

Les photographies prises lors du démontage sont rapportées en annexe 4. Compte tenu du fait qu’aucune des cellules ne s’est avérée colmatée en fin de projet sur la foi des mesures hydrauliques présentées précédemment, l’étape du démontage a essentiellement visé la confirmation du bon fonctionnement des systèmes et l’obtention d’évidences relatives à la circulation de lixiviats dans les cellules.

Pour ce faire, on a procédé aux observations suivantes :

- Observations visuelles confirmant la présence de biomasse sur les composants submergés ;

- Pesée de la quantité de biomasse accumulée dans la pierre d’une part, et sur le «draintube ACB» d’autre part, tel que décrit dans les paragraphes suivants ;

- Observation du «draintube ACB», et tout particulièrement de l’intérieur du tube et des perforations extérieures ;

- Autres observations visuelles.

Le Tableau 1 rapporte les principales observations effectuées. Les masses de biomasse et de particules minérales recueillies sont mises en graphique à la figure 19.

Tableau 2 : Bilan des mesures réalisées au démontage

Cellule

#

Pourcentage de vides

Particules minérales Biomasse

dans Gravier sur Draintube (ou GX) dans Gravier sur Draintube

(ou GX)

% Kg/m² Kg/m² Kg/m² Kg/m²

Type A 1 34% 0.288 1.472 6.016 5.856 4 33% 0.736 1.696 6.912 6.464 7 27% 0.672 1.696 7.04 5.408

Gravier 2 30% 0.608 0.800 4.832 4.448 5 32% 0.48 0.896 5.344 7.104 8 30% 0.736 0.992 5.184 5.184

Type B 3 33% 0.256 1.456 5.696 6.448 6 34% 0.64 1.808 6.464 6.352 9 30% 0.928 2.064 6.656 6.16


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Les valeurs rapportées au Tableau 1 ont été déterminées de la façon décrite dans les paragraphes ci-dessous.

7.2.1 Mesure du pourcentage de vides résiduel Le pourcentage des vides est calculé en comparant les mesures suivantes :

- Volume de liquide qui s’est écoulé hors de la cellule lors du démontage

- Volume total de l’intérieur de la cellule, déterminé en considérant le volume mouillé total = (hauteur intérieure total – hauteur sèche) x surface.

Ainsi, le pourcentage des vides inclus aussi le volume des vides procuré par les géoespaceurs, et non pas seulement le volume des pores de la pierre nette / matériau granulaire lavé additionné du volume des pores du «draintube ACB».

7.2.2 Mesure de la quantité de biomasse et de particules solides La biomasse et les MES ont été récupérées du gravier en deux étapes :

1- Lavage du gravier par agitation dans une bassine pleine d’eau ;

2- Filtration de la biomasse ainsi récupérée dans un géotextile préalablement pesé.

3- Rinçage de la cellule et filtration sur le même géotextile.

4- Egouttage et très léger essorage manuel pour enlever l’eau libre excédentaire.

5- Pesée humide.

6- Séchage à l’air libre.

7- Pesée sèche.

Dans le cas du «draintube ACB», les mesures ont été réalisées de façon similaire à partir de l’étape 4 ci-dessus.

La masse de particules retenues à la surface du «draintube ACB» (ou le gravier) a été déterminée en soustrayant à la pesée ‘7’ la masse initiale du «draintube ACB» (ou du géotextile utilisé comme filtre).

La masse de biomasse a été déterminée en soustrayant la pesée ‘7’ à la pesée ‘4’. Toutes ces valeurs ont été rapportées sur l’histogramme présenté à la figure 19.


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Figure 19. Bilan de la biomasse et de la fraction minérale retenue dans le système

7.2.3 Observations visuelles Les photos du démontage de chacune des cellules sont présentées en annexe 5. On peut notamment y observer la biomasse accumulée sur les différentes composantes, dans chacune des cellules.

Les principales conclusions associées aux observations visuelles sont les suivantes :

- Pour toutes les configurations évaluées, le noircissement des graviers suite à leur exposition à l’air suggère que les conditions anaérobies ont été respectées.

- Autant pour le draintube ‘type A’ que le ‘type B’, la biomasse ne s’est pas accumulée de façon significative à l’intérieur des tubes.

