Brevet FR2999963A1 — publié le 20140627

PROCEDE ET INSTALLATION POUR LE DRAINAGE PASSIF DE LIXIVIATS DANS UN CASIER A DECHETS Le secteur technique de la présente invention est celui du traitement et du fonctionnement des centres de stockage de déchets. Les centres de stockage de déchets sont des entités industrielles régies par des textes réglementaires et techniques très précis. Ils sont généralement composés de plusieurs casiers aménagés pour recevoir les déchets en les confinant par rapport à leur environnement. La figure 1 montre schématiquement la disposition d'un tel casier de déchets de manière classique. Le casier (1) correspondant à une enveloppe placée dans une excavation (2) d'un terrain (2.1) est conçu de manière à isoler définitivement les déchets de l'extérieur. L'efficacité d'un casier de déchets dépend de nombreux paramètres dont le principal consiste à étanchéifier le fond et les flancs de l'excavation (2). La couverture qui recouvre l'ensemble des déchets peut ne pas être étanche et être semi-perméable en laissant ainsi une partie des eaux pluviales s'infiltrer dans la masse de déchets. L'étanchéité du fond et des flancs du casier est assurée par une couche d'argile (3.1) compactée ayant une très faible perméabilité (au moins 10-9 mètres/seconde) associée à un matériau géo synthétique telle qu'une géo membrane (3) par exemple en PEHD (Poly Ethylène Haute Densité), ou un géotextile combiné à de l'argile (de type « Bentomate » par exemple). Cette étanchéité empêche la propagation des lixiviats (4) dans le sous-sol (5) et dans les nappes souterraines. On rappelle qu'un lixiviat est la fraction liquide produite par les déchets lors de leur stockage sous l'action à la fois de l'eau de pluie et la fermentation naturelle et qu'elle contient des matière organiques et des éléments minéraux qui ne peuvent pas être rejetés directement dans le milieu naturel : les lixiviats doivent donc être collectés et traités. Au fond du casier (1) contenant la masse de déchets (6), le système d'étanchéité et d'imperméabilisation (3) est complété par une couche drainante (7) pour éviter l'accumulation définitive des lixiviats (4) et permettre l'écoulement de ces liquides vers des points bas (8). Ces points bas sont équipés de drains perforés (9) et/ou de pompes (10) installés dans des puits de refoulement 12. Le plus grand nombre de casiers est actuellement équipé d'un système d'évacuation des lixiviats fonctionnant à l'aide de puits munis de pompes de refoulement. Cette solution, certes efficace, s'avère couteuse à long terme et nécessite un suivi technique permanent des 1 équipements même lorsque le casier est fermé depuis longtemps, par exemple en France pendant une durée de 30 ans. Il existe aussi des casiers présentant une couverture imperméable (argile et géo membrane), mais celle-ci se dégrade et se fissure dans le temps à cause des variations climatiques. On connait par le document « US2010303550 » un procédé de drainage passif de lixiviats dans un site de stockage de déchets imperméabilisé à sa base directement sur le sol, mais coiffé d'une couverture perméable et sans digue périphérique de contention. Le drainage est réalisé par un tube alvéolé disposé dans un forage pratiqué latéralement et vers le haut à proximité de la base du site d'enfouissement mais à travers la couverture. Cette solution s'applique à des sites existants de très grandes surfaces (quelques dizaines d'hectares) sans aucune excavation du terrain naturel : elle n'est pas applicable sur les casiers en excavation où le fond des déchets se trouve à plusieurs mètres sous le terrain naturel, comme dans des excavations d'anciennes carrières par exemple. La présente invention pallie les inconvénients précédents en proposant un procédé et une installation de drainage des lixiviats en dehors des casiers, qui améliore de manière passive la circulation des eaux qui transitent dans les déchets, et qui soulage les digues périphériques contre la pression hydrostatique provoquée par les eaux dans les déchets, pouvant provoquer leur fissuration voire leur destruction en déversant les déchets en dehors du casier. L'invention a donc pour objet une installation pour le drainage de lixiviats dans un casier à déchets à couverture semi-perméable, en