FR2663373A1 - Procede et dispositif pour etablir une depression dans une zone de terrain permeable isolee de l'atmosphere par une membrane etanche. - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour faire régner une dépression au niveau d'une zone (5) de terrain perméable isolée de l'atmosphère extérieure par une membrane (7) d'isolation qui recouvre ladite zone. Dans des moyens d'aspiration (25) adaptés pour recevoir un fluide moteur et de l'air à aspirer, on fait circuler le fluide moteur à grande vitesse pour créer dans ces moyens d'aspiration une dépression propre à y entraîner une aspiration d'air, cet air aspiré ayant été préalablement isolé, dans une chambre de séparation (27), d'un mélange d'air et d'eau provenant de, ou des environs de, ladite zone (5) de terrain perméable. L'invention s'applique en particulier à la consolidation des sols mous à faible perméabilité et imprégnés d'eau.

Description

L'invention concerne en premier lieu un procédé pour faire régner une dépression à l'endroit, ou à proximité, d'une zone de terrain perméable isolée de l'atmosphère extérieure par une membrane d'isolation étanche à l'air et qui recouvre cette zone.

En pratique, une telle structure avec une membrane sous dépression se rencontre souvent dans le domaine de la consolidation de terrains mous à faible perméabilité, imprégnés d'eau.

Ces types de sols sont généralement en l'état, impropres à recevoir des constructions, à moins que cellesci soient réalisées sur des pieux battus ou enfoncés jusqu'à une roche sous-jacente dure, ou encore que les terrains aient été préalablement consolidés.

Pour assurer cette consolidation, il est notamment connu, comme illustré sur la figure 1, de venir établir un vide d'air partiel, dans ou à proximité d'une couche 5 de matériau perméable surmontée d'une membrane 7 imperméable et étanche à l'air, cette membrane recouvrant en surface la zone de terrain 1 à consolider, telle qu'une couche d'argile molle reposant sur une couche 2 de terrain sous-jacent. Pour établir ce vide, il est connu d'utiliser une série de conduites d'aspiration 3 débouchant d'un côté sous la membrane et reliées du côté opposé par exemple à une pompe à vide 4.

En tant que matériau perméable, on peut prévoir du sable que l'on vient déposer sur le sol en une couche par exemple d'environ 20 à 60 cm d'épaisseur et, dans ce massif, on établit un vide de l'ordre de 60 à 80 kPa.

Pour assurer l'étanchéité de la membrane 7, on a régulièrement recours à une rigole ou tranchée 9 ouverte à l'air et qui est creusée à la périphérie de la zone à traiter puis remplie au moins partiellement d'un matériau d'étanchéité 10, tel qu'une boue bentonitique où l'on vient noyer de façon étanche à l'air la bordure périhérique extérieure 7a de la membrane.

Pour accélérer le tassement, on creuse en outre dans la couche faiblement perméable 1, des puits tels que les puits verticaux 11, par exemple espacés d'environ 3 à 6 mètres. Dans ces puits, peuvent ensuite être installés des tubes crépinés, poreux 13, tels que des tubes en matière plastique d'un diamètre intérieur par exemple de l'ordre de 50 mm.

On notera que les puits et les tubes s'arrêtent avant d'atteindre la couche 2, si celle-ci est drainante.

Avec une telle technique, l'eau située dans la couche 1 aura, en particulier du fait de la dépression créée dans la couche sur-jacente 5, tendance à remonter vers elle par capillarité. De plus, l'eau contenue dans cette couche 1 viendra naturellement s'accumuler en 15 dans le fond des tubes drainants 13. De ce fait, sur la figure 1, chaque tube a été équipé d'une pompe immergée 17 d'évacuation d'eau reliée par une conduite interne 19 à un collecteur 21 reliant entre elles les différentes conduites pour évacuer l'eau récupérée au fond des puits hors de la zone de terrain et à l'extérieur de la membrane 7, laquelle est bien entendu traversée par le collecteur 21 sans que cela nuise au vide partiel créé sous elle.

