DÉTECTION DES FUITES SUR GÉOMEMBRANE

Transcription

1 DÉTECTION DES FUITES SUR GÉOMEMBRANE L analyse des performances des ouvrages d étanchéité construits depuis le début des années 80 commence à porter ses fruits et révèle l importance de tenir compte des propriétés propres des matériaux synthétiques utilisés dans la conception de ces ouvrages, de bien sélectionner les matériaux qui seront de part et d autres de ceux-ci, de recourir aux services d installateurs et d inspecteurs d expérience. Ces conditions sont essentielles au succès d une telle entreprise. Néanmoins, l application d un programme de détection de fuites par méthode géo-électrique sur un ouvrage respectant tous les critères de conception actuellement connus et ayant subi un programme rigoureux de contrôle de qualité durant la phase de construction, peut permettre de découvrir des fuites relativement importantes dans la membrane, et ainsi justifier le recours à une telle prospection. La présence de trous dans une membrane installée est probable, voire même inévitable, par la nature même des travaux qui sont requis pour la mettre en place. De plus, les programmes d assurance qualité ayant été mis au point au début des années 80, il est normal, après 20 ans d expérience, d en actualiser les méthodes. Ce document présente deux techniques de détection de fuites sur géomembrane. La première, technique du jet d eau, doit être réalisée sur des géomembranes à nu. La seconde, la technique du dipôle, permet la détection des fuites sur des géomembranes recouvertes de matériaux conducteurs ou d eau. 1.0 TECNHIQUE DE DÉTECTION DE FUITES PAR JET D EAU Cette technique permet la détection des fuites sur les géomembranes non recouvertes. Il est particulièrement approprié d utiliser cette technique au cours de l installation de la géomembrane ou après son nettoyage (vidange de bassin). Elle s avère un outil essentiel à l assurance qualité des travaux d installation des géomembranes. 1.1 Principe de fonctionnement La technique de détection de fuites par jet d eau consiste à imposer une différence de potentiel électrique entre le sol sous la géomembrane et un jet d eau projeté sur celle-ci (figure 1). La géomembrane, se comportant comme un isolant électrique de résistivité très grande, a pour effet d empêcher le passage de courant électrique. Cependant en cas de fuite, l eau atteint le sol sous la géomembrane et un «pont» est formé entre les deux niveaux de potentiel, ce qui permet la circulation du courant électrique. Un détecteur de courant informe alors l opérateur (par un signal sonore et visuel) de la présence d une infiltration et donc d une perforation dans la géomembrane. Lorsque la conductivité du sol est adéquate, la technique de détection de fuites par jet d eau n'est limitée essentiellement que par la capacité de l eau à s infiltrer par un orifice. Le détecteur de courant étant très sensible, une perforation est détectée immédiatement dès qu il y a un contact continu entre l eau provenant du jet et le matériau conducteur sous la géomembrane. S:/00Gestion/00Développement/Folio/DétectiondefuiteFrançais Page 1

2 Casque d écoute Source électrique V Alim entation en eau Détecteur Lance à eau Géomembrane M ise à la terre Fuite Lignes de courant Figure 1 : Technique du jet d eau La mise en œuvre de la technique nécessite les composantes suivantes : 1 source de courant continu ; 1 plaque de mise à la terre ; des boyaux flexibles munis d un fil électrique sur toute leur longueur ; 1 lance à eau munie d un répartiteur d eau ; 1 détecteur de courant (installé sur la lance à eau). 1 casque d écoute, 1 source continue d alimentation en eau. L alimentation en eau peut-être assurée de différentes manières : à partir d une citerne, c est-à-dire d une façon gravitaire ou sous pression; en circuit fermé, où une pompe d alimentation placée au point bas du site fournit en eau l opérateur par la réutilisation des eaux de détection. Cette façon de faire demande une géométrie appropriée ; en utilisant un réseau existant (aqueduc) ; cette manière de fonctionner est adéquate lorsque la pression est suffisante et qu aucun bruit de fond électrique n est perceptible. S:/00Gestion/00Développement/Folio/DétectiondefuiteFrançais Page 2

