Brevet FR2738268A1 — publié le 19970307

MUR DRAINANT IMPLANTE DANS UN SOL DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne la protection d'une zone ou d'une installation terrestre ou souterraine vis-à-vis de l'écoulement des eaux dans le sol entourant le site. Ce type de mur drainant peut à la fois protéger la zone ou l'installation en question contre l'entraînement de la pollution interne par suite de l'endommagement de cette zone ou installation par les écoulements d'eau, mais également protéger une zone ou installation et ses environs d'une pollution externe entraînée par des écoulements à travers le site pollué. Une application est prévue pour le stockage géologique de déchets toxiques en particulier de déchets nucléaires. Art antérieur et problèmes posés Dans le cadre de la protection d'installations terrestres ou de leurs fondations, telles que les fondations d'un bâtiment, il est connu de protéger le volume souterrain de ces installations pour éviter que les eaux de ruissellement et d'écoulement à travers la roche ne viennent les attaquer. Dans de nombreux cas, on utilise des enveloppes entourant le volume à protéger, c'est-à-dire qu'on utilise des enceintes ou des murs en béton autour des installations sur une profondeur déterminée. Or, il se trouve que la construction de certains murs devant des sites urbains n'évitent pas que des eaux souterraines y accèdent. En effet, si elles constituent des surfaces le long desquelles les ruissellements sont stoppés ou déviés, elles réalisent aussi des accumulations de pression qui se traduisent par une accélération des écoulements sur les bords du mur et des cheminements privilégiés de l'eau, lorsque ce mur étanche ne ceinture pas complètement le site. En d'autres termes, ces ruissellements d'eau ayant été confrontés aux murs se trouvent accumulés sur les bords de ces murs et constituent à ces endroits une menace plus importante. Il s'ensuit que, si le mur n'est pas suffisamment large ou ne constitue pas une cuve fermée, l'eau devient alors, en grande quantité une menace plus importante que si le mur n'avait pas été construit. D'autre part, dans le cadre du stockage géologique de certains matériaux, tels que les matériaux irradiés et les déchets produits par les usines nucléaires, les spécialistes ont été amené à tenir compte des phénomènes hydrauliques se produisant dans la roche où sont implantés ces déchets. Des concepts hydrauliques ont donc été étudiés pour une durée à long terme, c'est-à-dire efficaces lorsque les phénomènes géohydrauliques sont seuls responsables des écoulements. Des simulations numériques ont été effectuées et on sait maintenant utiliser des puits dits "drainants" à l'intérieur du sous-sol dans lequel la zone de stockage est implantée. A cet effet, la figure 1 représente en coupe une région avec son sous-sol dans laquelle un phénomène de faille a eu lieu. Ce phénomène est symbolisé par deux fissures, une fissure amont 1 et une fissure aval 2. La flèche 3 placée en sous-sol montre le sens de l'écoulement des eaux à cet endroit. Les traits verticaux 4 parallèles entre eux symbolisent des puits de stockage réunis à leur sommet par une galerie horizontale de manutention 5. Les puits verticaux 6 placés à l'extrémité de cette installation de stockage sont des puits drainants. Des flèches placés aux alentours de ces puits drainants 6 montrent que les écoulements environnants sont attirés par ces puits drainants 6 et sont canalisées par la galerie horizontale de manutention. Ainsi, les écoulements ont tendance à éviter les puits de stockage 4.Ceci a pour conséquence que l'eau transitant par cette zone de stockage ressort avec un taux de radioactivité partiellement réduit. Cependant, en référence à la figure 2, lorsque plusieurs rangées de galeries de manutention 7 et de puits de stockage 4 sont placées parallèlement les unes aux autres, les écoulements peuvent facilement passer entre ces galeries de manutention 7, une seule relativement infime partie étant captée par les puits drainants 6 placés en tête de galerie. On précise que ces séries de puits de stockage 4 doivent être relativement écartées les unes par rapport aux autres pour respecter les contraintes thermiques du fait de la chaleur dégagée par les déchets stockés ne peut s'évacuer que par diffusion. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients et, de manière générale, d'isoler un volume souterrain des écoulements ayant lieu dans le sous-sol à cet endroit, pour éviter d'altérer ce volume par les eaux d'écoulement ou pour éviter que ces eaux d'écoulement n'extraient des matières polluantes en le traversant. Résumé de l'invention A cet effet, le premier objet principal de l'invention est un dispositif de mur drainant implanté dans un sol pour protéger une zone ou une installation terrestre ou souterraine contre les écoulements hydrauliques dans le sous-sol, ce mur comprenant principalement - une pluralité de puits drainants définissant chacun une distance d'influence hydraulique déterminée, verticaux, alignés, et espacés les uns des autres d'une distance très supérieure à ladite distance d'influence hydraulique, - une galerie de stockage, horizontale, reliant tous les puits drainants entre eux, et - des moyens pour décharger hydrauliquement ledit mur. Ces moyens peuvent être un dispositif de pompage du mur relié à la galerie de drainage et d'équilibrage, ou des galeries de retour d'air ou bien au moins une galerie axiale drainante pour acheminer les écoulements collectés jusqu'à l'aval de la zone à protéger. De préférence, si la zone ou le volume souterrain a une hauteur déterminée, les puits drainants ont également une hauteur déterminée plus importante que la hauteur de la zone ou du volume. Un deuxième objet principal de l'invention est un procédé de protection d'une zone ou d'une installation terrestre ou souterraine contre les écoulements hydrauliques dans le sous-sol dans une direction déterminée, ce procédé consistant à placer un dispositif de mur drainant tel qu'il vient d'être résumé, sensiblement perpendiculaire à la direction déterminée d'écoulement, en amont de la zone ou du volume. On peut généralement prévoir un mur drainant aval relié au mur drainant amont par une galerie drainante axiale. Lorsque la zone ou l'installation est une installation de stockage de déchets nucléaires comportant un nombre déterminé de galeries d'accès, approximativement parallèles à la direction déterminée d'écoulement et donnant chacune accès à des puits destinés au stockage des déchets nucléaires, ces galeries d'accès se prolongent jusqu'au mur drainant à la hauteur de la galerie de drainage, le nombre de puits de drainage du mur drainant étant deux à cinq fois plus important que le nombre de galeries d'accès, alors l'eau drainée par le mur drainant amont peut s'écouler vers l'aval des déchets nucléaires sans les atteindre. Liste des figures L'invention et ses différentes techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, illustrée des figures représentant respectivement - figure 1, en coupe frontale, le sous-sol d'un terrain dans lequel est implantée une zone de stockage de déchets nucléaires équipée d'un système drainant selon l'art antérieur et devant être complétée selon l'invention - figure 2, un schéma en vue de dessus de l'installation de la figure 1 - figure 3, un schéma en vue de dessus d'une installation de la figure 1 équipée d'un dispositif de mur selon l'invention ; - figure 4, un schéma en vue cavalière d'une installation de stockage de déchets nucléaires a laquelle est appliqué le dispositif de mur selon l'invention ; ; - figure 5, une vue cavalière écorchée d'une installation souterraine équipée d'un dispositif de mur selon l'invention dans une première réalisation particulière ; - figure 6, un schéma relatif à l'utilisation de l'invention pour la protection d'un tunnel ; et - figure 7, un schéma en vue cavalière écorchée d'une installation souterraine équipée d'un dispositif de mur selon l'invention dans une deuxième réalisation. Description détaillée de l'invention et d'une de ses applications En référence à la figure 3, l'invention propose de rajouter des puits drainants 6A en plus des puits drainants 6 de la figure 2, entre ces puits 6 initialement prévus. En revenant au schéma de la figure 2, on sait et on a constaté par étude bidimensionnelle que les puits drainants 6 limitent le captage des filets d'écoulement d'eau au voisinage de leur pourtour. A ce sujet, on connaît une zone d'influence d'un puits de drainage isolé qui peut être comprise entre deux ou trois fois le diamètre autour de chaque puits drainant. Au-delà, on est amené à penser que le puits drainant n'a plus d'influence sur le sous-sol dans lequel il est implanté. Il vient donc à l'esprit du technicien de ce type de drainage qu'un nombre très important de puits de drainage serait nécessaire pour empêcher les écoulements à l'entrée d'une zone de stockage comprenant plusieurs séries de puits de stockage parallèles entre elles et espacées de plusieurs dizaines de mètres. Or, des calculs numériques en trois dimensions et des résultats expérimentaux à partir d'une maquette rhéoélectrique du système montrent que la largeur d'influence d'un puits drainant peut s'élèver jusqu'à environ vingt mètres dans la direction transversale, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction de l'écoulement, alors que ces puits drainants ont une largeur inférieure au mètre. On s'aperçoit donc que cette influence est beaucoup plus importante dans cette direction que lorsque les puits drainants se trouvent dans la direction de l'écoulement et isolés, puisque dans ce dernier cas, cette influence ne dépasse pas les trois mètres. Comme le montre la figure 3, il est donc proposé, dans ce cas d'application, de disposer de puits drainants 6A supplémentaires aux puits drainants 6 placés en tête des galeries d'accès 7 qui deviennent des galeries axiales drainantes 17 et font office de moyens pour décharger hydrauliquement le mur. La figure 1 proposait un puits drainant 6 relativement profond. Comme on peut le constater