Brevet FR2857726A1 — publié le 20050121

I La présente invention concerne un dispositif associé à un procédé de restauration et d'étanchement de canalisations d'eau enterrées, et en particulier pour les canalisations d'eau potable ou non potable. Un réseau d'eau enterré est réputé pouvoir remplir son rôle pour une durée moyenne estimée à trente années. Au cours de ces trente années, il est fréquent que des fuites interviennent sur le réseau; les causes de dégradation sont multiples, et le plus souvent dues à une corrosion, mais également à 10 de faibles déformations géologiques. La corrosion peut être due à la qualité du matériau utilisé (faible dosage en ciment au début du vingtième siècle, ou de qualité médiocre après-guerre), au vieillissement des matériaux (carbonatation, pierres gélives), ou encore à la qualité de la 15 réalisation. Les déformations géologiques proviennent d'un ouvrage mal confiné, de l'instabilité du terrain (présence de cours d'eau ou de nappe phréatique), ou encore d'un cycle thermique gel/dégel. La conséquence pour une eau dite usée, peut être une source de pollution environnementale. S'agissant d'une eau potable, le coût en est bien évidemment la conséquence majeure, mais le réseau peut également être contaminé par des agents biologiques et/ou chimiques, externes 25 au réseau, lors de baisses de pression, notamment dans les pays en développement qui n'ont pas de réseau d'eaux usées. Afin de réduire au mieux, voir de supprimer les déperditions d'eau dans le sol, issues de la dégradation des canalisations enterrées, deux solutions sont employées. 30 La première, et la plus radicale, consiste à remplacer les canalisations anciennes par des canalisations neuves. Le coût de ce type d'opération est tel, qu'il ne peut être envisagé que dans le cas ou les déperditions d'eau sont très importantes. La deuxième solution consiste à la restauration des 35 canalisations enterrées existantes, par un revêtement interne structurant (doublure de la canalisation), ou non structurant (projection de mortier de béton ou de résine à l'intérieur de la canalisation). La présente invention se distingue des différentes 5 techniques utilisées pour la restauration des canalisations d'eau enterrées, par la restructuration simultanée interne et externe de la canalisation défectueuse, sans ouverture de tranchée. On connait différents procédés de doublage des canalisations enterrées, tel l'enduction in-situ d'un feutre avec une 10 résine, par les demandes de brevets enregistrées sous les N US 4,456,401 et WO 98/54509, ou l'enduction d'un support quelconque fibreux, par les demandes de brevets enregistrées sous les N US 4,640,313 et US 4, 724,178, ou encore US 4,600,615. On connaît aussi le doublage des canalisations 15 enterrées par une gaine souple sous les N EP 0 228 998, EP 0 349678, US 6161588, DE 3520696, EP 0624749, ou US 5993581. On connaît également le doublage des canalisations enterrées par une gaine rigide, par les demandes de brevets enregistrées sous les N WO 9209843, WO 9012241, ou EP 0 065 20 886. On connaît enfmin le procédé de projection ou de coulée gravitaire de mortier de béton ou de résine à l'intérieur de la canalisation enterrée, par les demandes de brevets enregistrées sous les N CN 1393634 et WO 03038330. En opposition totale avec cet état de la technique, la présente invention ne fait pas appel au doublage des canalisations enterrées par l'enduction d'un feutre ou d'un support quelconque fibreux par de la résine, époxy ou autre, ni par une gaine souple ou rigide, ni par la projection ou la coulée de mortier ou résine, ce 30 dernier procédé entraînant systématiquement la formation d'agglomérats en fond de canalisations. Dans le présent procédé, la restauration interne et externe de la canalisation est réalisée par l'injection sous pression dans les fissures d'un mélange de préférence thixotrope, solidifiable 35 en présence d'air ou non, et en présence ou absence d'un milieu aqueux, qui se répand tout d'abord à la périphérie externe de la canalisation à restaurer, en occupant tout le volume disponible dans l'environnement immédiat des fissures de la dite canalisation, sous la pression adéquate au type de terrain rencontré, puis se répand 5 ensuite par fluage à la périphérie interne et concentriquement à la canalisation. La pression d'injection dans un terrain sablonneux est inférieure à celle appliquée à un terrain alluvionnaire, cette pression étant encore inférieure à celle appliquée à un terrain argileux, mais 10 au moins égale à la pression de service appliquée par le fluide de