post-exploitation ou fermé définitivement, en excavation dans le sol, cette excavation comportant un moyen d'imperméabilisation à sa base, tel une géo membrane, le casier étant entouré d'une digue périphérique de contention reposant sur une base, installation caractérisée en ce que le casier présente au moins un drain subhorizontal situé sous la base de la digue périphérique, débouchant dans un forage pratiqué dans le sol formant conduit d'évacuation gravitaire des lixiviats vers l'extérieur du casier. Dans un mode préféré de réalisation, le conduit d'évacuation gravitaire des lixiviats débouche vers un fossé d'évacuation. Dans ce cas, un regard peut être placé entre le conduit d'évacuation gravitaire et le fossé. En variantes, le regard est placé en position haute, au niveau du sol à proximité du fossé d'évacuation, ou en position basse, enfoui dans le sol. 2 Dans un mode de réalisation le drain est constitué d'un premier tronçon de tube cylindrique poreux, prolongé à l'extérieur des déchets par un tube cylindrique à paroi pleine permettant l'écoulement des lixiviats vers l'extérieur, et comportant un tube concentrique extérieur au tube à paroi pleine, dont une extrémité présente un moyen d'étanchéité avec la partie latérale du moyen d'imperméabilisation. Ce moyen d'étanchéité peut être constitué par une couronne de matériau adhésif autour de la découpe du moyen d'imperméabilisation. L'invention a également pour objet un procédé pour le drainage de lixiviats dans un casier à déchets à couverture semi-perméable, en post-exploitation ou fermé définitivement, en excavation dans le sol, cette excavation comportant un moyen d'imperméabilisation à sa base, tel une géo membrane, le casier étant entouré d'une digue périphérique de contention reposant sur une base, procédé caractérisé en ce qu'au moins un drain subhorizontal situé sous la base de la digue est pratiqué dans le casier, débouchant dans un forage pratiqué dans le sol formant conduit d'évacuation gravitaire des lixiviats vers l'extérieur du casier. De préférence, le procédé selon l'invention comprend les étapes successives suivantes : - forage par un premier tube de grand diamètre, présentant un premier tronçon poreux, dans le sol, à travers le moyen d'imperméabilisation, et au moins partiellement dans la masse des déchets, pour le lavage de la paroi et l'injection sous pression d'un matériau d'étanchéité entre ce tube et le moyen d'imperméabilisation, - introduction d'un second tube à paroi pleine de diamètre inférieur à celui du premier tube, jusqu'au fond du forage, pour canaliser l'injection sous pression du matériau d'étanchéité, - séchage de l'étanchéité, - finalisation du forage dans la masse des déchets à l'aide du second tube à paroi pleine, - introduction d'un troisième tube avec une portion crépinée dans le forage de la masse de déchets. En variante, le procédé comprend les étapes successives suivantes : - forage par un tube de grand diamètre dont l'extrémité entrante est découpée suivant le profil du moyen d'imperméabilisation, - lavage du trou de forage et de la jonction avec le moyen d'imperméabilisation, - injection localisée d'une colle assurant l'étanchéité entre le tube et le moyen d'imperméabilisation, puis découpe de ce dernier, - finalisation du forage dans la masse des déchets, par introduction d'un drain perforé prolongé par un tube à paroi pleine vers l'extérieur. 3 D'autres caractéristiques et avantages apparaitront à la lecture de la description suivante de modes de réalisations à caractère exemplatif et non limitatif, en référence aux dessins sur lesquels : la figure 1 est une coupe schématique transversale d'un casier de déchets illustrant l'état de la technique connue, la figure 2 illustre une installation selon l'invention avec un regard haut, la figure 3 en est une variante avec un regard bas, la figure 4 schématise l'emplacement d'une foreuse dans la tranchée (fouille), la figure 5 est une coupe indiquant les trajectoires de forages orientés, la figure 6 montre une coupe technique avec cimentation de la géo membrane, la figure 7 schématise l'installation d'un drain dans les déchets, la figure 8 illustre la pose de l'étanchéité sur une membrane, et la figure 9 illustre la mise en place d'un drain et d'un tube plein. L'installation