- Pour le draintube ‘type A’, la cellule 1 semble avoir été le siège d’une circulation de lixiviat moindre que les cellules 4 et 7. De même, pour le draintube ‘type B’, la cellule 2 semble avoir été le siège d’une circulation de lixiviats moindre que les cellules 5 et 8. Pour les cellules témoin, la cellule 3 semble avoir été le siège d’une circulation de


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lixiviats moindre que les cellules 6 et 9. Ces observations sont consistantes avec les pesées de biomasses rapportées au tableau 2 et à la figure 19.

7.3 Bilan des observations

En considérant que la quantité de particules solides accumulée dans les cellules est directement reliée au volume de lixiviat ayant percolé au travers du système puisque issue des matières en suspension transportées par le lixiviat, on peut conclure que les cellules ont été exposées à des volumes de lixiviat totaux du même ordre de grandeur d’une cellule à l’autre. En effet, la masse de particules solides recueillies la plus élevée est environ du double de la masse de particules la plus faible, ce qui peut être jugé raisonnablement similaire vue la complexité de ce type d’évaluation.

En outre, on cherchait dans cette étude à s’assurer de créer des conditions propices à la croissance de biomasse, en conditions anaérobie. La quantité de lixiviat reçue n’est donc pas un facteur clé dans l’étude, à condition que la quantité reçue permette une croissance libre de la biomasse et que les différences d’une cellule à l’autre ne soient pas assez grande pour créer un colmatage du fait de l’accumulation de biomasse.

La quantité de biomasse générée dans chacune des cellules est elle aussi relativement similaire d’une cellule à l’autre, avec une valeur de l’ordre de 10 à 12 kg/m² observée lors du démontage. On constate que la quantité de biomasse générée dans la pierre nette / matériau granulaire lavé est très légèrement inférieure à la quantité de biomasse générée dans les cellules équipées de «draintube ACB» Type A et Type B, et que la quantité de particules en suspension déposée sur le géotextile de protection est elle aussi légèrement inférieure à celle capturée par les géotextiles des «draintube ACB». Ces comportement pourraient être expliqués par le fait qu’une fraction des MES du lixiviat n’a simplement pas été retenue dans les cellules. Cependant, ces différences sont mineures et de l’ordre de grandeur de la variabilité des mesures, observée sur les autres cellules.

Quant aux mesures hydrauliques, celles-ci n’ont pas permis de détecter de perte de fonctionnalité sur aucun des systèmes pendant la durée des essais. On notera que le ‘colmatage’ des conduits d’alimentation en lixiviat a été observé à plusieurs reprises. Cependant, ce comportement était observé à l’interface entre le lixiviat et l’oxygène, et après nettoyage de la plomberie ainsi bloquée, l’écoulement à l’intérieur des cellules reprenait normalement. Ces blocages successifs ne sont pas jugés représentatifs du comportement des systèmes de drainage en fond de cellule, simplement car il n’y a pas d’oxygène susceptible d’accéder aux systèmes de drainage en fond de cellule.

Compte tenu du fait que le débit injecté dans les cellules correspondait à un débit typiquement observable dans le fond de l’installation de stockage de déchets sur laquelle l’étude a été réalisée, on peut considérer que la fonctionnalité du système n’a pas été mise en péril puisque la totalité des débits entrant pouvait être évacuée sans augmentation de la charge hydraulique.


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8 CONCLUSIONS

Les principales conclusions que l’on peut extraire de cette étude, réalisée conjointement par SITA, AFITEX et le Groupe CTT, tel que décrit au chapitre 2, sont les suivantes :

Les besoins de résistance au colmatage biologique des systèmes de drainage doivent être mis en perspective avec la période pendant laquelle l’alvéole de confinement n’est pas recouverte, ce qui rend caduque l’estimation d’une performance des géosynthétiques vis-à-vis du colmatage biologique dans de nombreux cas. En effet, il a été identifié dans la littérature existante qu’une fois l’alvéole fermée, la quantité de liquides à drainer chute de près d’un ordre de grandeur. Dans ce contexte, quand bien même l’efficacité du drainage géosynthétique serait totalement perdue une fois l’alvéole fermée, cela ne porterait pas préjudice au fonctionnement global de l’alvéole dans la mesure où le drainage géosynthétique reste recouvert d’une couche granulaire de 0.30m, laquelle pourra continuer de procurer une capacité de drainage suffisante.

De nombreux facteurs sont susceptibles d’influencer la représentativité d’une étude de la résistance au colmatage biologique, lesquels sont identifiés dans le texte. Parmi ceux-ci, on peut citer la température, l’âge du lixiviat et le contrôle de l’accès à l’oxygène du lixiviat. Ces problématiques ont été gérées dans le cadre de ce projet de façon à rendre l’étude aussi représentative que possible d’une condition d’opération normale, avec notamment des conditions quasi-anaérobies, une température de plus de 25° pendant toute la durée du projet, et l’utilisation d’un lixiviat frais.