circulation à la canalisation à restaurer, en utilisation normale. L'injection est réalisée à partir d'un ballon ou réservoir tubulaire hydrostatique introduit dans la canalisation, alimenté par un tuyau, ou boyau, de petit diamètre, par rapport au diamètre du 15 ballon hydrostatique précité, mais en adéquation avec la viscosité du mélange de préférence thixotrope de restauration. Le coulis d'injection est introduit dans le ballon hydrostatique, par l'intermédiaire du tube de petit diamètre, à l'aide d'une pompe conçue pour les produits visqueux et chargés, et située 20 à l'extérieur de la canalisation pour les travaux de restauration. Le ballon est étanche, en position statique, à ses deux extrémités en contact avec la paroi de la canalisation enterrée à restaurer, par une lèvre en matériau souple, qui épouse la forme, à titre d'exemple, cylindrique de la canalisation, sous l'effet de la 25 pression hydraulique appliquée au mélange de restauration et d'étanchéité. Le déplacement du ballon hydrostatique est assuré par un moyen de traction sur la partie avant de celui-ci, en aval du sens de déplacement, ou par poussée, en amont du ballon, par vérin 30 hydraulique ou mécanisé, ou tout autre moyen de poussée, positionné dans la canalisation pour l'opération de son déplacement, ou par combinaison des deux moyens de déplacement associés; par convention, et en référence au sens de déplacement du dispositif de restauration et d'étanchement dans la canalisation enterrée, les 35 objets ou actions se situent en amont ou en aval par rapport au réservoir hydrostatique. La restauration interne de la canalisation, est effectuée par le même mélange de préférence thixotrope, par fluage lors du déplacement du ballon hydrostatique, à la périphérie du joint d'étanchéité situé en amont du sens de déplacement du ballon, 5 calibré en épaisseur et lissé sur la surface de la canalisation concernée par un gabarit solidaire du ballon hydrostatique, adéquat au diamètre intérieur de la canalisation à restaurer. Le mélange en excès au fluage, du revêtement interne de la canalisation, est éliminé, et recyclé, par aspiration dans le 10 réservoir constitué, en amont du ballon hydrostatique sous pression, par le joint de fluage et le gabarit de calibrage de l'épaisseur et de lissage de la restauration intérieure de la canalisation, à l'aide d'une pompe à dépression située à l'extérieur de la canalisation à restaurer. Le temps de prise, ou début de durcissement, est optimisé par la thixotropie pour éviter un fluage par les fissures déjà comblées, vers l'intérieur de la canalisation, en amont du gabarit de calibrage du ballon hydrostatique après son déplacement. La thixotropie est obtenue par l'ajout, dans le mélange 20 de restauration, de bentonite. La littérature précise que la bentonite est un nom générique qui désigne les argiles contenant une fraction prédominante de smectite, également appelée montmorillonite. Il s'agit d'un minerai argileux, dont les feuillets constitutifs ont la 25 capacité de s'écarter les uns des autres en présence d'eau, caractérisé par un pouvoir gonflant qui est mis à profit dans des applications en génie civil, et notamment pour des travaux d'étanchéité. En présence d'humidité et en milieu confiné, les 30 particules de bentonite gonflent et tendent à occuper complètement l'espace qui leur est offert. La structure feuilletée de la bentonite est réputée composée de feuillets élémentaires comportant chacun 2 couches tétraédriques (SiO), enserrant une couche octaédrique (A10,,). L'épaisseur du feuillet est de 10 Angstrôms, et la distance inter foliaire est variable en fonction de l'état d'hydratation et de la présence d'électrolyte. Elle est utilisée en poudre fine, avec une granulométrie qui s'étale de 0 à 100 microns, les particules les plus fines se situant entre 0,1 et 2 microns. Le gonflement de la bentonite au sein du mélange de restauration des canalisations enterrées, assure l'absence d'eau surnageante (pouvoir anti essorant), ainsi que l'absence de sédimentation des grains de la charge, lorsque cette dernière est nécessaire selon le type de terrain rencontré ; c'est l'élément 10 stabilisant de la suspension avant durcissement. Ainsi, les différentes phases de la suspension stabilisée restent intimement mélangées de la fabrication à la prise hydraulique. En outre, elle engendre une plasticité après 15 durcissement, de la restauration des canalisations, pérennisant l'étanchéité par un éminent contact avec l'ancienne structure, et absorbe les faibles déformations géologiques. Le durcissement du mélange