Avec une telle installation, des problèmes apparaissent, notamment pour assurer sous la membrane un vide adapté avec un rendement convenable, étant noté que la pompe à vide 4 reçoit régulièrement non seulement l'air qu'elle aspire mais également de l'eau, le sol n'étant jamais totalement imperméable, même s'il est argileux. De ce fait, on a habituellement recours à un ensemble pompe à palettes et pompe à eau accouplées sur un même arbre moteur. Toutefois, le rendement d'une telle installation de pompage s'avère en pratique faible, surtout si la quantité d'eau aspirée est importante.

L'invention a pour objet d'apporter une solution efficace à ces problèmes.

A cet effet, le procédé revendiqué qui est donc destiné à faire régner une dépression à l'endroit ou à proximité de la zone perméable recouverte par la membrane se caractérise en ce que, dans des moyens d'aspiration adaptés pour recevoir un fluide moteur et de l'air à aspirer, on fait circuler ledit fluide moteur à grande vitesse, pour créer dans ces moyens d'aspiration une dépression propre à y entraîner une aspiration d'air, cet air aspiré ayant été préalablement séparé, ou isolé, d'un mélange d'air et d'eau provenant de, ou des environs de, ladite zone de terrain perméable.

De cette façon, on va pouvoir utiliser un moyen d'aspiration d'air fonctionnant comme une pompe à air avec un rendement tout à fait intéressant, sans risquer qu'un tel appareil ingère de l'eau, ce qui le rendrait rapidement inutilisable, compte tenu de la vitesse élevée du fluide moteur qui circule.

Etant donné que le fluide refoulé par ces moyens d'aspiration est éjecté à relativement grande vitesse, il a tendance à s'échauffer. Or, il est apparu préférable de faire circuler ce fluide moteur en circuit fermé, compte tenu du débit relativement élevé de fluide nécessaire au fonctionnement de l'installation, débit habituellement compris entre 10 et 20 à 25 m3/h.

Dans ces conditions, une caractéristique supplémentaire de l'invention prévoit d'utiliser la tranchée d'étanchéité du bord périphérique de la membrane comme réservoir à fluide dans lequel on amène de l'eau, laquelle est au moins en partie prélevée pour être achéminée vers lesdits moyens d'aspiration où cette eau est utilisée en tant que fluide moteur, l'eau refoulée en sortie de ces moyens d'aspiration étant en outre de préférence canalisée pour être reversée dans la tranchée.

Outre le procédé qui vient d'être présenté, l'invention a également pour objet un dispositif utilisable dans le cadre du procédé pour établir donc une dépression à l'endroit, ou à proximité, d'une zone de terrain perméable recouverte d'une membrane étanche.

Selon l'invention, ce dispositif se caractérise en ce qu'il comprend
- au moins une conduite d'aspiration reliant la couche de matériau perméable et une chambre de séparation air/eau pour acheminer vers cette dernière de l'air et de l'eau contenus dans, ou à proximité de, ladite couche,
- la chambre de séparation air/eau, laquelle comprend une partie ou l'air provenant de la conduite peut s'accumuler et une autre partie ou l'eau provenant de cette même conduite peut également s'accumuler,
- et au moins un éjecteur formant pompe à vide et comprenant une buse de refoulement vers l'extérieur de la pompe, une arrivée de fluide moteur débouchant dans une tuyère qui communique avec la buse, et une arrivée d'air communiquant d'un côté avec la partie de la chambre de séparation où l'air peut s'accumuler et, d'un autre côté, avec ladite buse pour que l'air contenu dans la chambre de séparation soit aspiré dans la buse et éjecté avec ledit fluide moteur.

De préférence, selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprendra également des moyens d'évacuation de l'eau contenue dans la chambre de séparation air/eau, ces moyens d'évacuation pouvant comprendre au moins une pompe à eau disposée vers le fond de la chambre et adaptée pour fonctionner en immersion dans l'eau.

