Le stockage des déchets non dangereux en phase d’exploitation se fait encore à ciel ouvert. En percolant la masse de déchets, les eaux pluviales se chargent de polluants pour produire des jus, nommés lixiviats, drainés au fond des casiers de stockage. La réglementation française impose depuis 1997 l’utilisation d’une barrière d’étanchéité au fond de l’installation pour limiter le transfert des lixiviats vers les sols. Une barrière de sécurité passive, couche de matériau argileux, est associée à une barrière de sécurité active comprenant une géomembrane surmontée d’une couche drainante. Le comportement hydraulique des étanchéités composites constituées par l’association de la géomembrane avec le matériau argileux était mal connu. En partenariat avec l’Ademe, le BRGM, l’Insa de Lyon, l’École Nationale Supérieure des Mines de Paris, le LNEC (Portugal) et Queen’s University au Canada, des recherches ont démarré au Cemagref dans les années 90 pour comprendre et quantifier les transferts de lixiviats liés à l’existence de défauts dans la géomembrane.

Installation de stockage de déchets et fuite de lixiviats

Les installations de stockage de déchets sont divisées en casiers hydrauliquement indépendants dans lesquels sont stockés les déchets. La géomembrane jointe à une couche d’argile épaisse d’environ un mètre joue le rôle de barrière d’étanchéité. Les géomembranes sont des produits à base de polymères, minces, souples, continus et d’une épaisseur supérieure au millimètre. Toutefois, les géomembranes parfaites n’existent pas. Des défauts peuvent apparaître. Sur les zéro à vingt défauts par hectare observés en moyenne, le quart se fait à la pose de la géomembrane et les trois quarts à l’installation des granulats constitutifs de la couche drainante.

Au Cemagref, des travaux pilotés par Nathalie Touze-Foltz ont permis la modélisation des fuites liées à l’existence de défauts dans les géomembranes. Les lois hydrauliques disponibles reliant le débit de fuite à la hauteur de lixiviat, à la taille du défaut et à la conductivité hydraulique du sol ont été appliquées dans une démarche de confrontation de la théorie à l’expérimentation.

De l’expérimentation à la modélisation

Les chercheurs ont découvert que le débit de fuite peut varier d’un facteur 1000 selon l’épaisseur de l’espace entre la géomembrane et l’argile, appelé interface. Pour quantifier ce type de transfert, ils ont reproduit en laboratoire les empreintes d’états de surface de sols relevées sur le terrain. Chaque expérience nécessitant la manipulation d’une tonne de matériel, ils se sont orientés vers la réalisation de simulations numériques d’écoulements. Les expériences numériques ont permis la modélisation de diverses configurations à l’interface et de positions de défauts dans la géomembrane.

Une nouvelle génération de géosynthétiques

Les matériaux argileux peuvent être renforcés par des composites récemment mis au point, les géosynthétiques bentonitiques. Ceux-ci se présentent sous la forme d’une couche de bentonite, argile très gonflante, associée à un ou plusieurs géosynthétiques. Ces matériaux, capables de réduire les fuites de lixiviat, s’avèrent prometteurs. Les recherches s’orientent actuellement vers la modélisation en trois dimensions des étanchéités composites et des phénomènes de transfert diffusif dans les géomembranes et les géosynthétiques bentonitiques. Des avancées certaines ont ainsi été produites sur la connaissance de l’étanchéité réelle des barrières, dont l’enjeu environnemental et socio-économique est très important.