Après environ 18 mois d’exposition à un lixiviat d’une installation de stockage de déchets qui a généré une quantité de biomasse de l’ordre de 12 kg/m² dans des cellules de 200mm de hauteur efficace reproduisant une circulation de lixiviat typique d’un fond d’alvéole, les «draintube ACB» ‘Type A’ et ‘Type B’, dont les filtres sont dotés d’un agent biocide, n’ont pas montré de signe de colmatage biologique suggérant une perte de fonctionnalité.

Compte tenu de ce qui précède, il est raisonnable de considérer que dans les conditions où celui-ci a été évalué, notamment le type de lixiviat et la durée d’essai de 18 mois, les « draintubes ACB » évalués ont offert une fonctionnalité similaire à celle de la couche de 200mm de gravier avec laquelle ils ont été comparés.

_________________________ Eric Blond, ing. M.Sc.A. Vice-President, SAGEOS 20 mars 2012


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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Bellenfant G. (2009) Modélisation de la production de lixiviat en centre de stockage de déchets ménagers, Thèse de doctorat présentée à l’INPL, 178 pages

Fourmont S., Bloquet C., Haddani Y. (2008) Partial replacement of the granular layer at the bottom of a landfill: short and long term monitoring of drainage geosynthetics. EuroGeo 4, Royaume Uni, 6 pages

Saunier P., Ragen W., Blond E. (2010) Assesment of the resistance of Draintube drainage geoscomposites to high compressive loads. 9 ICG, Brésil

Blond E., Fourmont S., Bloquet C. (2011) : Évaluation comparée du colmatage bactériologique d'un géocomposite de drainage en fond d'installation de stockage de déchets. Rencontres Géosynthétiques 2011, Tours, France


Annexe 1 :

Description de l’installation des cellules d’essai (rapport du 20 octobre 2009)


ÉVALUATION DU COMPORTEMENT DE DRAINS VIS-A-VIS DU COLMATAGE BIOLOGIQUE

COLLABORATION SITA – AFITEX

COMPTE-RENDU DE LA VISITE DES 3-4-5 AOUT 2009 :

MISE EN ROUTE DES ESSAIS

File : S967-001

Présenté à:

SITA Arnaud Budka, SITA France

Jonathan Boutin, SITA (Sonzay)

AFITEX Stéphane Fourmont Thibaut Schoutteten

Préparé par:

SAGEOS / Groupe CTT Eric Blond, ing. M.Sc.A.

20 octobre 2009

Dossier: S967‐001 ii / ii Date: 20 mars 2012


TABLE DES MATIERES

1 Généralités .............................................................................................................................................. 1

2 Produits évalués ...................................................................................................................................... 1

3 Description des structures installées ........................................................................................................ 1

3.1 Généralités ................................................................................................................................................ 1

3.2 Caractéristiques des dispositifs tels qu’installés ...................................................................................... 1

3.2.1 Acheminement du lixiviat vers le cabanon et retour vers le puits..................................................... 1 3.2.2 Partie amont aux cellules, excluant système de mesure ................................................................... 2 3.2.3 Système de mesure du taux de colmatage ........................................................................................ 3 3.2.4 Aval des cellules ................................................................................................................................. 3 3.2.5 Cellules d’essai ................................................................................................................................... 6

TABLE DES FIGURES Figure 1 : Détail du branchement du tube gradué – avant installation des cellules et branchement final ............... 4 Figure 2 : Tube gradué permettant la réalisation des mesures de taux de colmatage ............................................. 5 Figure 3 : Section aval des cellules (collecteur de 38mm, remplacé par un 100 mm depuis) ................................... 5

TABLE DES TABLEAUX Tableau 1 : réglage des minuteurs ............................................................................................................................. 2 Tableau 2 : Distribution des produits évalués dans les cellules d’essai ..................................................................... 6

TABLE DES ANNEXES Annexe 1 : Suivi périodique : Méthodologie Annexe 2 : Mesures initiales

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1 GENERALITES

Cette visite complétait la phase 3 du projet, selon l’entente prise avec SITA et AFITEX en février 2009. Celle‐ci a été consacrée à l’installation des équipements, la prise des premières mesures et la formation d’une personne pour les prises de mesure ultérieures.