selon l'invention s'applique à tous les casiers accessibles par l'extérieur à travers ou sous l'une de leurs digues périphériques. Elle s'applique aux casiers déjà existants mais elle peut également être mise en place par anticipation pour les nouveaux casiers. La figure 2 montre un casier à déchets (1) présentant une couverture semi-perméable (3.2), en post-exploitation ou fermé définitivement, situé dans une excavation (2) ou cavité dans le sol (5), cette excavation comportant un moyen d'imperméabilisation à sa base, tel une géo membrane (3), le casier étant entouré d'une digue périphérique de contention (13) reposant sur une base (13.1). Le niveau statique (4.1) des lixiviats (4), dus aux eaux de pluie (4.2) traversant la couverture semi-perméable (3.2) et à la fermentation naturelle de la masse de déchets (6) peut atteindre le sommet de la digue. Si on n'évacue pas ces lixiviats, la charge hydraulique, schématisée en (4.3) au-dessus de la base de la digue engendre une pression hydrostatique qui peut à terme créer des désordres sur cette dernière en provoquant sa fissuration voire sa destruction et déverser les déchets en dehors du casier. Les lixiviats peuvent également sortir dans les différentes fissurations que peut contenir un talus avec géomembrane. Un drain subhorizontal (14) est foré sous la base (13.1) de la digue périphérique (13) du casier. Ce drain traverse le talus et pénètre dans la masse de déchets (6) globalement minéralisée. A travers une crépine (15) les lixiviats s'écoulent par gravité du casier pour rejoindre un regard (16) qui les évacue vers un fossé (17). 4 Sur cette figure 2, le drain est placé de manière à protéger la digue périphérique. En effet, il permet d'éliminer la pression hydrostatique juste en dessous de la base de la digue en baissant le niveau des lixiviats, protégeant ainsi la digue contre les fuites et les effondrements potentiels. Le drain latéral est assez proche de la surface du terrain naturel et le regard (16) au niveau du sol (2.1). L'évacuation des lixiviats se fait dans un fossé (17) ou toute autre canalisation (à ciel ouvert ou enterré). La figure 3 illustre une variante de réalisation avec un regard bas (16.1) placé en sous-sol, avec forage d'un drain quasi horizontal débouchant dans le fond du casier pour drainer la totalité des liquides de ce dernier. Cette configuration n'est réalisable que si la topographie du terrain le permet Dans le cas d'un forage droit comme montré à la figure 4, le drain est creusé à l'aide d'une foreuse (18) qu'on utilise dans le domaine des réseaux d'assainissement où sont régulièrement pratiqués des sondages horizontaux. Pour assurer un sondage horizontal ou subhorizontal, on creuse une tranchée ou fouille (18.1) au pied de la digue du casier. Cela permet à la foreuse d'accéder au niveau de foration souhaité. Dans cette tranchée, on installe le regard de récupération auquel est connecté le fossé ou canalisation d'évacuation. Sur la figure 5, le forage orienté (14.1) peut être utilisé de la même manière pour atteindre la géo membrane du talus ou du fond du casier si les conditions géométriques le permettent. Dans ce cas, on peut atteindre le fond du casier en longeant la couche d'imperméabilisation et d'étanchéité existant avec un léger angle d'inclinaison. L'étanchéité est plus facile à maitriser dans ce cas grâce au niveau d'argile compactée du fond qui s'auto-cicatrise rapidement en enveloppant le tube de drainage qui sera installé. Cette étanchéité est renforcée au niveau de la géo membrane en utilisant l'une des techniques développées ci-dessous. Le talus est souvent constitué de matériaux naturels non remaniés. Le talus est créé directement dans la roche qui peut être relativement meuble ou dure suivant les cas. L'étanchéité (imperméabilisation) du casier est assurée par la présence d'une géo membrane combinée ou non à un géotextile argileux, par exemple bentonitique. Ces équipements imperméables sont systématiquement accompagnés de géotextiles de protection contre les agressions du terrain et pour le drainage des liquides. La foration d'un drain latéral atteignant le fond du casier ne doit donc pas perturber l'étanchéité de ce dernier. En référence à la figure 6, on peut mettre en place une cimentation de part et d'autre de la géo membrane (3). 