3 1.2 Techniques de prospection La planification de la prospection d une surface est élaborée selon qu il y ait ou non, au même moment, des travaux de pose de géomembrane Installation de la géomembrane complétée Lorsque l installation de la géomembrane est complétée, l opérateur a le loisir de gérer les surfaces à prospecter à sa guise. Il est alors fortement recommandé que le point bas soit prospecté en priorité, car l accumulation d eau à cet endroit peut provoquer une fuite ce qui entraînerait un bruit de fond. La localisation de cette fuite exigerait par la suite la vidange du point bas. Chaque endroit susceptible d avoir une accumulation d eau durant la prospection devrait également être prospecté en priorité pour les mêmes raisons Prospection effectuée durant la pose de la géomembrane Lorsque la prospection est effectuée durant la pose de la géomembrane, des dispositions supplémentaires doivent être considérées selon que les travaux de pose sont effectués de l amont vers l aval ou inversement. Autant que possible, la prospection n est effectuée sur une surface que lorsque les contrôles de qualité sont complétés par l installateur. Idéalement, les activités relatives à la détection de fuites sont décrites dans le devis ou cahier de charges de l installateur de géomembrane. Cette planification doit être présentée clairement à l installateur avant le début des travaux. a) Pose de la géomembrane réalisée de l amont vers l aval Cette façon de faire implique tout d abord que la détection de fuites par jet d eau ne peut être effectuée lorsque des travaux de soudure sont réalisés, car l eau utilisée s écoule en direction de la surface à souder. Dans ce cas, la détection de fuites doit s ajuster et être effectuée à un moment approprié (de soir ou une fois les travaux terminés). b) Pose de la géomembrane de l aval vers l amont Dans ce cas, les mêmes conditions s appliquent que lorsque la géomembrane est complètement installée Tests de vérification Les tests de vérification permettent à l opérateur de s assurer que les équipements électriques sont opérationnels. Ces tests sont effectués avant le début de la prospection, une fois les équipements connectés et, par la suite, à intervalles réguliers durant la prospection. Les tests de vérification consistent simplement à simuler une fuite en mettant le bout de la lance en contact avec le sol où il y a mise à la terre. S:/00Gestion/00Développement/Folio/DétectiondefuiteFrançais Page 3

4 1.2.4 Inspection des soudures La réalisation des soudures est une activité délicate lors de la pose de géomembrane. Selon les statistiques, un pourcentage important des perforations détectées provient des soudures à extrusion utilisées principalement, dans le cas de géomembrane en PEHD, pour de petites pièces de membrane. C est pourquoi, un soin particulier doit être porté par l opérateur lors de la prospection de ce type de soudures. Puisque ces soudures sont employées pour des pièces qui sont taillées sur place, des coups de couteau peuvent également être découverts à proximité de la soudure, et non seulement sur la soudure elle-même Vitesse de prospection La vitesse de prospection peut varier selon les paramètres suivants : le type de géomembrane, le débit d eau disponible, la géométrie du site à prospecter, la présence de vagues, la présence d objets sur la géomembrane. 1.3 Conditions problématiques Certains projets contiennent des éléments particuliers qui influencent de façon significative la prospection des fuites. Ce chapitre traite des conditions problématiques qu il est possible de rencontrer sur le terrain et pour lesquelles des solutions peuvent être apportées. S:/00Gestion/00Développement/Folio/DétectiondefuiteFrançais Page 4

5 1.3.1 Présence de vagues dans la géomembrane La présence de vagues est un phénomène fréquent provoqué par la dilatation thermique de la géomembrane. La hauteur de ces vagues peut être importante dans le cas d une géomembrane de PEHD. Les vagues ont généralement une amplitude maximale en milieu d après-midi lorsque la température est à son maximum. De la même manière, un effet «trampoline» peut se créer en bas de pente durant la nuit lorsque la température est plus basse. Il est à noter que la création de vagues est beaucoup moins importante avec des géomembranes texturées ou armées, comme la géomembrane bitumineuse ou le polypropylène. La prospection d une géomembrane qui contient des vagues importantes est problématique. En effet, pour qu une perforation soit détectée, il faut que l eau traverse l orifice et assure un contact continu avec le sol sous la géomembrane. Il est donc primordial que la membrane soit en contact avec le sol. Pour ce faire, l opérateur doit abaisser la vague en marchant dessus. Certaines vagues ne pourront être abaissées en raison de leur dimension, une inspection visuelle de la crête des vagues doit alors être attentivement effectuée par l opérateur. Il est évident que la présence de vagues ralentit le travail de l opérateur. Une prospection de soir, lorsque la température est moins élevée, peut s avérer une solution intéressante permettant une plus grande vitesse de prospection. Toutefois, l effet «trampoline» peut alors se produire dans le bas des pentes Traverses de géomembrane Certaines conceptions prévoient l évacuation des liquides (eaux ou lixiviats) par des conduites qui traversent la géomembrane. Ces traverses de géomembrane sont des ouvrages délicats à réaliser. Aussi, il est difficile de vérifier l étanchéité de ces soudures avec les moyens conventionnels de contrôle de la qualité. Une attention particulière doit donc y être portée par les techniciens effectuant la détection des fuites. S:/00Gestion/00Développement/Folio/DétectiondefuiteFrançais Page 5