A titre de variante de réalisation, la chambre de séparation air/eau pourrait également être logée dans un tube collecteur sensiblement étanche, étendu sur le sol et dont la partie où l'eau provenant de la conduite d'aspiration peut s'accumuler, est reliée à au moins une pompe d'évacuation de l'eau accumulée dans ladite chambre.

L'invention, ses caractéristiques et avantages apparaîtront d'autant plus clairement de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels, outre la figure 1 précédemment décrite et relative à l'art antérieur,
- la figure 2 montre schématiquement une forme de réalisation du dispositif de dépression de l'invention en figurant son principe de fonctionnement,
- la figure 3 montre une forme possible de réalisation d'un caisson étanche utilisable en tant que chambre de séparation air/eau,
- la figure 4 est une vue schématique agrandie, en coupe transversale médiane, de la pompe à vide repérée
IV sur la figure 2,
- la figure 5 est une vue schématique de dessus du dispositif de dépression illustré sur la figure 1 montrant plus spécifiquement le principe pouvant être retenu dans l'invention pour assurer un refroidissement du fluide moteur utilisé dans l'éjecteur formant pompe à aspiration pour la mise en dépression de la membrane,
- et la figure 6 illustre en perspective et en vue schématique une variante de réalisation prévoyant de substituer au caisson de la figure 3, un tube collecteur étanche de relativement fort diamètre, étendu sur le sol.

Avant tout, on notera que sur la figure 2 les parties relatives à l'évacuation de l'eau récupérée dans le sol par les drains 11 n'ont, pour leur plus grande part, pas a nouveau été représentées. Seul a été, pour mémoire, figuré un puits avec son tube collecteur 13 raccordé en fond de puits à la pompe d'aspiration 17 qui remonte donc l'eau vers le(s) collecteur(s) d'évacuation tel que 21, lequel (lesquels) traverse(nt) toujours de façon étanche au gaz la membrane 7.

Sur cette figure 2, on remarquera en outre que conformément à l'invention, le volume situé sous la membrane est relié à un caisson étanche 23 par au moins une conduite d'aspiration telle que 3 (qui traverse également de façon étanche au gaz cette membrane).

Dans la conduite 3 circule non seulement de l'air mais également souvent de l'eau, contenue en quantité variable dans le massif 5.

Pour permettre d'atteindre un rendement convenable et pour utiliser des moyens d'aspiration tels que 25 performants, il est apparu nécessaire que cet air et cette eau mélangés soient séparés.

C'est à cet effet, que, comme illustré sur les figures 2 et 3, le caisson 23 renferme une chambre de séparation 27 en partie inférieure de laquelle va pouvoir se déposer naturellement l'eau provenant de la conduite 3, l'air s'accumulant également naturellement en partie supérieure pour être aspiré par la pompe à vide 25, via la canalisation de raccordement 29 laquelle peut être équipée d'un clapet anti-retour 30.

Le caisson 23 est ici construit comme un récipient métallique, clos, étanche au gaz et adapté pour résister à la dépression provoquée par la pompe 25, soit de l'ordre de 10 à 40 kPa, en terme de pression résiduelle.

Pour évacuer l'eau qu'il peut contenir, ce caisson est en outre équipé avantageusement d'au moins une pompe à eau, schématisée en 31, immergée, auto-amorçante et pouvant travailler en dépression pour faire refluer l'eau à l'extérieur du caisson, via la canalisation d'évacuation 33, laquelle peut être équipée du clapet anti-retour 34.

De préférence, la pompe à eau 31 fonctionnera par intermittence lorsqu'un volume d'eau compris entre un niveau bas B et un niveau haut A se sera effectivement accumulé en fond de caisson. Une armoire électrique 35 renfermant un dispositif de commande classique (non représenté) permettra avantageusement de déclencher le fonctionnement ou l'arrêt de la pompe, à travers les contacteurs de niveau 37, 39 et 41 (contacteur de masse M).