2 PRODUITS EVALUES

Deux produits ont été mis à l’essai dans le cadre de ce projet, identifiés AF160AB et AF240AB. Ceux‐ci sont évalués concurremment à une solution ‘standard’, n’incluant qu’un géotextile de protection couvert par le granulat drainant. Les propriétés des matériaux géosynthétiques sont en cours d’évaluation, et seront rapportées dans une mise à jour ultérieure de ce document.

3 DESCRIPTION DES STRUCTURES INSTALLEES

3.1 Généralités

Globalement, les structures installées étaient, après la visite, conformes aux recommandations effectuées dans les documents précédents. Les détails relatifs à chacune des structures sont fournis dans les pages suivantes. Cependant, après quelques semaines de service, quelques ajustements ont du être effectuées afin de corriger les problèmes identifiés lors de la mise en route, dans les conditions de service réelles.

3.2 Caractéristiques des dispositifs tels qu’installés

3.2.1 Acheminement du lixiviat vers le cabanon et retour vers le puits

Cette partie du montage a été réalisée par un partenaire de SITA, conformément aux recommandations fournies par SAGEOS lors de la conception du dispositif. Lors de l’arrivée sur site, l’ensemble du montage était conforme aux exigences. Une pompe submersible est installée dans le puits de collecte des lixiviats, celle‐ci est contrôlée par un minuteur dont le réglage est présenté en annexe. Afin d’éviter le gel du tuyau alimentant le dispositif expérimental dans sa partie extérieure, les branchements ont été faits de la façon suivante :

‐ Un ‘Té’ est placé immédiatement à la sortie de la pompe ;

‐ Une sortie est connectée au tuyau acheminant le lixiviat vers le cabanon ;

‐ L’autre sortie est munie d’un robinet contrôlant une ‘fuite’ vers le puits, qui peut être réglée de façon à

ajuster le débit vers le cabanon, tout en assurant que lorsque la pompe n’est pas en service, le circuit se

vidangera automatiquement, par gravité.

Le retour vers le puits est simplement constitué d’un tube de grand diamètre placé en pente régulière depuis le point de sortie du cabanon, vers le puits. Noter que le tube d’alimentation suit cette même pente, afin d’assurer la vidange automatique.

Dossier: S967‐001 2 / 10 Date: 20 Octobre 2009


3.2.2 Partie amont aux cellules, excluant système de mesure

Une vue de la partie amont est présentée à la figure 1. Cette partie est constituée des éléments suivants : ‐ Un réservoir ‘intermédiaire’, dont la fonction est de permettre l’ajustement de la température du lixiviat

en le laissant stagner une heure à température de la pièce, et de permettre par la suite une distribution

du lixiviat dans chacune des cellules d’essai.

‐ Des réservoirs ‘mesureur’, dotés d’un trop plein permettant de gérer la quantité de lixiviat injectée dans

chacune des cellules par mesure volumétrique

Des valves commandées par des minuteurs sont placées entre les différents composants du circuit amont, soit entre le réservoir intermédiaire et les réservoirs mesureurs, et entre les réservoirs mesureurs et les cellules. Les minuteurs ont été réglés tel que décrit au tableau 1, en fonction des débits observés (pompe et tubulures des circuits).

Tableau 1 : réglage des minuteurs

Pompe Valves #1 Valves #2

Cycle # ON OFF ON OFF ON OFF

1 00:00 00:05 01:30 01:34 01:35 01:45

2 02:24 02:29 03:54 03:58 03:59 04:09

3 04:48 04:53 06:18 06:22 06:23 06:33

4 07:12 07:17 08:42 08:46 08:47 08:57

5 09:36 09:41 11:06 11:10 11:11 11:21

6 12:00 12:05 13:30 13:34 13:35 13:45

7 14:24 14:29 15:54 15:58 15:59 16:09

8 16:48 16:53 18:18 18:22 18:23 18:33

9 19:12 19:17 20:42 20:46 20:47 20:57

10 21:36 21:41 23:06 23:10 23:11 23:21

Remarque : Le modèle de valve installé en août n’a pas montré une résistance chimique suffisante et toutes les valves fuyaient après seulement quelques jours. Aussi, les électrovalves ont été court‐circuitées courant septembre afin de s’assurer que toutes les cellules soient alimentées de façon similaire. Seul le minuteur de la pompe est maintenant en service, ses périodes de démarrage et d’arrêt ont été ajustées afin de refléter cette nouvelle condition. Ce changement de méthodologie pourrait éventuellement affecter les résultats si les lixiviats pompés sont trop froids, et en quantité suffisamment importante pour abaisser la température des cellules à chaque injection. Dans le cas inverse, l’impact peut être considéré comme modéré puisque la croissance de biomasse est surtout reliée à la présence de lixiviat, la quantité injectée étant de toute façon plus élevée que nécessaire.