6 1.3.3 Pentes abruptes Le principal problème relié aux pentes abruptes est la difficulté, voire l impossibilité, d y avoir accès. La capacité pour un opérateur de prospecter dans une pente dépend de l angle de cette pente et du type de surface de la géomembrane. Il peut en effet être possible pour un opérateur de marcher sur des pentes de 3H :1V avec des géomembranes bitumineuses ou de polypropylène, ce qui est tout à fait impossible avec une géomembrane de PEHD non texturée. Lorsqu il est impossible de marcher directement sur la géomembrane, des échelles de cordes sont utilisées pour l inspection des zones à risques seulement (soudures à extrusion, traverses de géomembranes, etc.) Par ailleurs, la sensibilité de la technique de détection de fuites dépend de la hauteur d eau imposée sur la géomembrane, (l épaisseur du film d eau créé par le jet) La prospection des pentes permettant difficilement l accumulation d eau, la précision de la technique et la vitesse de prospection sont réduites sur les pentes plus abruptes..photo : Soudure et prospection dans une pente Conductivité de l assise Certains petits bassins de rétention sont construits en béton, puis étanchés avec de la géomembrane. On retrouve également des sols d assise qui sont faiblement S:/00Gestion/00Développement/Folio/DétectiondefuiteFrançais Page 6

7 conducteurs, surtout lorsqu ils sont secs. Dans de tels cas, des tests doivent être effectués pour évaluer l applicabilité de la méthode. La détection de fuites par jet d eau ne pourra en effet être appliquée que si la conductivité de l assise est suffisante. De façon générale, un béton mouillé possède une conductivité électrique adéquate, alors qu un béton sec ne permettra pas l utilisation de la méthode. Des sols secs fortement minéralisés peuvent également s avérer suffisamment conducteurs. 2.0 TECHNIQUES DE DÉTECTION DE FUITES PAR DIPÔLE 2.1 Principe de fonctionnement La méthode de détection géo-électrique par dipôle consiste à appliquer une différence de potentiel électrique entre le dessus de la géomembrane (sol ou eau) et le dessous de celle-ci. Le champ de potentiel résultant dans les sols recouvrant la géomembrane est relativement uniforme. La géomembrane étant un isolant électrique efficace, la présence d une fuite dans la géomembrane crée un passage localisé pour le courant électrique, ce qui perturbe le champ de potentiel de façon caractéristique. La prise de mesures de potentiel à l aide du dipôle selon une densité prédéterminée permet, après interprétation des résultats, la localisation précise de ces perturbations, et donc des fuites qui les provoquent. La figure suivante présente le schéma de la méthode. DÉTECTION GÉO-ÉLECTRIQUE DES FUITES REPRÉSENTATION SCHÉMATIQUE Source de courant Géomembrane Appareil mobile de mesure de potentiel électrique Recouvrement de la géomembrane (sol ou eau) Électrode FUITE Courbes isopotentielles Électrode de mise à la terre Lignes de courants électriques Figure 2 : Technique du dipôle Les principaux appareils utilisés pour ce type de prospection sont : une source de tension continue, S:/00Gestion/00Développement/Folio/DétectiondefuiteFrançais Page 7

