LES GÉOSYNTHÉTIQUES COMME DRAINAGE ET COUCHES DE DRAINAGE ET DE FILTRATION

Les principales fonctions des géotextiles et des produits connexes utilisés dans les systèmes de drainage sont la filtration, la séparation et le drainage.

Dans les systèmes de drainage, les géotextiles agissent comme un filtre. Dans les applications géotechniques, un filtre géotextile a deux fonctions principales : il permet à l’eau de pénétrer et il retient (maintient) le sol, et non les particules du sol. Le filtre doit permettre aux particules fines transportées par l’eau de pénétrer. Si les particules fines ne pouvaient pas traverser le filtre, celui-ci se boucherait.

Deux critères sont pris en compte lors de la conception des filtres : la perméabilité et la capacité de rétention. Ces deux critères sont opposés, mais non contradictoires. Le matériau géotextile doit avoir une taille de pore caractéristique suffisamment petite pour retenir le sol et suffisamment grande pour permettre à l’eau de s’écouler librement, ainsi qu’aux particules du sol les plus fines transportées par l’eau, de traverser le filtre.

DRAINAGE

Dans le domaine du drainage, les géotextiles sont utilisés comme drain entre le sol de couverture et le matériau évacuant l’eau. Certains géosynthétiques (par exemple les géocomposites de drainage) remplissent des fonctions de drainage. Les applications comprennent, entre autres:

• Le drainage horizontal (souvent appelé drainage longitudinal dans l’ingénierie des communications), où les géotextiles entourent un remblai granulaire facilement perméable qui remplit une tranchée creusée,
• Le drainage superficiel (en couches),
• Le drainage nervuré, dispositif composé d’un filtre géotextile et d’une âme (maille, film gaufré, etc.) pour diriger l’eau.

MATÉRIAUX GÉOTEXTILES UTILISÉS COMME FILTRES DANS LES SYSTÈMES DE DRAINAGE

L’un des premiers facteurs d’évaluation d’un matériau géotextile en tant que filtre est la structure du matériau, en particulier l’effet de celle-ci sur la taille et la distribution des pores dans le matériau.

À cet égard, les géotextiles peuvent être divisés en trois catégories :

• Les non-tissés minces (ang. thin non-woven),
• Les non-tissés épais (ang. thick non-woven),
• Les tissus (ang. woven).

Les non-tissés minces sont des matériaux d’une épaisseur inférieure à 1 mm. Ils sont généralement constitués de fils continus minces qui sont d’abord déposés pour former une bande libre. Ce réseau est ensuite soit écrasé à chaud par des rouleaux, ce qui provoque la soudure du fil aux points de contact, soit cousu à l’aide d’un ensemble d’aiguilles crochetées. L’aiguilletage provoque un enchevêtrement mécanique des fibres, ce qui leur confère une sorte de fusion. Du fait de la répartition aléatoire des points de contact, les ouvertures des pores ont une taille plus variée que celles du tissu.

Les non-tissés épais sont généralement des feutres, composés de fibres hachées. Ils sont d’abord disposés en vrac, puis aiguilletés. Le produit est souvent fini sur des rouleaux pour lui donner une surface relativement lisse. En raison de leur épaisseur, ces géotextiles peuvent être traités comme des filtres tridimensionnels. Comme pour les géotextiles minces, la dimension des pores peut varier dans une large gamme.

Les géotextiles tissés contiennent deux composants : le fil de chaîne qui s’étend longitudinalement et une trame qui traverse le tissu. Les matériaux tissés selon les techniques habituelles présentent une structure orthogonale, avec des ouvertures relativement régulières, réparties uniformément sur la surface du matériau. Les composants du tissu sont généralement des rubans plats, des fils de ruban ou des fils continus à section circulaire.

MÉCANISME DE FONCTIONNEMENT DU FILTRE GÉOTEXTILE

Les critères concernant les filtres géotextiles dépendent des conditions d’écoulement. Dans les utilisations de drainage typiques, il y a un écoulement laminaire unidirectionnel établi.

Lorsque l’eau s’écoule à travers le système sol-géotextile, les grains du sol les plus grossiers produisent des voûtes au-dessus des ouvertures du géotextile. Cela permet aux particules plus fines qui adhèrent au matériau de s’écouler à travers les pores du matériau géotextile et d’être emportées par l’eau qui s’écoule. S’il n’y a pas de suffosion du sol, c’est-à-dire de migration de particules de sol très fines à travers les pores du squelette du sol, le système se stabilise très rapidement et il n’y a pas de changement dans la structure du sol, loin du filtre. Au-dessus de la surface du matériau géotextile, un filtre inversé est formé.

Une réduction de la vitesse d’écoulement peut souvent être observée pendant la formation initiale du réseau de voûtes. Cela est dû au blocage des pores du matériau géotextile par les plus gros grains de sol. Le blocage ne signifie pas l’obstruction, mais seulement le recouvrement partiel des ouvertures.

Les tissus tissés et non tissés présentent une certaine diminution de la perméabilité latérale du système jusqu’à ce qu’un état stable soit formé. Les conditions d’équilibre ne seront atteintes que si les géotextiles sont conçus correctement, c’est-à-dire s’ils sont adaptés au système. Ils doivent être choisis de manière à ce que le flux hydraulique soit établi pour permettre la formation d’un réseau de voûtes et, si possible, d’une zone filtrante dans le sol.