bentonitique, ou coulis de par la taille des particules constitutives inférieures à 100 microns, 20 avant la mise en service de la canalisation, est de vingt quatre heures à une température de 20 C. La composition type d'un mélange bentonitique thixotrope, pour un volume de 1000 litres, pour la restauration, comprenant l'étanchéité, d'une canalisation d'eau enterrée, potable 25 ou non potable, est la suivante sans être limitative, la fourchette pour chacun des composants étant modifiable selon, par exemple, le type de terrain rencontré: -eau: 750 à 850 litres -bentonite:10 à 45 kg (sodique ou calcique) -liant hydraulique: 300 à 500kg -charge: avec ou sans, selon le type de terrain rencontré. La composition précitée du mélange ne prend pas en compte les critères afférents aux différents types de terrains ou des 35 matériaux constitutifs des canalisations à restaurer; la concentration des constituants est modifiée, entre autres, en fonction des deux principaux critères précités. L'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemple, une forme 5 d'exécution du dispositif associé au procédé de restauration et d'étanchement de canalisations d'eau enterrées. Figure 1 est un schéma de principe du dispositif d'injection sous pression d'un mélange de préférence thixotrope, destiné à la restauration et l'étanchement de canalisations d'eau 10 enterrées, en coupe transversale, sur une canalisation positionnée horizontalement, de forme circulaire pour l'exemple, conforme à la présente invention. Figure 2 est un schéma de principe du dispositif d'injection sous pression, représentant une canalisation fissurée et 15 le passage du mélange de restauration vers l'environnement extérieur immédiat de la canalisation. Figure 3 est un schéma de principe, identique aux 2 précédents, représentant en outre l'injection du mélange de restauration au travers des éléments constitutifs d'un terrain 20 quelconque, avant le gonflement engendré par la bentonite. Figure 4 est un schéma de principe, identique à la figure 3, représentant l'occupation totale du volume libre des interstices situés entre les éléments constitutifs d'un terrain quelconque, après le gonflement de la bentonite. Le dispositif comprend un ballon ou réservoir tubulaire hydrostatique 1, ouvert sur sa circonférence 2, fermé aux extrémités par deux flasques 3 comportant à leur périphérie un joint souple 4 assurant l'étanchéité nécessaire au mélange de restauration et d'étanchement 5 bentonitique en milieu aqueux, lors de son 30 injection sous pression. Les deux flasques 3 sont rendues solidaires entre elles par des fixations transversales 6. Le ballon ou réservoir hydrostatique 1 est alimenté en mélange thixotrope de restauration et d'étanchement 6, par une 35 tuyauterie ou boyau 7 sous pression, à partir d'une pompe d'injection elle même alimentée à partir d'un réservoir de stockage extérieur à la canalisation, et situé sur le chantier de travail; ce réservoir de stockage est réputé être mobile pour suivre l'évolution du chantier sur sa distance, tout comme l'ensemble du matériel d'assistance au dispositif mobile souterrain, comme par exemple la pompe d'alimentation sous pression. Le ballon hydrostatique 1 est solidaire de deux gabarits rigides, l'un en amont 8, l'autre en aval 9, reliés au ballon hydrostatique par des fixations 10, les objets ou actions se situant par convention en amont ou en aval par rapport au réservoir 10 hydrostatique 1, en référence au sens de déplacement 22 du dispositif dans la canalisation à restaurer 20. Les deux gabarits 8 et 9, présentent chacun un volume au moins égal à celui du ballon hydrostatique 1, offrant ainsi une surface portante suffisante afin de ne pas déformer la couche de 15 restauration intérieure concentrique à la canalisation, lorsque le dispositif n'est plus sous pression pour le retirer de la canalisation, les joints d'étanchéité 4 n'exerçant plus alors de pression sur la paroi interne. Le déplacement du ballon hydrostatique 1, lors du 20 travail de restauration et d'étanchement, est assuré par traction 11 sur la partie avant de celui-ci, en aval du sens de déplacement 22, par un treuil situé en extérieur sur le chantier, ou par poussée, en amont du dispositif, par vérin hydraulique ou mécanisé 12, positionné dans la canalisation pour l'opération de son déplacement, 25 ou par combinaison des deux moyens de déplacement associés. La restauration interne de la canalisation est réalisée par le fluage du mélange thixotrope bentonitique 5 sous pression, à la périphérie 13 du joint situé en amont du réservoir tubulaire -ou