5 La foration est effectuée avec un tubage (20) de grand diamètre à l'avancement qui traverse la géo membrane et pénètre dans la masse de déchets sur quelques mètres. Ce tube est équipé d'un premier tronçon poreux (201) (grillagé et/ou perforé). En effet, ce premier tube poreux a deux fonctions. Il permet à un jet d'eau de laver la paroi dans le but d'élargir son diamètre de part et d'autre de la géo membrane. Il permet aussi l'injection d'une colle (ciment, résine ou tout autre produit similaire) qui fixe la géo membrane (3) avec le tube (20) afin d'assurer l'étanchéité de cette zone de transition et colmater ainsi le tunnel à l'intersection avec le talus du casier. Le premier tube poreux (201) peut être fabriqué par de la ferraille comme une grille métallique de pieux de béton armé par exemple. Il doit présenter une résistance mécanique pour supporter la pression du sol pendant la prise de la colle (ciment rapide ou tout autre produit similaire). Un second tube à paroi pleine (21) de diamètre inférieur est alors introduit jusqu'au fond avec un bouchon vissé (21.1). Ce tube est équipé de centreurs (21.2) qui le maintiennent au centre du premier tube (20) et assurent ainsi une cimentation homogène dans la partie annulaire de la jonction tube-membrane. La cimentation (24.2) est effectuée sous pression élevée afin d'assurer une pénétration de la colle vers la zone haute du tunnel. Si l'on ne souhaite pas cimenter la totalité du forage, il faut utiliser alors un obturateur gonflable annulaire (22) pour isoler la partie sur laquelle la cimentation est prévue. La colle est alors injectée par tube fin (23) qui traverse cet obturateur. Après séchage, la foration est reprise dans le second tube de petit diamètre (21), à paroi pleine pour traverser les déchets sur plusieurs mètres. La foration peut être faite par une tarière creuse ou tout autre outil adapté selon l'état mécanique des déchets contenu dans ce casier. En référence à la figure 7 un troisième tube (25) est ensuite introduit avec une portion crépinée (25.1) dans les déchets. Les crépines permettent aux lixiviats de couler dans le tube et d'atteindre la sortie du casier au niveau du regard qui est situé en dehors de la digue périphérique. Dans une variante d'installation montrée à la figure 6, l'étanchéité est réalisée avec un bouchon. 30 35 6 Cette technique figure 8 consiste à forer avec un tubage permanent (24) de grand diamètre. Le tube est découpé à son extrémité entrante en respectant l'angle du talus (3.5). Cette configuration nécessite de connaitre avec précision la géométrie du casier avant le début de la foration. Le trou ainsi foré est nettoyé à l'eau claire et vidé de tous les matériaux. Au fond du tube, la géo membrane doit être entièrement découverte des terres du talus. Si la géo membrane est isolée du talus par un géotextile de protection, ce dernier doit lui-aussi être nettoyé et exempt de tout matériau. Une visite par une caméra-vidéo peut permettre de vérifier l'état de propreté et l'état du géotextile de protection de la géo membrane. L'étanchéité (3.4) est assurée par un système d'injection localisée d'une colle spéciale pouvant fixer la géo membrane et le tube qui peut être en acier, en matériau plastique ou autre connu dans ce domaine. La figure 8 précise cet équipement d'injection. Le tube central (24) permet, avec son entonnoir (24.1) le passage de la foreuse qui reprend la foration dans la masse de déchets. La couronne (24.2) qui entoure l'entonnoir constitue le volume dans lequel l'étanchéité est assurée avec le tube par injection de colle imperméable (résine, mousse collante, etc.). La dernière étape avant la reprise de la foration consiste à découper la géo membrane (3.3) et ses protections dans l'entonnoir comme indiqué sur la figure 9. Cette découpe est réalisée de manière à ne pas provoquer de désordres dans la soudure d'étanchéité. Elle peut être effectuée de manière chimique, thermique ou tout autre procédé qui ne détruit pas la soudure. La foration reprend avec un diamètre adapté en pénétrant sur plusieurs mètres dans la masse de déchets. Un drain perforé (25) est enfin mis en place dans cette partie de déchets, et se prolonge vers l'extérieur par un tube à paroi pleine (26) de même diamètre. L'ensemble draine les lixiviats vers le regard externe de manière gravitaire. 