4.6 Procédés ou produits d'étanchéité nouveaux
Constantement des matériaux nouveaux émergent pour la réalisation de l'étanchéité et le drainage des ouvrages souterrains.
Actuellement non seulement il existe une recherche marquée de nouveaux produits, mais il existe aussi une recherche des équipements et techniques innovatrices pour la réalisation et l'amélioration des processus existants d'étanchéité des ouvrages souterrains.    
L'émergence et le développement très rapide de nouveaux matériaux et procédés d'étanchéité conduit à la administration française à réaliser le plus rapidement possible, les textes ou les règles de l'art destinés à faciliter leurs spécifications et utilisations.    
4.6.1 Géotextiles
Les principaux types de produit sont décrits ci-après.
4.6.1.1 Géodrains
Les géodrains sont fabriqués pour répondre au problème d’évacuation des eaux d’infiltration et pour la filtration les particules fines. Ils permettent une diminution importante de la teneur en eau dans le sol et réduisent de ce fait les tassements.
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Structure d'un géodrain
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Machines (sorte de machine à coudre) pour la mise en place des drains verticaux.
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Drains en place
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Principe du drainage vertical
La consolidation de sols à l’aide de drains verticaux est appliquée aux sols compressibles et saturés d’eau, du type argileux ou limoneux. Ces sols sont caractérisés par un squelette mou et une grande porosité.
Lors du chargement d’un remblai routier ou d’une digue par exemple des tassements de consolidation importants sont envisageables.
Lors de la mise en œuvre de remblai sur sol à fortes teneurs en eau, des tassements importants sont prévisibles. L'importance de ces tassements, ainsi que la durée consolidation, dépendent des caractéristiques géotechniques des sols en place. La contrainte amenée par le remblai entraîne une mise en pression de l'eau interstitielle.La durée du tassement dépend essentiellement de la durée d'évacuation de cette eau. Dans le cas de sols à faibles perméabilités (type argile ou limon), on peut accélérer les durées de consolidation par la mise en place d'un drainage vertical.
Accélération de la consolidation par drainage vertical
Pour accélérer le temps de consolidation d'un sol, il faut diminuer le temps d'évacuation de l'eau interstitielle,
et donc raccourcir le chemin parcouru par cette eau. Cela est réalisé par l’installation de drains verticaux synthétiques régulièrement foncés dans le sol selon un maillage prédéterminé. Sous la pression du chargement, l’eau s’écoule vers les drains les plus proches et remonte à la surface.
A l’aide des drains verticaux la durée de consolidation peut passer de plusieurs années à quelques mois.Un procédé de mise sous vide permet d'accélérer l'évacuation de l'eau verticalement, en substitution des contraintes de chargement amenées par un remblai.
Domaines d'applications de l'accélération de consolidation de sols:
    * Construction d’autoroutes, chemins de fer, aéroports et digues
    * Réhabilitation de zones inondées
      Construction des ports
    * Développement des sites urbains et industriels
    * Préchargement des sites de réservoirs et de stockage de déchets
Le drain est en général composé d'une âme drainante à forte transmissivité entourée d'un géotextile filtrant très perméable en polypropylène.
4.6.1.2 Géotextiles non tissés
Les géotextiles non-tissés se présentent sous forme de feuilles manufacturées, constituées de voiles ou de nappes de fibres orientées selon une direction ou placées au hasard et liées par des mécanismes de friction, de cohésion et d’adhésion.
Exemples de géotextile non tissé
Typar est constitué de fibres 100% poly-propylène, qui sont attachées thermiquement à une membrane perméable a l'eau. Ce matériel possède des propriétés uniques grâce à sa composition spéciale. C'est pourquoi nous vous invitons à comparer les avantages de Typar avec d’autres types de géotextile. Même s'il y a une charge légère, Typar apporte un grand support et garde cette fonction de support quand la charge augmente. En plus d'une grande résistance à la rupture, Typar possède une grande élasticité. C'est grâce à ces propriétés que Typar a une construction solide. Typar a une très longue durée de vie par rapport à toutes les matières naturelles qui se trouvent dans le sol et l'eau. La durée de vie de Typar n’est pas affectée par la pourriture, l’humidité, la moisissure, la vermine et les acides qui se trouvent dans le sol.
4.6.1.3 Géotextiles tissés
Les géotextiles tissés sont produits par entrelacement, en général à angle droit, de deux ou plusieurs faisceaux de fils, fibres, filaments, bandelettes ou autres composants.
La fibre aramide
Le mot aramide a pour origine la contraction d’Aromatique polyamide et son nom chimique est le para- phenyleneterephtalamide ou PPD-T. Ces fibres aramides proviennent de filaments jaunes continus d'une dizaine de microns de diamètre assemblés en fils.
