-L INDUSTRIE MINIERE-

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1 AFITEX Pôle Technique Solutions géosynthétiques AFITEX dans -L INDUSTRIE MINIERE-

2 1-Introduction L'industrie minière est la ressource principale de nombreuses économies de par le monde, y compris dans les pays en voie de développement. Les installations minières, contrairement à d'autres installations pour la protection de l'environnement, ont des emprises foncières importantes. Par conséquent, les mesures de protection de l'environnement doivent être pratiques, robustes, fiables et adaptées (Renken et al., 2005). C'est pourquoi l'utilisation des géosynthétiques pour la conception et la construction des systèmes d'étanchéité dans les applications minières a beaucoup augmenté ces 20 dernières années. Pour autant l'utilisation des géosynthétiques dans l'industrie minière n'est pas encore aussi répandue que dans d'autres industries comme celle du traitement et du stockage des déchets ménagers et industriels. C'est donc un domaine d'application en pleine expansion. POURQUOI UN RECOURS AUX GEOSYNTHETIQUES? Il n'est plus à démontrer que le niveau d'étanchéité apporté par une géomembrane est bien supérieur à celui d'une couche d'étanchéité minérale, lorsque le système d'étanchéité par géomembrane est conçu, mis en œuvre et utilisé selon les règles de l'art. Ces matériaux permettent donc de renforcer la protection des sols et des nappes environnant les sites miniers. C'est également le cas des géotextiles et produits apparentés qui apportent une solution alternative aux matériaux granulaires pour assurer un drainage. Qui plus est, les géotextiles et produits apparentés peuvent être utilisés pour assurer la fonction de renforcement, essentielle dans des ouvrages comme ceux de l'industrie minière où les contraintes mécaniques sont très fortes. L'industrie minière bénéficie des techniques développées pour d'autres ouvrages pour la protection de l'environnement. En effet, des réglementations et des règles de bonne pratique ont été édictées de par le monde, et en particulier au sein du Comité Français des Géosynthétiques, pour une bonne utilisation des géosynthétiques, plus spécifiquement pour les installations de stockage de déchets. Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 3

3 DE MULTIPLES APPLICATIONS POUR LES SITES MINIERS : Les géosynthétiques peuvent se rencontrer sur les sites miniers dans les différents ouvrages que sont les aires de lixiviation, les zones de stockage de résidus de lixiviation et les stockages de stériles (Touze-Foltz et al., 2008). Les aires de lixiviation sont utilisées dans le cadre des process miniers pour extraire le métal du minerai, en particulier pour la récupération de l'or, du cuivre, de l'argent, de l'uranium, du nickel. Les aires de lixiviation sont des surfaces imperméabilisées sur lesquelles on place le minerai. Cette récupération nécessite en plus d'une étanchéité efficace, la mise en place d'un système drainant. Ce système drainant ne doit pas seulement être dimensionné pour collecter la solution qui aura percolé à travers le minerai mais également pour contrôler la hauteur de liquide sur l'étanchéité. Ce contrôle de la hauteur de liquide va permettre de réduire l'instabilité du minerai et de la structure elle-même. Le contrôle de la hauteur de liquide peut également réduire les transferts à travers les éventuels défauts dans la géomembrane. Les systèmes de drainage les plus courants sont constitués de géodrains, tuyaux de drainage en polymères insérés dans une couche de matériaux granulaires. Le système drainant peut également incorporer un géotextile ou des géocomposites drainants. Les zones de stockage de résidus de lixiviation sont des structures ouvragées construites pour stocker des pâtes épaissies ou des matériaux pilés et desséchés provenant des activités de transformation des minéraux. Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 4

4 2-Applications des géosynthétiques AFITEX La présence d eau d infiltration au niveau des talus nécessite parfois la mise en place d un drainage sous la géomembrane. Ce drainage évite les surpressions d eau qui peuvent endommager la géomembrane et créer des instabilités. Le DRAINTUBE FT peut être mis en œuvre directement sous la géomembrane (nappe filtrante en bas) pour drainer les eaux d infiltrations. Il offre également une protection mécanique de la géomembrane. Drainage sous géomembrane en talus Après remplissage du casier, le DRAINTUBE FT continue sa fonction de drainage même sous une épaisseur importante de déchets puisque ses mini-drains résistent à une pression de 700 kpa entre deux plaques rigides (hauteur de déchets supérieure à 50 m). Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 5