7 REVENDICATIONS1) Installation pour le drainage de lixiviats (4) dans un casier à déchets (1) à couverture semi-perméable (3.2), en post-exploitation ou fermé définitivement, en excavation (2) dans le sol, cette excavation comportant un moyen d'imperméabilisation (3) à sa base, tel une géo membrane, le casier étant entouré d'une digue périphérique (13) de contention reposant sur une base (13.1), installation caractérisée en ce que le casier présente au moins un drain subhorizontal (14) situé sous la base (13.1) de la digue périphérique, débouchant dans un forage pratiqué dans le sol formant conduit d'évacuation gravitaire des lixiviats vers l'extérieur du casier. 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conduit d'évacuation gravitaire des lixiviats débouche vers un fossé d'évacuation (17). 3) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'un regard (16) est placé entre le conduit d'évacuation gravitaire et le fossé. 4) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le regard (16) est placé en position haute, au niveau du sol à proximité du fossé d'évacuation. 5) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le regard (16) est placé en position basse, enfoui dans le sol. 6) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le drain est constitué d'un premier tronçon de tube cylindrique poreux (25), prolongé à l'extérieur des déchets par un tube cylindrique à paroi pleine (26) permettant l'écoulement des lixiviats vers l'extérieur, et comporte un tube concentrique extérieur (24) au tube à paroi pleine, dont une extrémité présente un moyen d'étanchéité avec la partie latérale du moyen d'imperméabilisation (3). 7) Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le moyen d'étanchéité est constitué par une couronne de matériau adhésif (24.2) autour de la découpe du moyen d'imperméabilisation (3). 8) Procédé pour le drainage de lixiviats (4) dans un casier à déchets (1) à couverture semi- perméable (3.2), en post-exploitation ou fermé définitivement, en excavation (2) dans le sol, cette excavation comportant un moyen d'imperméabilisation (3) à sa base, tel une géo membrane, le casier étant entouré d'une digue périphérique de contention (13) reposant sur une base (13.1), procédé caractérisé en ce qu'au moins un drain subhorizontal (14) est placé 8dans le casier sous la base (13.1) de la digue périphérique, débouchant dans un forage pratiqué dans le sol formant conduit d'évacuation gravitaire des lixiviats vers l'extérieur du casier. 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : - forage par un premier tube de grand diamètre (20), présentant un premier tronçon poreux (20.1), dans le sol, à travers le moyen d'imperméabilisation (3), et au moins partiellement dans la masse des déchets (6), pour le lavage de la paroi et l'injection sous pression d'un matériau d'étanchéité entre le premier tube et le moyen d'imperméabilisation, - introduction d'un second tube à paroi pleine (21) de diamètre inférieur à celui du premier tube (20), jusqu'au fond du forage, pour canaliser l'injection sous pression du matériau d'étanchéité, - séchage de l'étanchéité, - finalisation du forage dans la masse des déchets (6) à l'aide du second tube à paroi pleine, - introduction d'un troisième tube avec une portion crépinée (25) dans le forage de la masse de déchets. 10) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : - forage par un tube de grand diamètre (24) dont l'extrémité entrante est découpée suivant le profil (3.5) du moyen d'imperméabilisation (3), - lavage du trou de forage et de la jonction avec le moyen d'imperméabilisation (3), - injection localisée d'une colle (24.2) assurant l'étanchéité entre le tube et le moyen d'imperméabilisation (3), puis découpe de ce dernier (3.3), - finalisation du forage dans la masse (6) des déchets par introduction d'un drain perforé (25) prolongé par un tube à paroi pleine (26) vers l'extérieur. 11) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le forage est rectiligne à partir d'une fouille (18) effectuée au pied de la digue de contention. 12) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le forage est orienté vers le fond du casier à déchets. 9