Brevet FR2694773A1 — publié le 19940218

L'invention concerne le secteur technique du drainage des sols et la protection de ceux-ci contre les effets de l'eau et, notamment le drainage des chaussées routières. Sous l'action de l'intensité de la circulation et des intempéries, les chaussées se dégradent avec lue temps. Ceci se traduit par l'apparition de fissures provoquant une dégradation de l'imperméabilité de la face supérieure de la chaussée et permettant à l'eau des précipitations de pénétrer- dans les couches constituant le corps de la chaussée. Cette eau, qui se trouve dans. le corps de la chaussée sous forme libre et sous forme capillaire peut être la cause de nombreux dommages et défauts prématurés. Les coûts d'entretien des chaussées sont notablement diminués en équipant celles-ci de dispositifs de drainage capables d'évacuer rapidement l'eau en excès. Les méthodes de drainage des sols habituelleemnt utilisées mettent en oeuvre des tuyaux perforés ou poreux posés au fond d'une tranchée et recouverts de granulats dont les caractéristiques de granulométrie doivent répondre aux critères dits de Terzaghi. Ces critères de Terzaghi évitent le colmatage du matériau et lui assurent un maintien de son efficacité drainante dans le temps. Cependant, ces méthodes ont l'inconvénient, de par le principe d'utilisation de granulats, de nécessiter l'extraction d'un volume disproportionné par rapport à la nature des travaux entrepris, de matériau provenant du terrain à drainer avec un coût élevé de transport et qui devra être remplacé par des granulats également très onéreux. Une amélioration de ce type de procédé a consisté à utiliser des géotextiles entravant le tuyau et le granulat de façon à créer un filtre artificiel, éliminant ainsi les contraintes liées aux critères de Terzaghi. Toutefois, ce procédé ne réduit pas la quantité de matériau à évacuer et à remplacer par des granulats. I1 a également -été proposé dans l'état de la technique d'utiliser des nappes de textiles associées à une armature de métal déployée ou de matière plastique ondulée permettant à l'eau de s'écouler après filtration entre les espaces libres. Ce procédé évite ainsi l'utilisation de granulats et diminue les quantités de matériaux à extraire. Cependant, les dispositifs utilisés présentent des inconvénients qui limitent leur utilisation au cas où le système de drainage doit subir des efforts de compression dans une direction sensiblement perpendiculaire à son plan. En effet, le filtre textile entre chaque ondulation n'est pas soutenu et le système peut soit se déformer et alors se colmater, soit se perforer et alors permettre le passage de fines particules dans le système limitant, à terme, spn efficacité. Un autre procédé de l'état de la technique consiste à utiliser une armature recouverte sur ses deux faces par une couche filtrante. L'armature à terme présente une multitude de bosages et d'alvéoles dont les sommets viennent en contact avec les deux couches filtrantes. L'armature interne est, de plus, étanche à l'eau. Ces procédés présentent cependant l'inconvénient de mettre en oeuvre une structure rigide limitant les possibilités d'adaptation du système à la géométrie du sol à drainer, particulièrement dans le cas de pliage, d'arrondi, d'angularités ou d'aspérités. De même, dans le cas de déplacement du sol, cette structure rigide peut créer des points durs engendrant des contraintes importantes localisées, entraînant ellemême une détérioration du système. Enfin, les procédés à structure rigide nécessitent la présence de vides entre la couche filtrante et l'armature interne pour assurer un écoulement de l'eau. Or, cette disposition entraîne, pour la couche filtrante qui n'est plus soutenue, des déformations importantes ou des risques de perforation dus aux contraintes provoquées par les éléments durs du sol à drainer. Les perforations permettent alors aux fines particules du sol à drainer d'être entraînées dans le système de drainage, provoquant rapidement son colmatage définitif. I1 a été proposé par la demande de brevet français nO 2660335 de remédier à tous ces inconvénients en réalisant un dispositif de drainage des sols, dut type constitué d'une nappe drainante centrale géotextile (4) formée de fibres, recouverte sur ses deux faces par une nappe filtrante (3) également géotextile formée de fibres mais dont la porométrie est supérieure à celle des nappes filtrantes (3), un tel ensemble étant associé à un système de collecte des eaux (2) placé en partie basse du dispositif. Ce produit bien que donnant satisfaction peut encore être amélioré à différents égards. En effet, les filtres doivent avoir une certaine porométrie, traditionnellement comprise ente 80 et 100 microns: Dès lors que cette porométrie n'est pas nulle des fines peuvent traverser ces filtres et venir colmater 1'âme interne du produit. Les fines sont les particules inférieures à 80 microns en ltoccurence. De