ballon- hydrostatique 1, lors du déplacement de ce dernier, 30 l'épaisseur de la restauration interne 14 étant directement liée à la dureté shore de la lèvre du joint souple 4, et au diamètre du gabarit 8. L'excédent de mélange bentonitique 5 au fluage, est recueilli dans le compartiment ou réservoir 15 constitué en amont 35 du ballon hydrostatique 1 sous pression, entre ce dernier et le gabarit 8 de calibrage de l'épaisseur et de lissage de la restauration interne (14), et éliminé, et recyclé, par aspiration par un boyau 16 relié à une pompe à dépression, mobile, située sur le chantier à l'extérieur de la canalisation. L'injection du mélange bentonitique 5 à l'extérieur de 5 la canalisation enterrée par les fissures 17, occupe tout le volume disponible 18 dans l'environnement immédiat des fissures 17 de la dite canalisation, au travers des éléments constitutifs d'un terrain quelconque 21, sous la pression adéquate au type de terrain rencontré, mais au moins égale à la pression appliquée au fluide 10 circulant dans la canalisation en service. Les particules microniques de bentonite contenues dans le mélange de restauration 5, gonflent en présence d'humidité et en milieu confiné comme cela est le cas dans l'environnement extérieur de la canalisation enterrée à restaurer, et tendent à occuper 15 complètement l'espace 19 qui leur est offert, assurant, après un durcissement de vingt quatre heures à 20 C, une solide restauration et une parfaite étanchéité de la canalisation restaurée. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution décrite ci-dessus, à titre d'exemple; elle en 20 embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation et d'applications respectant les mêmes principes. Ainsi l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en appliquant le dispositif associé au procédé de restauration et d'étanchement à des canalisations enterrées de formes autres que circulaire telle que 25 décrite à titre d'exemple et illustrée au dessin, ou encore à d'autres fluides que l'eau potable ou non potable, comme aux eaux usées, hydrocarbures, et autres fluides véhiculés en canalisations enterrées, avec ou sans ajout d'additif propre à assurer une parfaite compatibilité de restauration et d'étanchéité avec le fluide 30 transporté sous pression. Enfin, l'on ne s'éloignerait pas non plus du cadre de l'invention en appliquant le dispositif associé au procédé de restauration et d'étanchement à des canalisations enterrées de gaz liquides, en utilisant soit le mélange bentonitique tel que décrit dans 35 la présente invention, à titre d'exemple, soit en utilisant un mélange organo-minéral, ou strictement organique, polymérisable, assurant une parfaite compatibilité avec ce type de fluide, et une étanchéité en adéquation avec le risque potentiel lié au transport des gaz en canalisations enterrées. REVENDICATIONS 1 - Dispositif associé à un procédé de restauration et d'étanchement de canalisations enterrées, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement un ballon ou réservoir tubulaire hydrostatique (1), ouvert sur sa circonférence (2), fermé aux 5 extrémités par deux flasques (3) rendues solidaires entre elles par des fixations transversales (6), comportant à leur périphérie un joint souple (4) assurant l'étanchéité sous pression hydraulique avec la canalisation à restaurer (20), le réservoir hydrostatique (1) recevant un mélange de restauration et d'étanchéité (5) sous pression par la 10 tubulure ou boyau (7), lequel réservoir est relié à deux gabarits rigides de calibrage de l'épaisseur et du lissage de la restauration interne en amont (8) et en aval (9) par des fixations (10), l'ensemble du dispositif se déplaçant dans la canalisation enterrée (20) par traction (11) sur la partie avant de celui-ci, ou en aval, dans le sens 15 du déplacement (22), ou par poussée en amont du dispositif, dans le sens de son déplacement (22), par vérin hydraulique ou mécanisé (12), le dispositif possédant un compartiment ou réservoir secondaire (15), constitué par la flasque (3) située en amont du sens de déplacement (22) du réservoir hydrostatique (1) et le gabarit (8), 20 destiné à recevoir l'excédent de fluage du mélange de restauration et d'étanchéité (5), extrait du réservoir secondaire (15) par aspiration par une tuyauterie ou boyau (16). 