8 un instrument de prise de mesures différentielles (dipôle), un multimètre, deux électrodes, l une pour la mise à la terre et l autre pour l établissement de la différence de potentiel entre le sol extérieur et le milieu interne. Pour que cette technique géo-électrique de détection des fuites soit applicable et qu'elle possède la sensibilité désirée, les matériaux en contact direct avec la géomembrane, de part et d autre de celle-ci, doivent permettre le passage de courants électriques. De plus, le matériau recouvrant la géomembrane doit, autant que possible, être isolé électriquement des sols à l'extérieur de l'ouvrage, de sorte que le passage d éventuels courants électriques s'effectue uniquement par les perforations de la géomembrane. En effet, le courant généré lors de la mise sous tension du système cherche toujours le chemin le plus facile pour se propager. S il y a des liens directs avec l extérieur (contact sol/sol, drain, conduite de béton, etc.), le courant électrique aura tendance à emprunter ces chemins ; cela rendant presque nul le courant passant par les fuites et réduisant considérablement leur visibilité. Selon les observations effectuées en chantier, la méthode de détection de fuites par dipôle est applicable sur l eau, la boue, le sable, la terre, et sous certaines conditions, la pierre et l argile. 2.2 Techniques de prospection Selon le type de matériel qui recouvre la géomembrane, il existe plusieurs façons de prospecter Sur un sol Lorsqu un sol recouvre la membrane, un quadrillage doit être fait afin que les mesures ponctuelles prises avec le dipôle le soient de façon régulière. Les sols secs (massif drainant, sable, etc.) nuisent à l applicabilité de la méthode du dipôle. Il est alors essentiel d humidifier adéquatement les sols de recouvrement. L alimentation en eau peut être assurée soit par boyau, soit par gicleur connecté à un aqueduc ou à une citerne d eau Dans un liquide Il est possible de prospecter dans un bassin dont la membrane est recouverte de liquide (ex : un bassin de rétention d eau). La conductivité est dès lors excellente et la méthode de détection par dipôle voit sa sensibilité améliorée. Le fond des pots est simplement enfoncé dans le liquide sur quelques centimètres. Pour ce, la profondeur de l eau doit être supérieure à 10 cm et inférieur à 1 mètre environ (sinon la mobilité de l opérateur devient une contrainte importante). Par contre, le repérage durant la prospection devient problématique, il est difficile de bâtir un quadrillage dans ces bassins. Lorsque le quadrillage est en place, l opérateur se déplace avec le dipôle et le dépose au sol sur chaque marque du quadrillage, les valeurs mesurées sont alors notées. Un S:/00Gestion/00Développement/Folio/DétectiondefuiteFrançais Page 8

9 changement de signe dans les valeurs mesurées peut indiquer la proximité d un trou dans la géomembrane Calibrage de la méthode de détection Le calibrage de la méthode de détection s effectue en trois étapes : 1. calibrage du champ de potentiel par une prospection préliminaire, 2. mesure de courant pour établir le niveau de sécurité, 3. simulation de trou Vitesse de prospection La vitesse de prospection peut varier selon les paramètres suivants : le type de sol de recouvrement, l alimentation en eau disponible, la géométrie du site à prospecter, les conditions climatiques (pluie) Interprétation du champ de potentiel La mise sous tension du système crée un champ de potentiel dans le sol (ou l eau) qui recouvre la géomembrane. Ce champ est très élevé près de l électrode et diminue plus la distance augmente. Par ailleurs, le champ augmente près d un trou et passe par un maximum à l emplacement précis du trou (dû au passage d un courant électrique). La figure 2 présente schématiquement les courbes isopotentielles (points ayant un même voltage) créées dans un bassin. La sensibilité de la méthode de détection par dipôle est liée directement à la visibilité des perturbations (provoquées par les trous) dans le champ de potentiel établi dans le sol. Cette visibilité dépend principalement de l étendue des perturbations, de la qualité des mesures (précision et stabilisation) prises par le dipôle et de la taille du maillage de la grille de mesure. L étendue des perturbations n est pas liée uniquement à la taille du trou mais aussi aux propriétés conductrices du sol le recouvrant localement. C est pourquoi, il est très important de maximiser la conductivité par un arrosage abondant. Aussi, la visibilité des perturbations devient problématique lorsque leur taille approche de la dimension du maillage employé, soit un mètre. Il va de soi que toute perturbation dont la taille est inférieure à 1 mètre voit sa probabilité de détection diminuer ; la taille du maillage détermine la résolution de la méthode. S:/00Gestion/00Développement/Folio/DétectiondefuiteFrançais Page 9