5 Le drainage par le géocomposite DRAINTUBE FT présente de nombreux avantages par rapport à la solution traditionnelle en couche granulaire : produit manufacturé et contrôlé en usine et donc homogène ; facilité de mise en œuvre ; capacité de décharge importante (équivalente à une couche de matériau granulaire drainante de 0,30 m à 1 m) ; faible épaisseur permettant un gain de volume de stockage ; sollicitations mécaniques faibles sur les couches inférieures. En couverture imperméable de CSD, le DRAINUBE FT peut être placé de part et d autre de la géomembrane en drainage eau et gaz. Drainage des biogaz Le DRAINTUBE FT est placé sous la géomembrane (nappe filtrante en bas) pour drainer les biogaz produits par la dégradation des déchets. Ces biogaz sont ensuite collectés via des puits pour être traités. Le DRAINTUBE FT offre également une protection de la membrane contre le poinçonnement. Le dimensionnement du DRAINTUBE FT pour le drainage des biogaz s effectue aussi avec le logiciel LYMPHEA qui autorise le choix de plusieurs types de gaz (Air, CO 2, CH 4, H 2 S, etc.). Le DRAINTUBE FT est 100% polypropylène (y compris les mini-drains) ce qui lui confère une très bonne résistance aux produits chimiques et notamment aux gaz. Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 6

6 Drainage des eaux pluviales Les fonctions de la couche de drainage des eaux pluviales en couverture imperméable sont multiples : Evacuer les eaux pluviales ; Réduire la charge hydraulique sur la géomembrane ; Améliorer la stabilité mécanique du couvert végétal. Placé sur la géomembrane, le DRAINTUBE FT permet de drainer les eaux pluviales et de protéger mécaniquement la géomembrane. Le logiciel LYMPHEA permet de dimensionner le géocomposite et surtout de connaître la hauteur d eau dans la nappe drainante du DRAINTUBE FT. Cette hauteur d eau conditionne la stabilité du sol au-dessus du drainage, surtout en couverture de CSD puisque la couche de terre végétale est au minimum de 0,30 m et la pente de l ordre de 5%. DRAINTUBE FT /PE Le DRAINTUBE FT /PE permet d intégrer en un seul produit les fonctions de perméabilité réduite et de drainage des eaux pluviales en couverture semiperméable. Il permet ainsi de diminuer le nombre d étapes de réalisation de la couverture et d augmenter le volume de stockage. TV DRAINTUBE FT Couche de perméabilité réduite 1 m TV DRAINTUBE FT /PE Couche de fermeture Couche de fermeture Déchets Déchets Structure de couvertures semi-perméables drainées par DRAINTUBE FT ou DRAINTUBE FT /PE Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 7

7 Mise en place du DRAINTUBE FT /PE sur le sol de fermeture Le DRAINTUBE FT /PE permet de limiter les entrées d eau dans les déchets. Des essais ont été réalisés pour estimer la quantité d eau infiltré à travers une couverture drainée par le DRAINTUBE FT /PE. La quantité d eau infiltrée à travers la couverture conditionne la dégradation des déchets et la quantité de lixiviats produit. La connaissance du taux d infiltration des eaux de pluie à travers la couverture permet à l exploitant de déterminer la quantité de lixiviats à traiter et de dimensionner les différents ouvrages. Pluie Eau ruisselée & drainée Eau infiltrée Déchets Lixiviats récupérés pour traitement Schéma hydrique simplifié dans une zone de stockage à couverture semi-perméable Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 8

8 Collecte des eaux périphériques Les eaux ruisselées ou drainées en couverture sont collectées dans des fossés périphériques pour être évacuées. Traditionnellement, l étanchéité des fossés est réalisée en mettant en oeuvre une Couche d Argile Compactée. Les inconvénients majeurs de la solution Couche d'argile Compactée sont : La difficulté de mise en œuvre et de compactage ; Sensibilité aux phénomènes dessiccation/réhydratation et aux phénomènes de gel/dégel qui augmente la perméabilité globale de l argile. Le STABILINER ALVEO assure à la fois l étanchéité et la retenue des terres dans les fossés. Il permet ainsi d éviter l infiltration des eaux collectées dans les sols tout en améliorant l insertion du CSD dans le paysage. Le géotextile permet la protection de la géomembrane ainsi que la retenue des terres sur les flancs du fossé. Le STABILINER ALVEO est chimiquement inerte et ne nécessite que 10 cm de terre végétale pour sa protection contre le rayonnement Ultra-Violet et pour une bonne végétalisation. rapide. De plus, la souplesse des matériaux permet une mise en œuvre aisée et Fossé étanche et végétalisé Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 9