En référence aux figures 2 et 4, on va maintenant décrire plus en détail le type de pompe d'aspiration d'air 25 dont l'utilisation est conseillée.

Il s'agit là en fait d'une pompe connue sous l'appellation éjecteur à jet liquide "FLUXERO" (marque déposée). Un tel éjecteur est particulièrement adapté pour l'aspiration directe d'air, de gaz, de vapeur ou l'aspiration indirecte de liquides. Il permet d'obtenir un vide poussé, ce qui autorise son utilisation comme pompe à vide.

Comme illustré en détail sur la figure 4, cette pompe-éjecteur comprend un corps 43 avec une chambre interne 44 de forme ovoïdale avec deux orifices d'admission transversal 45 et axial 47 et un orifice axial d'évacuation 48. L'orifice 45 est relié à la canalisation d'aspiration d'air 29, tandis qu'à travers l'orifice axial 47, une tuyère 49 axiale convergente pénètre dans la chambre 44 pour alimenter l'éjecteur en fluide moteur, via la conduite 51. La tuyère 49 traverse la chambre pour déboucher à l'entrée d'une buse 53 d'éjection (ou de refoulement) axiale formée en convergent/divergent. En fait, la tuyère n'occupe pas tout l'espace d'entrée de la buse, de façon que celle-ci communique à travers la chambre 44 avec la conduite transversale d'aspiration 29. En sortie, la buse 53 est connectée à une canalisation d'évacuation 55.

De préférence, le fluide moteur de propulsion qui va permettre d'aspirer l'air dans cette pompe/éjecteur sera constituée essentiellement ou totalement d'eau.

Même si d'autres solutions peuvent bien entendu être adoptées (citerne, fosse annexe remplie d'eau...), il a été plus particulièrement envisagé d'utiliser la tranchée 9 à titre complémentaire comme réservoir d'eau de pompage.

De ce fait, et comme illustré sur les figures 2 et 5, on a rempli partiellement d'eau cette tranchée, laquelle eau57)surnage donc au-dessus du matériau d'étanchéité 10 de plus forte densité et avec lequel elle ne se mélange pas (ou peu).

Dans l'eau de la tranchée, vient plonger l'extrémité de la conduite 51. Et une pompe à eau classique à aspiration 59 assure le prélèvement de cette eau, avant que celle-ci soit, en aval, aspirée dans l'éjecteur 25.

Quant à la canalisation 55, on a préféré la faire également déboucher, en aval, sur la tranchée 9, de façon que liteau utilisée dans l'éjecteur puisse ainsi circuler en circuit fermé ce qui, dans de nombreux cas, nécessitera uniquement de disposer d'environ 100 m3 d'eau de réserve dans la tranchée, laquelle a régulièrement des dimensions de l'ordre de 400 mètres de long sur cent mètres de large.

En fait, il est malgré tout apparu que le fluide moteur circulant dans l'éjecteur 25 était rapidement échauffé, étant donné la vitesse très élevée de circulation, avec pour résultat une baisse de rendement de l'éjecteur.

C'est pourquoi, on a envisagé de munir la partie extrême convergente de la tuyère 49 d'un embout 50 en matériau résistant aux températures élevées, tel que de la céramique. En outre, comme illustré sur la figure 5, il est apparu préférable d'éloigner, au sein de la tranchée, la zone de pompage d'eau de la zone de déversement après circulation dans ltéjecteur. En l'espèce, la présence d'un barrage 61 séparant les deux endroits susmentionnés oblige l'eau refoulée de l'éjecteur à transiter sur la plus grande partie du périmètre de la tranchée avant d'être aspirée par la pompe 59, le volume d'eau contenu dans la tranchée jouant le rôle d'échangeur thermique naturel.