10 trou Figure 3 : Champ de potentiel avec présence d un trou 2.3 Conditions problématiques - Projets spéciaux Certains projets contiennent des éléments particuliers qui influencent de façon significative la prospection des fuites. Ce chapitre traite des conditions problématiques qu il est possible de rencontrer sur le terrain et pour lesquelles des solutions peuvent être apportées Présence d un contact électrique avec le sol extérieur (chemin d accès, conduite de béton) Dans certains bassins, il peut y avoir un chemin d accès qui ne peut être enlevé, surtout lors de la pose du sol. Ce chemin vient donc diminuer la visibilité des fuites. Il est toujours possible de prospecter si ce chemin se trouve à une bonne distance. La meilleure solution est d excaver (en haut des talus) le chemin d accès jusqu à la membrane. S:/00Gestion/00Développement/Folio/DétectiondefuiteFrançais Page 10

11 La présence de conduites de béton est aussi un problème surtout pour des bassins contenant des liquides. En effet, le béton humide est conducteur. Dans ce cas, le liquide doit être pompé afin de couper tout contact avec les conduites. La présence de sol en contact avec des conduites peut aussi créer des problèmes de contact électrique. La solution est d enlever ce sol jusqu à la membrane afin de couper le contact. Toutefois, la présence d un géotextile de protection sur la membrane maintient ce contact si le textile est humide. Lorsque possible, ce textile doit être retiré pour éliminer tout contact. La simulation de trou aidera à connaître l influence d un contact électrique avec le sol extérieur en établissant la distance minimale de visibilité des trous Membrane recouverte de massif drainant Comme mentionné plus haut, le sol sur la géomembrane doit être un bon conducteur électrique. Un massif drainant étant constitué de pierres forme un mauvais conducteur lorsqu il est trop sec (les interstices entre les pierres étant remplis d air). La prise de mesures avec le dipôle devient alors problématique : stabilisation longue et/ou variabilité très importante des mesures. Afin de remédier à ce problème, il faut arroser le massif avant et pendant la prospection afin d obtenir une bonne conductivité électrique. Idéalement, le massif doit être saturé en eau sur toute son épaisseur afin de bien favoriser la visibilité des trous éventuels Assises de béton Certains petits bassins de rétention sont construits en béton, puis étanchés avec géomembrane. Dans ce cas-ci, des tests doivent être effectués pour évaluer l applicabilité de la méthode. La détection de fuites par dipôle ne pourra en effet être appliquée que si la conductivité électrique du béton est suffisante. De façon générale, un béton mouillé possède une conductivité électrique adéquate, alors qu un béton sec ne permettra pas l utilisation de la méthode Conditions de pluie En période pluvieuse, la prospection par dipôle devient problématique et est, dans la plupart des cas, rendue impossible. D abord, il n est pas recommandé d utiliser le matériel sous la pluie car ces éléments électroniques peuvent cesser de fonctionner correctement. De plus, si les talus du bassin à prospecter sont recouverts d un géotextile de protection, celui-ci pourra, une fois humide, établir un contact électrique entre les sols intérieurs et extérieurs. Cela affectera le champ de potentiel et réduira la visibilité des trous. S:/00Gestion/00Développement/Folio/DétectiondefuiteFrançais Page 11

12 3.0 CONCLUSION Sans être un substitut complet aux techniques d essais non destructifs effectués actuellement sur le site (boîte à vide, pressurisation du canal de la double soudure ), ces méthodes utilisées convenablement, peuvent contribuer à offrir une meilleure intégrité fonctionnelle aux géomembranes installées. De plus, la multiplicité de nouveaux matériaux conforte l utilisation de ces techniques puisqu elles sont indifférentes à la nature de la géomembrane. Enfin, il est important de mentionner que des comités de travail ont été formés à l American Society of Testing Materials (ASTM) et au comité français des géosynthétiques (CFG) pour établir des guides de normalisation des différents systèmes de détection de fuites. S:/00Gestion/00Développement/Folio/DétectiondefuiteFrançais Page 12