les flèches inférieures montrent que le drainage général dans la faille délimitée par les fissures 1 et 2 s'écoule dans la direction de la flèche 3. Par contre, aux environs de la base du puits drainant 6, l'écoulement a tendance à être attiré par ce dernier et la direction de l'écoulement peut s'inverser jusqu'en aval du puits drainant 6. cet effet est conservé dans le dispositif du mur drainant selon l'invention si les puits drainants sont plus profonds que la zone à protéger. Dans la figure 3, on note qu'une galerie de drainage et d'équilibrage 8, perpendiculaire aux galeries axiales drainantes 17 et parallèle à une galerie centrale d'accès 9 est prévue au niveau des puits drainants 6 et 6A. Cette galerie de drainage et d'équilibrage 8 favorise l'efficacité des puits drainants 6 et 6A et augmente donc leur distance d'influence pour tenir l'efficacité désirée, malgré l'espacement relativement important entre chaque puits drainant. Sur la figure 4, est représenté en détail une installation de stockage de déchets nucléaires souterraine. On y retrouve une galerie générale 9 donnant accès à des galeries axiales drainantes 17. Chacune de ces galeries axiales drainantes 17 permet d'accéder à une série de puits de stockage 4 dans chacun desquels sont glissés plusieurs colis de déchets nucléaires coulés dans une masse de verre. Le tout peut être couvert d'argile à l'intérieur des puits de stockage 4. Une ventilation est organisée dans la galerie d'accès central 9 et les galeries axiales drainantes 17 avec une galerie de retour d'air 18. La propriété drainante des galeries axiales peut être supprimée si des serrements (ou bouchons) y sont placés. La liaison hydraulique entre le mur drainant amont et l'aval peut alors être réalisée au moyen de la galerie de retour d'air 18 dont seule la section transversale est représentée sur la figure 4. On remarque que, considérant la direction de la flèche 10 symbolisant la direction de l'écoulement général de l'eau dans la roche, un mur drainant est placé en amont de la structure. Il peut s'avérer efficace de placer également un mur drainant en aval référencé par ses tubes drainants 6B. On note que la profondeur des puits drainants 6, 6A et 6B permet de capter également un gradient de circulation géohydraulique vertical. Le système ne fonctionne que s'il existe au moins une galerie drainante axiale dans l'axe de l'écoulement qui relie ce mur drainant à l'aval hydraulique de cette zone à protéger. Un mur aval peut être également construit il permettra de limiter la profondeur du mur amont et la longueur de la galerie drainante axiale creusée à l'aval de cette zone. En référence à la figure 5, le principe général de l'invention est donc de dresser un mur drainant comprenant des puits drainants 6 verticaux, espacés les uns des autres et reliés à une de leurs extrémités par une galerie de drainage et d'équilibrage 8. La hauteur des puits drainants est supérieure à la hauteur du volume ou de la zone 11 souterraine ou non à protéger des écoulements hydrauliques, quelle que soit la porosité du massif ou du sous-sol en question. La largeur du mur drainant peut également être supérieure à la largeur de ce volume 11.Quoi qu'il en soit, le fait que les puits drainants 6 soient reliés entre eux par une galerie de drainage et d'équilibrage horizontale 8 favorisent grandement leur efficacité par rapport à l'efficacité des puits drainants évoqués dans l'installation de la figure 1 et notamment de la figure 2, ces dernières proposant des puits drainants en regard simplement des éléments à protéger. On constate également que l'espacement de ces puits drainants 6 est relativement important, par rapport à la zone d'influence hydraulique qu'il possède indépendamment les uns des autres dans la direction parallèle à l'écoulement des eaux. On peut ainsi protéger non seulement une zone souterraine de stockage de déchets, mais également des fondations d'immeubles et de maisons installées dans des zones où le terrain est peu stable et où les ruissellements sont importants. On peut également protéger des constructions souterraines telles que des tunnels routiers ou ferroviaires, des caves ou des parkings souterrains. Des murs drainants peuvent être réalisés également sur les deux autres faces de la zone à protéger pour faire face à l'éventuelle évolution de la direction générale de l'écoulement. Un autre moyen pour permettre l'entraînement des eaux en provenance de l'amont du site et collectées par le mur drainant amont vers l'aval consiste à utiliser d'autres galeries plus éloignées des déchets nucléaires, telles que les galeries de retour d'air qui sont envisagées au-dessus des galeries d'accès ou axiales drainantes évoquées ci-dessus, pourvu qu'elles soient remblayées avec un matériau perméable. On envisage également d'utiliser un tel mur drainant, pour protéger les nappes de produits pétroliers des écoulements hydrauliques terrestres et souterrains, afin d'éviter que les produits pétroliers pompés à partir de ces nappes ne contiennent trop d'eau. On peut