manière à ne pas colmater les fibres de la couche drainante, la porométrie de celle-ci devra être par conséquent supérieure à celle de la couche filtrante. I1 a été estimé que le rapport de porométrie desdites couches pouvait valablement être de 80/250 microns. I1 a été constaté que si la porométrie de la couche drainant était de nature à créer des zones de vide trop importantes, il s'en suivait de manière néfaste, une discontinuité de la chaîne hydrique entre le milieu naturel à drainer et le dispositif de drainage. Il est bien connu qu'un sol conduit d'autant mieux l'eau qu'il est lui-même mouillé. En -sol sec, l'eau ne passe pas. En matière de drainage, un vide équivaut à une zone sèche et crée une barrière étanche par défaut d'aspiration ou d'évapo-transpiration l'été. L'un des problèmes posés est par conséquent d'obtenir une continuité permamente entre le dispositif de drainage et le sol environnant, tout en conservant une porométrie de 250 microns par exemple de la couche drainante. Ce problème est résolu selon une caractéristique de l'invention concernant un dispositif de drainage des sols, du type constitué d'une nappe drainante centrale géotextile formée de fibres, recouverte sur ses deux faces par une nappe filtrante également géotextile formée de fibres mais dont la porométrie est supérieure à celle des nappes filtrantes, un tel ensemble étant associé à un système de collecte des eaux placé en partie basse du dispositif se caractérisant en ce que les fibres composant la nappe drainante sont de dimensions inégales tant en section qu'en longueur, de manière à obtenir une texture homogène apte à assurer une continuité des fibres entre elles et conséquemment avec le milieu naturel environnant, les fibres de gros calibre constituant une charpente dans les interstices de plus petites dimensions pour obtenir un confinement en colmatant les vides de la charpente, constitutifs de barrières étanches qui sont susceptibles de provoquer des ruptures de la chaîne hydrique par défaut d'aspiration ou d'évapo-transpiration. Selon une autre caractéristique de l'invention, les trois couches de filtration et de drainage sont intimement solidarisées entre elles par tous moyens adéquats et préférentiellement par aiguilletage, de manière à constituer une structure composite dont les couches successives sont reliées entre elles par interpénétration réciproque des fibres, de l'une des couches dans celles d'une autre couche adjacente au cours d'une opérationeunique d'aiguilletage. Selon un autre problème posé, lié également à ce type de dispositif, il est utile de rappeler qu'en période hivernale, le dégel des routes crée un phénomène de crio-succion, c'est-à-dire que s'il y a formation de lentilles de glace, la glace attire l'eau par dépression intersticielle, il en résulte que si la glace se forme en un endroit donné, toute l'eau est attirée par la glace à cet endroit. C'est ce qui est communément appelé "front ou table de gel". Par conséquent, pour ne pas nuire au bon fonctionnement du dispositif de drainage, il faut pouvoir éviter le problème précité en utilisant adéquatement l'énergie calorifique de l'eau en cours de dégel, donc bénéficiant d'une température supérieure à 0 degré au niveau du sol. Pour résoudre cet autre problème, le dispositif de drainage selon l'invention se caractérise en ce que parmi les fibres formant la nappe drainante, est inséré un matériau conducteur thermique métallique constituant une quatrième couche et apte à favoriser l'échange de chaleur entre une zone supérieure du drain situé à proximité de la surface du sol et une zone inférieure de manière à créer un effet thermodynamique de l'eau allant du haut vers le bas, et à éviter la formation de bouchons de cristaux de glace en période hivernale plus spécialement en période de dégel ou à améliorer l'évapo-transpiration en période estivale. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques de celle-ci seront mises en évidence à l'aide de la-description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés, illustrant, à titre d'exemple non limitatif, comment l'invention peut être réalisée et dans lesquels la figure 1 représente une vue en coupe du dispositif de drainage des sols selon l'invention la figure 2 représente en coupe un exemple de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention dans le cadre de l'exécution de terrassements pour la mise en place d'une chaussée -; la figure 3 est une vue en coupe transversale du dispositif de drainage de l'invention, selon la ligne I-I de la figure 1. Selon la figure 1, le dispositif de drainage est constitué d'un assemblage (1) de matériaux textiles de type souple, associés à une système de collecte des eaux (2). L'assemblage (1) est constiuté de manière connue d'une nappe drainante centrale géotextile (4) recouverte sur chacune de ses deux faces par une nappe filtrante géotextile (3). La dimension des nappes filtrantes (3) est supérieure à celle de la nappe drainante (4) et permet la formation d'une poche (5) dans laquelle est inséré un collecteur drainant (6) constituant le système collecteur (2) dans lequel circulent les eaux drainées (7). Les nappes filtrantes (3) et drainante (4) sont composées de fibres par exemple en polypropylène, celles de la nappe (4) étant d'une porométrie supérieure à celle des fibres des nappes filtrantes (3). Selon l'état de la technique, les trois couches précitées sont aiguilletées individuellement, or selon l'invention, les trois couches (3, 4, 3) ainsi formées sont intimement solidarisées entre elles par exemple par aiguilletage, de manière à constituer une structure composite dont les couches successives sont reliées entre elles par interpénétration réciproque des fibres de l'une des couches dans celles d'une autre couche adjacente au cours d'une opération unique d'aiguilletage. Bien entendu, on peut également imaginer d'aiguilleter préalablement les couches individuellement comme par le passé, pour leur donner une tenue propre, puis les assembler comme décrit ci-dessus. Selon une autre caractéristique de l'invention, les fibres (4a, 4b) composant la nappe drainante (4) sont de dimensions inégales tant en section qu'en longueur, de manière à obtenir une texture homogène apte à assurer une continuité des fibres entre elles et conséquemment avec le milieu naturel environnant (8), r les fibres de gros calibre (4a) constituant une charpente dans les interstices de plus petites dimensions (4b) pour obtenir un confinement en colmatant les vides de la charpenter constitutifs de barrières étanches qui sont susceptibles de provoquer des ruptures de la chaîne hydrique par défaut d'aspiration ou d'évapotranspiration. La nappe drainante (4) constitue ainsi une âme géotextile de la structure composite, dont la porosité est comprise- entre 100 et 300 microns. Préférentiellement, elle est de 250 microns. Les dimensions de ces fibres (4a, 4b) comprises entre 180 microns pour les plus grosses (4a) et 40 microns pour les plus petites (4b). Quant aux nappes filtrantes (3), celles-ci ont une porosité comprise entre 50 et 150 microns. Préférentiellement, les fibres (3a) de la nappe filtrante 3 sont de 80 microns. Selon -une autre caractéristique de l'invention, parmi les fibres (4a, 4b) formant la nappe drainante (4), est inséré un matériau conducteur thermique métallique (9) constituant une quatrième couche et apte à favoriser l'échange de chaleur entre une zone supérieure (la) du drain (1) situé à proximité de la surface du sol et une zone inférieure (lb) de manière à créer un effet thermodynamique de l'eau allant du haut vers le bas, et à éviter la formation de bouchons de cristaux de glace en période hivernale plus spécialement en période de dégel ou à améliorer l'évapo-transpiration en période estivale. L'échangeur de chaleur (9) ainsi disposé peut être réalisé en tout métal conducteur de chaleur, par exemple cuivre ou-aluminium, mais c'est cette dernière matière qui sera retenue dans un exemple de réalisation pratique, pour des raisons de coût. Selon un premier exemple, l'aluminium constituant l'échangeur de chaleur (9) se présente sous la forme de fibres d'aluminium aiguilletées simultanément aux couches filtrantes (3) et drainantes (4) pour constituer la structure composite. Néanmoins, il sera préféré pour une facilité de mise en oeuvre, de disposer d'une feuille d'aluminium qui pourra être par exemple d'une épaisseur de 8/100ème de mm Celle-ci constituant l'échangeur de chaleur (9) et insérée dans l'rame de la nappe drainante (4), est perforée par des trous (10) lors de l'opération d'aiguilletage des couches filtrantes (3) et drainante (4), simultanément à celles-ci, de manière à rendre ladite feuille (9) perméable à l'eau tout en assurant a liaison mécanique avec les fibres de la nappe drainante (4) au cours d'une opération unique par l'intermédiaire des parties de métal repoussées (9a), issues des perforations (10) résultant de l'aiguilletage. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur de chaleur (9) est relié à une source d'énergie thermique de manière à favoriser sa conduction. Cette source d'énergie est par exemple constituée par des capteurs solaires externes (non représentés) ou encore par de l'air chaud circulant dans le collecteur drainant 6, constituant le système de collecte des eaux 2, et insufflé dans le dit collecteur à partir d'un générateur externe. Selon la figure 2, une zone de terrassements (12) pour la construction d'une autoroute dont la plateforme (13) sera située à 7 m sous le niveau de référence (14) et protégée par deux tranchées drainantes (15, 16) parallèles à l'axe perpendiculaire à la plateforme (13). Dans chacune de ces tranchées (15, 16) est disposé un dispositif de drainage selon l'invention (17, 18). Les dispositifs de drainage selon l'invention ont une hauteur de 5 m et une largeur de 4 m et présentent