9 3-Mise en œuvre des géocomposites dans les Mines DRAINTUBE FT Composition du DRAINTUBE FT Le DRAINTUBE FT a été développé de manière concomitante avec son logiciel de dimensionnement LYMPHEA. La validation technique a été faite avec le LRPC de Nancy et le LIRIGM de l Université de Grenoble 1. La composition du géocomposite DRAINTUBE FT est illustrée sur la figure 1. Il résulte de l aiguilletage des éléments suivants : un filtre non tissé aiguilleté en polypropylène ; des mini-drains en polypropylène, régulièrement perforés selon deux axes alternés à 90 ; une nappe drainante non tissée aiguilletée en polypropylène. Mini-drain Filtre Mini-drain Nappe drainante Figure 1 : Composition du DRAINTUBE FT Le procédé d aiguilletage en usine des différents éléments du DRAINTUBE FT lui confère une grande résistance au cisaillement interne tout en conservant les caractéristiques drainante et filtrante de chaque composant. rigides. Les mini-drains résistent à une pression de 700 kpa entre deux plaques Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 10

10 Mise en œuvre du DRAINTUBE FT Le géocomposite DRAINTUBE se présente sous forme de rouleaux de 4m de large. Ils sont déroulés perpendiculairement ou de manière sécante aux tranchées collectrices. Le filtre de recouvrement des mini-drains est toujours en contact du sol. Drainage eau sous géomembrane Drainage eau couverture Lors de la pose en talus, il faut ancrer le géocomposite en tête de talus. Ancrage du géocomposite DRAINTUBE en crête de talus Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 11

11 Joints transversaux (bout à bout) Afin d assurer la continuité de l écoulement dans les mini-drains entre deux rouleaux, des joints transversaux (bout à bout) sont réalisés. Il faut peler sur 20 cm le filtre pour dégager les mini-drains. L extrémité du lé suivant est introduite dans cette ouverture, en veillant à bien positionner les mini-drains côte à côte. Recouvrement transversal (bout à bout) Joints longitudinaux (côte à côte) Les joints longitudinaux sont réalisés par simple recouvrement sur une largeur de 5 à 10 cm minimum. Recouvrement longitudinal (côte à côte) Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 12

12 Raccordement à la tranchée drainante Le raccordement à la tranchée collectrice se fait par simple recouvrement sur une longueur minimale de 0,20 m. Connexion du DRAINTUBE à la tranchée drainante collectrice Lors de la mise en œuvre du remblai éventuel sur le DRAINTUBE, on veillera à ne pas déplacer les lés les uns par rapport aux autres afin de ne pas laisser de zone sans drainage. Le remblaiement et le compactage doivent se faire à l avancement. Remblaiement sur le DRAINTUBE Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 13

13 DRAINTUBE FT /PE Composition du DRAINTUBE FT /PE Le DRAINTUBE FT /PE se compose de haut en bas : d un filtre non tissé aiguilleté en polypropylène (PP) ; de mini-drains en polypropylène régulièrement perforés selon deux axes alternés à 90 ; d une nappe drainante non tissée aiguilletée en polypropylène ; d une membrane en polyéthylène (PE). DRAINTUBE FT /PE La membrane PE contrecollée à la nappe drainante du DRAINTUBE FT /PE assure l imperméabilisation du géocomposite. Ce contre-collage est réalisé selon un procédé breveté qui préserve les caractéristiques hydrauliques de la nappe composite drainante. Le dimensionnement du DRAINTUBE FT /PE pour le drainage s effectue à l aide du logiciel LYMPHEA Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 14

14 Mise en œuvre du DRAINTUBE FT /PE Le DRAINTUBE FT /PE est placé en couverture de zone de stockage. Le DRAINTUBE FT /PE est déroulé sur le sol de fermeture. Mise en place du DRAINTUBE FT /PE en couverture Chaque rouleau est ensuite découpé à la longueur voulue et relié à la tranchée collectrice des eaux ruisselées. Découpe des rouleaux au niveau de la tranchée collectrice Les recouvrements entre les lés, dans le sens longitudinal et transversal, se font suivant le principe des tuiles. Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 15

15 Recouvrement en tuiles Le recouvrement est de 25 cm minimum dans le sens longitudinal (côte à côte) et 50 cm minimum dans le sens transversal (bout à bout) pour garantir une continuité du drainage et limiter les infiltrations à travers le produit puisque les différents lés ne sont pas soudés entre eux. Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 16

16 STABILINER ALVEO Composition du STABILINER ALVEO Le STABILINER ALVEO se compose d un géotextile polypropylène non tissé thermoformé à structure alvéolaire associé à une géomembrane étanche en polyéthylène. L association du géotextile alvéolaire et de la géomembrane est réalisée industriellement par thermofusion. Le STABILINER ALVEO permet de remplir les fonctions suivantes : l étanchéité ; la protection de la géomembrane ; la retenue des terres végétales particulièrement lorsque les pentes des fossés sont importantes. STABILINER ALVEO Mise en œuvre du STABILINER ALVEO Le géocomposite STABILINER ALVEO se présente sous forme de rouleaux de 2, 3 ou 4 m de largeur. La longueur totale d un rouleau est de 50 m. Le fossé doit être réalisé avec un godet adapté en respectant le profil en long défini au projet. On doit s assurer de la stabilité naturelle de l ensemble du fossé (fond et flancs). Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 17