protéger aussi un site urbain de l'entraînement de la pollution accidentelle d'un sol sous une installation industrielle ou artisanale avec ce procédé. La figure 6 montre un exemple d'utilisation particulier du mur, selon l'invention, pour la protection d'un tunnel 20 contre un écoulement général des eaux à l'intérieur d'un massif, symbolisé par la flèche horizontale 21. Le mur est toujours constitué de puits drainants 6, à la différence que ces puits peuvent déboucher à la surface 24 du sol du massif traversé par le tunnel 20. La galerie 22 qui relie les puits drainants 6 est placée dans ce cas à leurs extrémités inférieures. Une galerie drainante axiale peut également être prévue au même niveau que la galerie drainante précédente 22. Dans ce cas, la galerie drainante axiale 23 passe en dessous du tunnel 20 pour déboucher en aval de celui-ci par rapport à l'écoulement général des eaux, symbolisé par la flèche 21. La figure 7 représente une autre réalisation des moyens pour décharger hydrauliquement le mur. En effet, les galeries axiale ou d'accès ont été supprimées. C'est une station de pompage 18 qui remplit cette fonction, par l'intermédiaire d'une conduite 19 connectée à la galerie de drainage et d'équilibrage 8 du mur. On peut envisager de nettoyer également un sol pollué par réalisation d'un tel mur drainant et sa mise en place à une position judicieuse. Un mur drainant disposé à l'aval et à une certaine distance du site pollué permettra un délai d'action beaucoup moins limité que dans le cas d'un réseau de puits dans la zone polluée, d'une part. Cette solution évite également de déterminer la localisation précise de cette zone, d'autre part. Enfin, elle ne nécessite pas un dimensionnement aussi important du matériel de pompage que dans le cas d'un réseau de puits dans la zone polluée. Ce procédé peut s'appliquer également à un stockage de déchets nucléaires sans puits verticaux. Les colis de déchets sont alors placés dans les galeries d'accès horizontales moyennant la précaution suivante : la galerie drainante axiale (ou les) doi(ven)t être isolée(s) hydrauliquement de ces galeries d'accès : des serrements (ou bouchons) peu perméables doivent être réalisés à l'entrée et à la sortie de ces galeries d'accès. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mur drainant implanté dans un sous-sol pour protéger une zone ou une installation terrestre ou souterraine (11, 20) contre les écoulements hydrauliques dans le sous-sol, le mur drainant comprenant - une pluralité de puits drainants (6,6A) forment un mur définissant chacun une distance d'influence hydraulique déterminée, verticaux, espacés les uns des autres d'une distance très supérieure à ladite distance hydraulique, - au moins une galerie de drainage et d'équilibrage horizontale (8) reliant les puits drainants (6,6A) entre eux ; et - des moyens pour décharger hydrauliquement ledit mur. 2. Dispositif de mur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour décharger hydrauliquement ledit mur sont constitués par un dispositif de pompage du mur relié à la galerie de drainage et d'équilibrage horizontale (8). 3. Dispositif de mur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour décharger hydrauliquement ledit mur sont constitués par des galeries de retour d'air (18) de la zone ou de l'installation. 4. Dispositif de mur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour décharger hydrauliquement ledit mur sont constitués par au moins une galerie axiale drainante (13, 17, 23) pour acheminer les écoulements collectés en aval de la zone ou de l'installation (11, 20). 5. Dispositif de mur drainant selon la revendication 1, la zone ou le volume (11, 20) à protéger ayant une hauteur déterminée, caractérisé en ce que les puits drainants (6,6A) ont une hauteur plus importante que celle-ci. 6. Procédé de protection d'une zone ou d'un volume souterrain (11, 20) contre les écoulements hydrauliques dans le sous-sol dans une direction déterminée, caractérisé en ce qu'il consiste à placer un dispositif de mur drainant d'après l'une des revendications 1 ou 2, le mur étant placé en amont de cette zone ou ce volume (11, 20) et sensiblement perpendiculairement à la direction d'écoulement. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à placer un mur drainant (12) en aval de la zone ou du volume (11) et relié au mur drainant placé en amont par une galerie axiale drainante (13). 8. procédé selon la revendication 6, la zone ou le volume (11, 20) étant une installation de stockage de déchets nucléaires comportant des galeries d'accès chacune de ces galeries d'accès possédant un nombre déterminé de puits de stockage (3), les galeries d'accès étant parallèles à la direction déterminée des écoulements, caractérisé en ce que ces galeries d'accès sont des galeries drainantes axiales (17) qui se prolongent jusqu'au mur drainant à la hauteur de la galerie de drainage et d'équilibrage (8) le nombre de puits drainants (6,6A) étant deux à cinq fois plus important que le nombre de galeries axiales drainantes (17)-