Figure 1 : Réservoir ‘intermédiaire’ (en haut, muni d’un trop plein de 38mm de diamètre) et ‘mesureur’ (en bas,

muni d’un trop plein de 10 mm de diamètre, ventilé)

3.2.3 Système de mesure du taux de colmatage

Les mesures de niveau de colmatage sont réalisées en considérant la vitesse à laquelle le liquide s’écoule au travers du système complet, c'est‐à‐dire le gravier, le géotextile et finalement le tube, en suivant le principe d’un essai à charge variable. Une charge hydraulique de 21 cm (hauteur établie arbitrairement, considérant les propriétés géométrique de l’appareil) est appliquée en utilisant de l’eau et non du lixiviat, dans un tube transparent de 10 cm de diamètre (nominal) installé immédiatement en amont de la cellule. Celui‐ci a été gradué une fois en place, en considérant la hauteur réelle par rapport au niveau de l’exutoire. Le branchement du tube est décrit aux figures 2 et 3. Le temps requis pour que le niveau d’eau passe de 21 à 18, 15 puis 12 cm est enregistré périodiquement, permettant de définir la relation liant le temps et la hauteur de lixiviat dans le réservoir amont. La méthodologie devant être suivie pour la prise des mesures est proposée en annexe, avec les autres vérifications devant être effectuées lors de la prise de mesure. Il faut souligner que ces mesures ne peuvent être utilisées pour définir une ‘perméabilité’ ni une ‘transmissivité’, mais seulement pour détecter un éventuel blocage d’un des composants du système de drainage. Dans l’éventualité ou la vitesse d’écoulement deviendrait excessivement lente, on pourrait conclure à un dysfonctionnement du système dans son ensemble sans pour autant pouvoir identifier la zone dysfonctionnelle avec précision sur la seule base de ces mesures. L’identification de la cause du dysfonctionnement devrait alors être réalisée lors du démontage du système, par le biais d’observations visuelles.

3.2.4 Aval des cellules

Les cellules se déversent dans un collecteur réacheminant les lixiviats vers le puits. Noter que ce collecteur récupère aussi les lixiviats provenant des trop plein des réservoirs situés à l’amont des cellules (réservoirs ‘intermédiaire’ et ‘mesureurs’).



À noter que bien qu’il ait été recommandé d’installer un tube de 100mm de diamètre lors de la conception du système, un tube de 38 mm avait tout d’abord été installé afin de simplifier les connections, du fait de problématiques d’approvisionnement dans les quincailleries locales. Après la réalisation des essais préliminaires, il s’est avéré nécessaire de revenir au tube de 100mm proposé initialement. Ainsi, bien que la photo 4 montre un tube de 38mm, le collecteur principal visible au premier plan mesure effectivement 100mm, tel que conçu.

Figure 1 : Détail du branchement du tube gradué – avant installation des cellules et branchement final



Figure 2 : Tube gradué permettant la réalisation des mesures de taux de colmatage

Figure 3 : Section aval des cellules (collecteur de 38mm, remplacé par un 100 mm depuis)



3.2.5 Cellules d’essai

Les 9 structures installées ont été alternées afin de permettre de déceler toute influence de la position des dispositifs dans la salle, par exemple dans l’éventualité où la température ne serait pas uniforme, etc. Ainsi, l’ordre d’installation est le suivant :

Tableau 2 : Distribution des produits évalués dans les cellules d’essai

Cellule Produit évalué

1, 4, 7 AF160AB

2, 5, 8 témoin (géotextile + gravier)

3, 6, 9 AF240AB

Les détails de montage des cellules sont présentés ci‐dessous.

1. Le côté amont du tube a été bloqué afin

d’éviter toute infiltration dans le tube autre

que via le géotextile de filtration et les

perforations du tube.

2. Un joint de néoprène est préparé pour

étancher l’aval / éviter la fuite directe du

lixiviat vers la sortie, sans passer par le filtre

puis le tube.



3. Le tube ainsi préparé et inséré dans le filtre est

positionné au dessus de la géomembrane,

dans le fond de la cellule d’essai.

4. L’enrochement est placé, jusqu’à environ

10 mm au dessous de l’entrée.