La fabrication du PPD-T provient de la réaction de polymérisation du paraphényléne diamine avec le chlorure de terephtalyle dans un solvant organique. On dissout ensuite le polymère obtenu dans de l’acide sulfurique. Le polymère, alors orienté dans une forme de cristaux liquide, est ensuite extrudé dans une filière et filé, les filaments étant refroidis par jets d’air. Suivent enfin les étapes de lavage, de séchage et de bobinage. Le diamètre des filaments constituants les fibres est de l’ordre de 12 mm.
Le système parachute
Les systèmes antichute ou « parachute » en géosynthétiques sont utilisés en général pour parer au risque de fontis de quelques mètres de diamètre. Ces systèmes apportent une mise en sécurité des usagers en permettant la surveillance d’une remontée éventuelle de fontis. La déflection visible en surface permet une intervention rapide pour combler la cavité tout en gardant une traficabilité de la voie de circulation. De plus cette solution est facile et rapide à mettre en œuvre.
L’innovation du système « parachute » réside dans le type de géotextile utilisé pour permettre le franchissement de cavités de diamètres conséquents. On utilise des géosynthétiques à hautes caractéristiques (très grande résistance et très faible allongement). Texinov utilise la fibre aramide pour ce type de géotextile car elle propose d’excellentes caractéristiques, notamment en résistance à la traction.
Cette fibre possède une résistance à la rupture en traction très importante, un module d’élasticité élevé et un allongement à la traction situé entre ceux des fibres de carbone et de verre. Cependant, les caractéristiques de résistance à la compression sont médiocres. La fibre se comporte de manière élastique sous faible charge et plastique sous de fortes charges. Cela lui confère une certaine analogie avec les métaux.
Les fibres aramides offrent aussi une très bonne tenue aux phénomènes thermiques (à 300°C, conservation de 80% de la valeur du module d’élasticité en traction à température ambiante). Elles possèdent aussi un excellent facteur d’amortissement des vibrations, une bonne résistance à la fatigue et d’excellentes propriétés diélectriques. On observe, par contre, une forte sensibilité des fibres aux rayons UV ainsi qu’à l’humidité (reprise d’humidité importante), ce qui entraîne une perte de leurs caractéristiques.
4.6.1.4 Géogrille
Les géogrilles sont des structures planes, fabriquées à base de polymères. Elles sont composées d’éléments résistants à la traction reliés entre eux selon un motif régulier, le tout formant un réseau ouvert assurant le confinement du sol. Les matériaux qui composent ces géogrilles ont des propriétés de résistance à la dégradation physique et à la perte de rigidité causées par des environnements agressifs chimiquement. Les géogrilles résistent à l'allongement (fluage) et supportent d'importantes charges de traction. Elles sont utilisées dans les différents domaines du génie civil et de la géotechnique (renforcement).
On peut aussi noter l’existence de produits dérivés tels que les géofilets ou les géomatelas. Les géofilets (ou géoespaceurs), structures polymériques planes, constituées d'éléments associés par soudure et dont les ouvertures sont plus grandes que les constituants, servent comme ‘espaceurs’ pour la transmission des liquides et des vapeurs en génie civil. Les géomatelas, structures polymériques tridimensionnelles perméables fabriquées à base de filaments soudés, sont utilisés pour lutter contre l'érosion dans le domaine du génie civil.
4.6.2 Géomembranes
4.6.2.1 Géotextiles et bentonite
La réunion d'un géotextile avec de la bentonite va permettre de réaliser une géomembrane étanche dont les emplois sont illustrés ci- après.
On privilégiera la bentonite sodique permettant d'obtenir des k < 10-11 m/s
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Quelques types de géomembranes bentonitiques
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Mise en oeuvre
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Etanchéité de fond de bassin (sensibles à l’occurence de fontis).
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Réalisation de fossés.
La terre végétale vit mieux au-dessus d’une GCB qu’au-dessus d’une géomembrane.
4.6.2.2 Complexe géotextile injecté
Pour des applications particulières legéotextile peut servir de "sac" pour contenir un coulis ou un mortier sans perte de produit et réaliser ainsi des "matelas" pour différents rôles.
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Les photos ci-après montrent des dispositifs de défense de berge
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A Séville, pour la traversée sous fluviale du Gualdalquivir avec tunnelier, le fond du fleuve (300m de traversée sur 60 m de large) a été recouvert d'un tel matelas pour éviter toute érosion intempestive et permettre de couler en place une épaisseur de béton pour augmenter le confinement au-dessus du tunnelier à pression de terre. La photo ci-dessous montre le dispositif de chargement ainsi créé.
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4.6.2.3 Protection du béton
Le produit comme Geogrip consiste en une plaque plastifiée, munie de plusieurs boucles. Les boucles sont ancrées dans le béton et assurent une bonne répartition des forces. De cette manière, les fluctuations de température n’influencent pas l’adhérence entre les deux surfaces. Selon l'épaisseur du matériel, le produit peut être livré sous forme de plaques ou de rouleaux. Ces matériaux garantissent une très longue durée de vie, et ont une excellente résistance à la corrosion chimique.