Bien entendu, d'autres solutions auraient pu être retenues, telle par exemple celle consistant à disposer les tubes de prélèvement et de refoulement en deux endroits opposés de la tranchée.

Reportons-nous maintenant à la figure 6 pour voir représenter schématiquement une variante de réalisation du dispositif de l'invention, dans laquelle variante le caisson de la figure 3 a été remplacé par un tuyau ou tube collecteur fermé 63 ayant un diamètre suffisant (par exemple de l'ordre de 200 à 300 mm) pour servir de chambre de séparation air/eau, à l'image de la chambre 27 de la figure 3.

Le tube 63, a priori métallique, est bien entendu adapté pour résister à la dépression créée par l'aspiration d'air du ou des éjecteur(s) 25.

Compte tenu de sa longueur qui peut atteindre voire dépasser 20 mètres, le tube 63 sera de préférence étendu sur le sol.

De façon classique, ce tube reçoit à travers la partie supérieure de sa paroi cylindrique, les conduites 3 d'amenée d'air et d'eau. L'air est toujours aspiré par la (les) canalisation(s) 29, vers l'éjecteur 25, tandis que l'eau accumulée le long de la partie basse du tube collecteur est maintenant récupérée par la conduite 65 en y étant aspirée au moyen d'une pompe extérieure classique, telle qu'une pompe à palette eau/air schématisée en 67.

Sur la figure 6, on remarquera encore que l'on a également représenté en 59 la pompe à eau qui permet d'aspirer l'eau contenue dans la tranchée 9 pour l'amener vers l'éjecteur 25, via la conduite 51. De façon à éviter que de l'eau puisse pénétrer par la conduite 29 dans l'éjecteur 25, ce dernier a été surélevé et son niveau d'élévation h est supérieur à celui de la pompe 67. Par sécurité on préfèrera en outre que la dépression créée dans l'éjecteur soit moins forte que celle créée dans la pompe.

Bien entendu, dans la pratique, le nombre des conduites et autres canalisations ainsi que le nombre de pompes et éjecteurs utilisés conformément à l'invention seront adaptés pour permettre d'établir sous la membrane le vide d'air recherché et pour évacuer l'eau qui aura pu être récupérée. On remarquera par exemple qu'à la figure 5 on a représenté plusieurs conduits 3 reliant le massif perméable situé sous la membrane et la chambre de séparation 23.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. - Procédé pour faire régner une dépression à l'endroit, où à proximité, d'une zone (5) de terrain perméable isolée de l'atmosphère extérieure par une membrane (7) d'isolation sensiblement étanche à l'air et qui recouvre ladite zone, caractérisé en ce que, dans des moyens d'aspiration (25) adaptés pour recevoir un fluide moteur et de l'air à aspirer, on fait circuler ledit fluide moteur à grande vitesse pour créer dans ces moyens d'aspiration une dépression propre à y entraîner une aspiration d'air, cet air aspiré ayant été préalablement séparé d'un mélange d'air et d'eau provenant de, ou des environs de, ladite zone (5) de terrain perméable.

2. - Procédé selon la revendication 1 dans lequel

- on creuse une tranchée (9) à l'endroit de la périphérie de la membrane (7),

- on dispose dans cette tranchée la partie périphérique (7a) de cette membrane,

- et on met en place, au moins entre cette partie périphérique de la membrane et la paroi en regard de la tranchée (9), un matériau (10) étanche à l'air, isolant ainsi de l'atmosphère extérieure la zone de terrain (5) située sous la membrane, caractérisé en ce que

- on amène de l'eau (57) dans ladite tranchée,

- on prélève une partie au moins de cette eau,

- et on achemine l'eau prélevée vers lesdits moyens (25) d'aspiration ou cette eau est utilisée en tant que fluide moteur.

3. - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'en sortie des moyens (25) d'aspiration, on canalise au moins l'eau refoulée que l'on reverse dans la tranchée (9).

4. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'eau issue de la séparation du mélange air/eau provenant de, ou des environs de, ladite zone de terrain (5) perméable est stockée dans une chambre (27) avant d'être évacuée par intermittence lorsqu'un volume d'eau compris entre un niveau supérieur (A) et un niveau inférieur (B) a pu effectivement s'accumuler dans cette chambre.

5. - Dispositif pour établir une dépression à l'endroit, ou à proximité, d'une zone (5) de terrain perméable isolée de l'atmosphère extérieure par une membrane (7) d'isolation sensiblement étanche à l'air et qui recouvre ladite zone, caractérisé en ce qu'il comprend:

- au moins une conduite (3) d'aspiration reliant la zone située sous la membrane (7) à une chambre (27) de séparation air/eau pour acheminer vers cette dernière de l'air et de l'eau contenus dans, ou à proximité de, ladite zone de terrain perméable (5),

- la chambre (27) de séparation air/eau comprenant une première partie où l'air provenant de la conduite (3) peut s'accumuler et une seconde partie où l'eau provenant de cette même conduite peut également s'accumuler,

- et au moins un éjecteur (25) formant pompe à guide et comprenant une buse (53) de refoulement vers l'extérieur de la pompe, une arrivée (47, 51) de fluide moteur débouchant dans une tuyère (49) qui communique avec la buse, et une arrivée d'air (29, 45) communiquant d'un côté avec la première partie de la chambre (27) de séparation où l'air peut s'accumuler et, d'un autre côté, avec ladite buse (53) pour que l'air contenu dans la chambre (27) de séparation soit aspiré dans la buse et éjecté avec ledit fluide moteur.

6. - Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la tuyère (49) est équipée d'un embout (50) en matériau céramique résistant à des températures élevées

7. - Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6 caractérisé en ce que le fluide moteur de l'éjecteur (25) comprenant essentiellement de l'eau, l'arrivée (47) de ce fluide moteur communique avec au moins une conduite (51) d'alimentation en eau équipée de moyens de pompage (59) et dont une extrémité plonge dans un volume d'eau (57) contenue dans une tranchée (9) ou est disposée la partie périphérique (7a) de la membrane (7) ainsi qu'un matériau (10) d'étanchéité isolant de l'atmosphère extérieure la zone de terrain perméable (5) située sous la membrane

8. - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que la buse de refoulement (53) communique avec une conduite (55) de récupération de l'air et du fluide moteur refoulé à l'extérieur de l'éjecteur (25), ladite conduite (55) débouchant sur la tranchée (9) en un endroit séparé par un barrage (61) de celui où la conduite (51) d'alimentation en eau de l'éjecteur plonge dans cette même tranchée, de façon à assurer un refroidissement de l'eau utilisée dans l'éjecteur, laquelle eau est ainsi recyclée en circuit fermé.

9. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 caractérisé en ce que la chambre (27) de séparation air/eau est enfermée dans un caisson (23) sensiblement étanche propre à résister à une pression résiduelle interne de l'ordre de 10 à 40 kPa.

10. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9 caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (31, 33) d'évacuation de l'eau contenue dans la chambre de séparation (27), ces moyens comprenant au moins une pompe à eau (31) disposée vers le fond de la chambre et adaptée pour fonctionner en immersion dans l'eau.

11. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 caractérisé en ce que la chambre de séparation air/eau est contenue dans un tube collecteur fermé (63), sensiblement étanche, étendu sur le sol et dont la partie où l'eau provenant de la conduite (3) d'aspiration peut s'accumuler est reliée à au moins une pompe (67) pour évacuer l'eau accumulée dans ladite chambre.

12. - Dispositif selon la revendication 10 ou la revendication 11 caractérisé en ce que l'éjecteur (25) est disposé à un niveau supérieur à celui des moyens (31, 67) d'évacuation de l'eau contenue dans la chambre (27) de séparation, la dépression régnant dans l'éjecteur étant moins forte que celle régnant dans lesdits moyens d'évacuation d'eau (31, 67).