5. 4 couches de géo‐espaceurs de polyéthylène

sont placées, en s’assurant que l’entrée de

lixiviat est située approximativement au

niveau de la seconde. L’entrée de lixiviat est

ainsi recouverte par deux épaisseurs

complètes.



6. De l’eau est versée jusqu’à ce que les

géoespaceurs soient complètement

recouverts.

7. La mousse de néoprène à cellules closes est

installée en s’assurant qu’aucune bulle d’air ne

reste prise au dessous.

8. La plaque de compression est posée au dessus

de la mousse de néoprène à cellules closes.



9. Les ressorts calibrés sont placés sur les ergots

prévus à cet effet, et le dispositif de serrage

est ensuite placé au‐dessus.

10. Les ressorts sont ensuite serrés de façon à ce

que leur longueur soit réduite jusqu’à la valeur

établie précédemment pour que la force

appliquée soit la valeur calibrée (7.5 cm).

11. Les autres composants hydrauliques de

l’appareillage sont ensuite installés :

‐ Connexions vers le réservoir mesureur et le

réservoir intermédiaire, cylindres de

mesure ;

‐ Connexions vers le collecteur qui

réachemine le lixiviat vers le puits.



12. Plusieurs serrages successifs des ressorts sont

nécessaires afin de compenser le fluage des

géoespaceurs (au moins pendant les premiers

jours). Par la suite, il sera nécessaire de les

resserrer périodiquement pour maintenir le

niveau de compression recherché pour chacun

des ressorts et ainsi contrôler la contrainte

normale dans la cellule d’essai

Dossier: S967‐001 1 / 4 Date: 20 Octobre 2009 Annexe 1


Suivi périodique : méthodologie Cette procédure ne tient pas compte des éventuelles exigences réglementaires devant être respectées sur le site vis‐à‐vis de la sécurité ou de toute autre nature. Si la procédure proposée contrevenait à celles‐ci, merci de nous contacter afin de la modifier en conséquence. Étapes devant être respectées :

1. Vérifier la présence de fuites sur le circuit, à l’extérieur du cabanon

2. Ouvrir la porte du cabanon et laisser la pièce se ventiler

3. S’assurer du fonctionnement des drains et de l’absence de fuites en y faisant circuler de l’eau

4. Vérifier l’absence de rouille excessive (perforante) sur la structure, notamment sur les pieds dans les zones humides.

5. Faire fonctionner la pompe, vérifier que celle‐ci amène effectivement le lixiviat au réservoir principal, et que le lixiviat est effectivement distribué dans toutes les cellules.

6. Observer toutes les tubulures, et évaluer si la quantité de biomasse (éventuellement) accumulée est susceptible de freiner l’écoulement. Le cas échéant, nettoyer (pourra nécessiter le démontage de la tubulure).

7. Vérifier la présence de liquide (niveau d’eau apparent, visible) dans le tube de mesure :

- Si les cylindres sont vides, passer à l’étape suivante.

- Si seules quelques cellules contiennent du liquide, il se peut que celles‐ci soit en processus de

colmatage. En s’appuyant sur les tendances observées, juger de la pertinence de resserrer la fréquence

de mesure afin de prolonger les essais autant que possible, ou de court‐circuiter la ou lesdites cellules.

Dans ce cas, communiquer avec SAGEOS pour le démontage.

- Si tous les cylindres contiennent du liquide, il se peut que l’injection de lixiviat vienne d’être réalisée,

auquel cas attendre quelques minutes pour passer aux étapes suivantes.

Un formulaire destiné à faciliter la cueillette des informations est présenté à la fin de cette section.



8. Mesurer la température

9. Verser 1 litre dans le cylindre de mesure. Ou jusqu’à ce que le niveau soit au‐delà de la ligne ‘21’

10. Démarrage du chronomètre lorsque le niveau d’eau arrive à ‘21’



11. Premier temps de mesure : le niveau passe la ligne ‘18’

12. Deuxième temps de mesure : le niveau passe la ligne ‘15’

13. Troisième temps de mesure : le niveau passe la ligne ‘12’, soit le bas de la zone transparente.



ÉVALUATION DU COMPORTEMENT DE DRAINS VIS‐A‐VIS DU COLMATAGE BIOLOGIQUE

SUIVI DES CELLULES

Date / Heure d’arrivée : __________________________ Opérateur(s) : _____________________________

Vérifications : oui / non

Arrivée et départ de lixiviat en bon état à l’extérieur du cabanon : .................................................. ______

Circuit intérieur : absence de fuites ou de débordements : ............................................................... ______