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4.6.2.4 Consolidation sous vide
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La consolidation sous vide allie deux techniques:
• drainage vertical
• chargement atmosphérique (consolidation sous vide) qui correspond à une surcharge
• avec la possibilité d'appliquer une surcharge supplémentaire (facultatif)
Chaque rangée de drains verticaux est reliée à un drain horizontal proche de la surface. Une membrane placée au-dessus du drain horizontal garantit une véritable étanchéité entre l'atmosphère et l'écran de drainage.
Chaque drain horizontal est installé à approximativement 1-2 m en dessous de la couche drainant et est branché à une pompe sous- vide.
Les avantages d'un tel système sont multiples:
• Une installation rapide et propre du système;
• La pression atmosphérique comme surcharge : le pompage sous vide va aboutir à une pression atmosphérique agissant sur le sol et réduisant le besoin de surcharge.
Cependant, si besoin est, il sera toujours possible de placer une surcharge supplémentaire;
• Une augmentation de la capacité de résistance : le système sous vide va accroître la tension effective horizontale et verticale, et de ce fait, il augmentera la capacité de résistance du sous-sol. De plus, il réduira les déformations latérales du sous-sol lorsque celui-ci sera chargé;
• Une grande flexibilité : en variant l'espacement entre les drains verticaux individuels et/ou entre les écrans de drainage et/ou en plaçant une surcharge supplémentaire, des périodes de consolidation peuvent alors être adaptées aux besoins du chantier.
4.6.2.5 Ecran plastique
Ecrans verticaux pour l’environnement
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Non drainage de la nappe
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Confinement d'une pollution
Le nombre de lieux pollués que l'on découvre, augmente régulièrement avec une fréquence alarmante. De plus les sols sont pollués à divers endroits par des déchets industriels et des fuites de réservoirs de stockage.
Les techniques d’assainissement de ces sols sont très coûteuses.
Une de ces techniques consiste en un lavage du sol sur place, à l'eau ou à la vapeur. Mais pour des volumes importants de terres polluées, cette solution n’est pas possible financièrement.
Séparer la terre polluée du milieu environnant, est une alternative, qui prévient de la pollution avant qu’elle ne se répande.
Les écrans batardeaux en matière plastique réponde à cette demande.
Les écrans d’étanchéité utilisés en Centre d'Enfouissement Technique, doivent répondre à un certain nombre d’exigences. Ils doivent être :
    * Etanches en continu jusqu'à la couche de sol imperméable
    * De flexibilité suffisante pour épouser les irrégularités du sol
    * Approprié pour une installation dans tous types de sols.
    * Simples à installer
    * Résistants mécaniquement
    * Résistants aux attaques chimiques
    * D’une durée de vie prolongée (au moins 100 ans)
    * Appropriés pour une installation jusqu’à une profondeur de 40 mètres
    * Résistants à la corrosion causée par la végétation et les rongeurs
    * Résistants à la corrosion causée par la pourriture et les micro- organismes
Un procédé Hollandais est fait de feuilles de PEHD que l'on aboute à la façon des palplanches.
   1. Le profil mâle est muni de deux barbillons
   2. Les joints sont soudés au panneau, qui consiste en une membrane PEHD d'une épaisseur de 1,5 à 2,5 mm.
   3. Le profil femelle qui entoure le profil mâle garanti un lien à forte résistance à la traction
   4. Une rainure dans les profils permet l’introduction d'un profil expansif assurant l’étanchéité de l'écran.
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Habituellement, une épaisseur de la membrane de 2 mm est suffisante pour une bonne étanchéité. Les deux joints ont une épaisseur de 5 mm, créant ainsi un lien solide notamment vis à vis des tensions qui ont lieu à la mise en œuvre.
En cas d'efforts importants sur l'ensemble du système , les joints résisteront, mais la membrane s'étirera, son épaisseur initiale de 2mm lui permettant de garantir la continuité de l'étanchéité. Les deux joints sont soudés sur la membrane par un coin chauffant. Cette méthode est aussi appliquée avec succès aux dispositifs d'étanchéité par géomembrane réalisés pour les Centres d'Enfouissement Technique. Les écrans peuvent être produits à la longueur désirée.
Un joint hydrogonflant peut être appliqué dans la rainure du joint. Ce profil est alors fabriqué en caoutchouc, à base de Néoprène, avec une résistance chimique très élevée. En présence de l’eau, ce profil peut se dilater jusqu’à 16 son volume initial.
La résistance chimique est vérifiée par le choix du PEHD. La membrane est stable vis à vis de la plupart des produits chimiques, comme des acides, des bases, du sel, de l’alcool, de l’huile et des hydrocarbures.