à la base une poche suffisante pour recevoir un tuyau circulaire d'un diamètre de 150 mm. L'installation de tels dispositifs permet de prévenir une mauvaise tenue des parements des futurs talus (19, 20) et ainsi de pallier les inconvénients provoqués, par l'hétérogénéité des matériaux en place et de contrôler une circulation à l'origine anarchique des eaux d'infiltration. REVENDICATIONS 1) Dispositif de drainage des sols, du type constitué d'une nappe drainante centrale géotextile (4) formée de fibres, recouverte sur ses deux faces par une nappe filtrante (3) également géotextile formée de fibres mais dont la porométrie est supérieure à celle des nappes filtrantes (3), un tel ensemble étant associé à un système de collecte des eaux (2) placé en partie basse du dispositif, caractérisé en ce que les trois couches (3, 4, 3) ainsi formées sont intimement solidarisées entre elles par tout moyen adéquat, de manière à constituer une structure composite. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solidarisation des couches (3, 4, 3) se fait simultanément par aiguilletage de manière à constituer une structure composite dont les couches successives sont reliées entre elles par interpénétration réciproque des fibres, de l'une des couches dans celles d'une autre couche adjacente au cours d'une opération unique d'aiguilletage. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fibres (4a, 4b) composant la nappe drainante (4) sont de dimensions inégales tant en section qu'en longueur, de manière à obtenir une texture homogène apte à assurer une continuité des fibres entre elles et conséquemment avec le milieu naturel environnant (8), les fibres de gros calibre (4a) constituant une charpente dans les interstices de plus petites dimensions (4b) pour obtenir un confinement en colmatant les vides de la charpente, constitutifs de barrières étanches qui sont susceptibles de provoquer des ruptures de la chaîne hydrique par défaut d'aspiration ou d' évapo-transpiration. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la nappe drainante (4) constitue une âme géotextile de la structure composite, dont la porosité est comprise entre 100 et 300 microns. 5) Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les fibres composant la nappe drainante (4) sont de dimensions comprises entre 45 microns pour les plus petites (4b) et 145/150 microns pour les plus grosses (4a). 6) Dispositif selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les nappes filtrantes extérieures (3) de la structure composite ont une porosité comprise entre 50 et 150 microns. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en oe que parmi les fibres (4a, 4b) formant la nappe drainante (4), est inséré un matériau conducteur thermique métallique - (9) constituant une quatrième couche et apte à favoriser l'échange de chaleur entre une zone supérieure (la) du drain (1) situé à proximité de la surface du sol et une zone inférieure (lb) de manière à créer un effet thermodynamique de l'eau allant du haut vers le bas, et à éviter la formation de bouchons de cristaux de glace en période hivernale plus spécialement en période de dégel ou à améliorer l'évapo-transpiration en période estivale. 8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (9) inséré dans la nappe drainante (4) est en cuivre. 9) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (9) inséré dans la nappe drainante (4) est en aluminium. 10) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'aluminium constituant l'échangeur de chaleur (9) se présente sous la forme de fibres d'aluminium aiguilletées simultanément aux couches filtrantes (3) et drainantes (4) pour constituer la structure composite. 11) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (9) se présente sous la forme d'une feuille d'aluminium. 12) Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la feuille d'aluminium constituant l'échangeur de chaleur (9) et insérée dans l'âme de la nappe drainante (4), est perforée par des trous (10) lors de l'opération d'aiguilletage des couches filtrantes (3) et drainante (4), simultanément à celles-ci, de manière à rendre ladite feuille (9) perméable à l'eau tout en assurant sa liaison mécanique avec les fibres de la nappe drainante (4) au cours d'une opération unique par l'intermédiaire des parties de métal repoussées (9a), issues des perforations (10) résultant de l'aiguilletage. 13) Dispositif selon l'une des revendications 7 à 12 caractérisé en . ... . ce que l'échangeur de chaleur (9) est relié à une source d'énergie thermique de manière à favoriser sa conduction. 14) Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en oce que la source d'énergie est constituée par des capteurs solaires externes. 15) Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que la source d'énergie est constituée par de l'air chaud circulant dans le système de collecte des eaux (2) et insufflé à partir d'un générateur externe.