Condition de la structure : absence de rouille excessive (perforante) : ............................................. ______

Pompe : ‐ amène effectivement le lixiviat au réservoir principal : ................................................ ______

‐ le lixiviat est effectivement distribué dans toutes les cellules : ..................................... ______

Est‐il nécessaire de nettoyer les tubulures pour éviter qu’elles soient bloquées par la biomasse : .. ______

Y a‐t‐il présence de liquide (niveau d’eau apparent, visible) dans le tube de mesure : ..................... ______

La longueur des ressorts est de 7.5 cm ± 1 mm (l’étalon fourni rentre juste à côté du ressort). Si ‘non’, il y a eu fluage, resserrer au besoin pour que la longueur soit conforme ............................ ______

Mesures :

Température :

Série #1

Cellule : 1 2 3 4

H=18

H=15

H=12

Cellule : 5 6 7 8 9

H=18

H=15

H=12

Série #2

Cellule : 1 2 3 4

H=18

H=15

H=12

Cellule : 5 6 7 8 9

H=18

H=15

H=12


Annexe 2 :

Suivi périodique : Méthodologie, Formulaire de suivi (version révisée du 10 février 2010)

Dossier: S967‐001 1 / 2 Date: 11 février 2010

Suivi périodique : méthodologie Cette procédure ne tient pas compte des éventuelles exigences réglementaires devant être respectées sur le site vis‐à‐vis de la sécurité ou de toute autre nature. Si la procédure proposée contrevenait à celles‐ci, merci de nous contacter afin de la modifier en conséquence. Étapes devant être respectées :

1. Vérifier la présence de fuites sur le circuit, à l’extérieur du cabanon

2. Ouvrir la porte du cabanon et laisser la pièce se ventiler

3. S’assurer du fonctionnement des drains et de l’absence de fuites en y faisant circuler de l’eau

4. Vérifier l’absence de rouille excessive (perforante) sur la structure, notamment sur les pieds dans les zones humides.

5. Vérifier que les deux disjoncteurs sont en position ‘marche’ et que les deux chauffages fonctionnent.

6. Faire fonctionner la pompe, vérifier que celle‐ci amène le lixiviat au réservoir principal en moins de 30 secondes après son déclenchement et que le lixiviat est distribué dans chacun des réservoirs doseurs.

7. Observer toutes les tubulures, et évaluer si la quantité de biomasse (éventuellement) accumulée est susceptible de freiner l’écoulement. Le cas échéant, nettoyer (pourra nécessiter le démontage de la tubulure voir son remplacement).

8. Vérifier la présence de liquide (niveau d’eau apparent, visible) dans le tube de mesure :

o Si les cylindres sont vides, prendre les mesures de vitesse d’écoulement.

o Si seules quelques cellules contiennent du liquide, il se peut que celles‐ci soit en processus de colmatage. Communiquer avec SAGEOS.

o Si tous les cylindres contiennent du liquide, il se peut que l’injection de lixiviat vienne d’être réalisée, auquel cas attendre quelques minutes pour passer aux étapes suivantes.

Un formulaire destiné à faciliter la cueillette des informations est présenté à la fin de cette section.

Dossier: S967‐001 2 / 2 Date: 11 février 2010

ÉVALUATION DU COMPORTEMENT DE DRAINS VIS‐A‐VIS DU COLMATAGE BIOLOGIQUE

SUIVI DES CELLULES

Date / Heure d’arrivée : _7 déc 2010_10h00_________ Opérateur(s) : __Eric_________________________

Vérifications : oui / non

Arrivée et départ de lixiviat en bon état à l’extérieur du cabanon : ................................................... __Oui____ Circuit intérieur : absence de fuites ou de débordements : ..... __Cell 1 et 3, réparations faites (démontage du coude et récurage de conduite) – liquide semble encore retenu sur 3.____

Condition de la structure : absence de rouille excessive (perforante) : ............................................... _OK_____ Les disjoncteurs sont en position ‘marche’ et les pompes fonctionnent : .......................................... __Oui____

Pompe : ‐ amène le lixiviat au réservoir principal en moins de 30 secondes : .............. __environ 1 min____ ‐ le lixiviat est distribué dans toutes les réservoirs doseurs : ....................................... __ajusté____

Est‐il nécessaire de nettoyer les tubulures pour éviter qu’elles soient bloquées par la biomasse : .. __non____

Y a‐t‐il présence de liquide (niveau d’eau apparent, visible) dans le tube de mesure : .............. __1, 3 et 9____