17 Le STABILINER ALVEO est ensuite déroulé et mis en place à la largeur voulue, pour couvrir le fond et les flancs du fossé. Réalisation de la tranchée et pose du STABILINER ALVEO Le STABILINER ALVEO doit être fixé en tête par clouage (le nombre et la longueur des clous sont spécifiques à chaque chantier). Dans les zones ou le sol support n est pas apte à recevoir le géocomposite étanche, il est préférable de procéder à la mise en œuvre d un géotextile de protection, non tissé aiguilleté polypropylène de masse surfacique minimale 300 g/m². Pour une solution 100% étanche, l assemblage entre les lés dans le sens longitudinal doit se faire par soudure manuelle ou automatique par une société agréée. Dans le cas d une application imperméable, un simple recouvrement en tuiles de 0,50 m est suffisant. Recouvrement en tuiles Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 18

18 Le fossé est ensuite rechargé en excès de terre végétale sur le STABILINER ALVEO avant d être compacté et profilé afin d obtenir une épaisseur de terres végétales de 10 cm minimum. Remblaiement et reprofilage La végétalisation doit être effectué le plus rapidement possible afin d éviter toute érosion superficielle de surface. Fossé étanche après végétalisation Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 19

19 4. Dimensionnement du DRAINTUBE Dimensionnement hydraulique du DRAINTUBE Fonctionnement du DRAINTUBE Le principe de fonctionnement du DRAINTUBE est illustré ci-après. L eau (ou le gaz) arrivant dans la nappe drainante est drainée vers les minidrains perpendiculairement à ceux-ci. Elle est ensuite évacuée par les mini-drains. La distance maximale que parcourt l eau dans la nappe drainante est alors la demidistance entre les mini-drains. Parcours de l eau dans le DRAINTUBE La distance entre les mini-drains varie entre 0,25 m (DRAINTUBE FT 4) et 2 m (DRAINTUBE FT 0,5), cette distance ainsi que le diamètre des mini-drains est définie en fonction de chaque projet puisque elle conditionne la transmissivité équivalente du géocomposite ainsi que la hauteur d eau (pression hydraulique) dans la nappe drainante. Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 20

20 Logiciel LYMPHEA Le logiciel LYMPHEA permet de déterminer le produit le mieux adapté pour drainer le flux attendu (eau ou gaz) en optimisant le nombre de mini-drains et leur diamètre de façon à limiter la pression hydraulique admissible. La connaissance des pressions hydrauliques est importante puisqu elles conditionnent la stabilité de l ouvrage notamment en couverture de CSD. Schéma des courbes de pression d eau entre les mini-drains Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 21

21 Le logiciel prend en compte les paramètres suivants : la transmissivité de la nappe drainante sous compression ; la longueur des écoulements dans les mini-drains ; la pente des écoulements dans les mini-drains ; l espacement entre les mini-drains ; le diamètre des mini-drains ; les conditions d'écoulement dans les mini-drains (saturés ou non). Trois régimes de fonctionnement du DRAINTUBE sont possibles : Régime non-saturé : Les mini-drains ne sont pas saturés et la pression hydraulique dans le géocomposite est indépendante de la longueur de drainage. La figure ci-après illustre la répartition des pressions hydrauliques dans le géocomposite calculées par le logiciel LYMPHEA pour un cas donné. Mini-drain Exemple de répartition des pressions hydrauliques dans le DRAINTUBE FT 2 (2 mini-drains par mètre de largeur) Régime saturé : les mini-drains sont saturés et la pression hydraulique dans le géocomposite dépend aussi de la longueur de drainage. La figure ciaprès illustre la répartition des pressions hydrauliques dans le géocomposite calculées par LYMPHEA pour le même cas. Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 22

22 Exemple de répartition des pressions hydrauliques dans le DRAINTUBE FT 1 (1 mini-drain par mètre de largeur) Régime partiellement saturé : le géocomposite fonctionne en régime non saturé sur une partie de la longueur de drainage puis en régime saturé sur l autre partie. La figure ci-après illustre la répartition des pressions hydrauliques dans le géocomposite calculées par LYMPHEA pour un cas donné. Exemple de répartition des pressions hydrauliques dans le DRAINTUBE FT 2 (2 mini-drains par mètre de largeur) En talus et en couverture de CSD, le géocomposite DRAINTUBE est généralement dimensionné en régime non-saturé pour éviter les surpressions hydrauliques sur la géomembrane (en talus) ou les instabilités de la couche de terre végétale (en couverture). Solutions AFITEX dans l industrie Minière Page 23