2 - Dispositif associé à un procédé de restauration et d'étanchement de canalisations enterrées selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que le mélange de restauration et d'étanchement (5) est constitué d'un élément principal, génériquement appelé bentonite, qui désigne les argiles contenant une fraction prédominante de smectite, également appelée montmorillonite, caractérisé par un pouvoir gonflant et permanent en présence d'eau. 30 3 - Dispositif associé à un procédé de restauration et d'étanchement de canalisations enterrées selon la revendication (2), caractérisé en ce que le mélange de restauration et d'étanchement (5) est constitué d'eau, de bentonite sodique ou calcique, d'un liant hydraulique, avec ou sans charge minérale, avec ou sans additif, ou constitué d'un mélange organo-minéral, ou strictement organique polymérisable. 4 - Dispositif associé à un procédé de restauration et d'étanchement de canalisations enterrées selon les revendications 2 5 et 3, caractérisé en ce que le liant hydraulique contenu dans le mélange de restauration et d'étanchement (5), lorsqu'il est bentonitique, est du ciment. - Dispositif associé à un procédé de restauration et d'étanchement de canalisations enterrées selon les revendications 2 10 à 4, caractérisé en ce que le mélange de restauration et d'étanchement (5) est thixotrope. 6 - Dispositif associé à un procédé de restauration et d'étanchement de canalisations enterrées selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la restauration et l'étanchement sont 15 réalisés simultanément en interne (14) et en externe (19) de la canalisation défectueuse (20), sans mise à nue de cette dernière par ouverture de tranchée. 7 - Dispositif associé à un procédé de restauration et d'étanchement de canalisations enterrées selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce qu'il est applicable à toutes les formes de canalisations enterrées, en adaptant les dites formes à celles du réservoir hydrostatique (1), et des gabarits de mise en forme et de lissage (8) et (9) de la restauration interne (14) de la canalisation. 8 - Dispositif associé à un procédé de restauration et 25 d'étanchement de canalisations enterrées selon les revendications 1 et 7, caractérisé en ce qu'il est applicable aux canalisations non strictement linéaires, présentant des coudes sur la distance, par l'adaptation de la structure du ballon ou réservoir tubulaire hydrostatique (1), des gabarits de calibrage et de lissage (8) et (9) de 30 la restauration interne (14) de la canalisation, et par l'articulation des fixations (6) et (10) des trois éléments volumiques constituant le dispositif introduit dans la canalisation à restaurer (20). 9 - Dispositif associé à un procédé de restauration et d'étanchement de canalisations enterrées selon les revendications 1 35 à 5, caractérisé en ce que le mélange de restauration (5) est injecté sous pression, par l'intermédiaire de la tubulure ou boyau (7), par une pompe extérieure à la canalisation, au travers des éléments constitutifs d'un terrain quelconque (21), par l'intermédiaire des fissures (17) de la canalisation à restaurer (20). - Dispositif associé à un procédé de restauration et 5 d'étanchement de canalisations enterrées selon les revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le mélange de restauration (5) est injecté par une pompe extérieure à la canalisation à restaurer (20), elle même alimentée en mélange de restauration (5) à partir d'un réservoir de stockage extérieur mobile sur la distance de 10 restauration de la canalisation enterrée (20), ou par tout autre système d'injection forcée. 11 - Dispositif associé à un procédé de restauration et d'étanchement de canalisations enterrées selon les revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le mélange de restauration (5) en excès au 15 fluage de la restauration interne (14), est extrait du réservoir secondaire (15) par une pompe d'aspiration extérieure mobile sur la distance de restauration de la canalisation enterrée (20). 12 - Dispositif associé à un procédé de restauration et d'étanchement de canalisations enterrées selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que le déplacement du dispositif de restauration à l'intérieur de la canalisation (20), est opéré soit par traction (11), soit par poussée (12) , soit avec la combinaison des deux moyens de déplacement précités (Il) et (12), ces deux moyens de déplacement (11) et (12) étant commandés de l'extérieur de la canalisation à 25 restaurer (20). 13 - Dispositif associé à un procédé de restauration et d'étanchement de canalisations enterrées selon la revendication 1 à 12, caractérisé en ce qu'il applicable aux canalisations (20) véhiculant en service les eaux potables, non potables, usées, le 30 pétrole et ses dérivées, ainsi que les gaz sous leurs formes liquide ou gazeuse.