La longueur des ressorts est de 7.5 cm ± 1 mm (l’étalon fourni rentre juste à côté du ressort). Si ‘non’, il y a eu fluage, resserrer au besoin pour que la longueur soit conforme .............................. __OK____

Mesures :

Température ‘in’ :__24_ ‘out’ :_21__

Série #1

Cellule : 1 2 3 4

H=18 8 10 180 7

H=15 18 22 420 16

H=12 32 40 660 27

Cellule : 5 6 7 8 9

H=18 7 7 4 9 14

H=15 16 14 9 22 35

H=12 26 21 13 40 55

Série #2

Cellule : 1 2 3 4

H=18

H=15

H=12

Cellule : 5 6 7 8 9

H=18

H=15

H=12


Annexe 3 :

Propriétés du lixiviat (fournies par l’opérateur du site)

13-juil.-10 17-août-10 13-sept.-10 14-oct.-10 16-nov.-10

Température air °C 26 12 19 10 4

Température eau °C 29 16.30 22.6 14.5 8

pH u pH 7.65 7.60 7.6 7.75 7.65

Conductivité in situ µSv/cm 14820 15 230 13990 15680 13490

Résistivité à 20°C ohm.cm 80 76.3

DCO mg/l 1670 1 830 1310 2330 1450

DBO5 mg/l 170 104 110 130 70

Carbone organique total (COT) mg/l 562 616 601 676 498

Matières en suspension (MES) mg/l 51 12 26 28 30

Azote Kjeldal (NTK) mg/l 934 1 300 1110 1150 934

16-déc.-10 20-janv.-11

Température air °C 0 -2

Température eau °C 1.3 5.4

pH u pH 7.80 7.45

Conductivité in situ µSv/cm 12520 9420

Résistivité à 20°C ohm.cm 94

DCO mg/l 1530 914

DBO5 mg/l 79 60

Carbone organique total (COT) mg/l 477 328

Matières en suspension (MES) mg/l 43 33

Azote Kjeldal (NTK) mg/l 858 560

Tableau récapitulatif analyses tête de station

Valeurs en gras = valeurs inférieures à


Annexe 4 :

Photos prises lors du démontage

S967-001 Étude expérimentale de la résistance au colmatage biologique de géocomposites de drainage « Draintube ACB »

Annexe 4 - 1 / 13

Cellule 1 (type A) – immédiatement après ouverture de la cellule

Cellule 1 (type A) – après exposition à l’air (coloration noire de la biomasse)


Annexe 4 - 2 / 13

Cellule 1 (type A) – Géotextile après enlèvement de la roche, montrant accumulation modérée de biomasse

Cellule 1 (type A) – Tube du draintube après démontage


Annexe 4 - 3 / 13


Cellule 4 (type A) – Géotextile après enlèvement de la roche, montrant accumulation de biomasse


Annexe 4 - 4 / 13




Annexe 4 - 5 / 13

Cellule 7 (type A) – Géotextile après enlèvement de la roche, montrant accumulation de biomasse



Annexe 4 - 6 / 13

Cellule 2 (référence sans draintube) – Ouverture en fin d’essai

Cellule 2 (référence sans draintube) – Gravier


Annexe 4 - 7 / 13

Cellule 2 (référence sans draintube) – Géotextile localisé en fond de cellule

Cellule 5 (référence sans draintube) – Gravier avec biomasse


Annexe 4 - 8 / 13

Cellule 5 (référence sans draintube) – Fond de cellule avec biomasse

Cellule 8 (référence sans draintube) – Ouverture en fin d’essai


Annexe 4 - 9 / 13

Cellule 2 (référence sans draintube) – Fond de cellule avec biomasse

Cellule 3 (type B) – Granulats en fin d’essai


Annexe 4 - 10 / 13

Cellule 3 (type B) – Géotextile avec dépôt de biomasse modéré en fin d’essai

Cellule 3 (type B) – Tube du draintube après démontage (joint d’étanchéité visible)


Annexe 4 - 11 / 13

Cellule 6 (type B) – ouverture de la cellule en fin d’essai

Cellule 6 (type B) – Géotextile chargé de biomasse en fin d’essai


Annexe 4 - 12 / 13

Cellule 6 (type B) – Tube du draintube

Cellule 9 (type B) – ouverture de la cellule en fin d’essai


Annexe 4 - 13 / 13

Cellule 9 (type B) – vue du granulat en fin d’essai

Cellule 6 (type B) – Géotextile avec biomasse en fin d’essai

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