La fonte en assainissement : une réponse fiable aux contraintes sévères

La lutte contre la pollution a redonné son importance à la réalisation des réseaux d’assainissement. La conception d’un réseau ne résulte plus d’un simple assemblage de pièces, mais de l’étude de solutions techniques adaptées aux contraintes du projet. La nouvelle réglementation est construite sur cette nécessité d’une approche globale et cohérente. Les chiffres donnés lors du Congrès AGHTM de Toulouse en 1993 par J.L. Laurent, Directeur de l’Eau au Ministère de l’Environnement, poussent dans cette voie : en milieu urbain, la collecte des eaux usées est assurée à 65 % ; si l’on considère un rendement moyen des stations d’épuration de l’ordre de 65 % également, cela donne un coefficient de dépollution globale de 42 %. Pour dépolluer, il faut donc améliorer la collecte et le traitement.

L’amélioration de la collecte passe par une augmentation du taux de raccordements et une élimination des dysfonctionnements des réseaux dus à des mauvaises conceptions, mauvaises étanchéités... Les Maîtres d’Ouvrage et leurs délégataires doivent respecter des obligations de résultats en ce qui concerne les performances du réseau.

Tant en matière de construction ou d’exploitation, cela revient à passer d’une problématique de moyens à une problématique de qualité et de fiabilité.

L’obligation de résultats s’appuie sur des critères de performances et d’efficacité à satisfaire qui ne limitent aucunement les moyens mis en œuvre.

Cette obligation de résultats reflète des performances quantifiables fondées sur des paramètres fonctionnels tels que l’étanchéité, la continuité du fil d’eau ou la capacité hydraulique du réseau. Aujourd’hui, la réglementation française s’appuie largement sur l’obligation de résultats. Les outils techniques et réglementaires d’aide à la décision doivent permettre de bien concevoir, de bien réaliser et de bien exploiter les réseaux d’assainissement.

Quels sont ces outils ?

• - le Fascicule 70 de juillet 1992, CCTG types des réseaux d’assainissement gravitaire,
• - les différents textes officiels européens et français :
  • - Directives CEE du 21 mai 1991,
  • - Loi sur l’eau du 3 janvier 1992,
  • - Arrêté du 1er mars 1993 sur les rejets des installations classées pour la protection de l’environnement,
  • - Décret « procédures » du 29 mars 1993,
  • - Décret « nomenclature » du 29 mars 1993,
  • - Décret du 3 juin 1994 relatif à la collecte et au traitement des eaux usées,
  • - Circulaire du 13 septembre 1994,
  • - Arrêté du 23 novembre 1994 portant délimitation des zones sensibles,
  • - Arrêté du 22 décembre 1994 fixant les prescriptions techniques relatives aux ouvrages de collecte et de traitement des eaux usées,
  • - Arrêté du 22 décembre 1994 relatif à la surveillance des ouvrages de collecte et de traitement des eaux usées,
  • - Recommandations du Ministère de l’Environnement du 12 mai 1995.

Si nous nous intéressons plus particulièrement au Cahier des Clauses Techniques Générales (Fascicule 70), qui concerne plus particulièrement la fonction « Travaux », différente de la fonction « Exploitation », les notions de bonne exécution des fouilles et de remblaiement, d’étanchéité, de réception des ouvrages sont introduites.

Tableau I

* défaut sur fonte : en majorité, absence de joints à la pose

Tableau II

Pose

Le Fascicule 70 permet, pour un projet défini et un matériau donné, de déterminer précisément les conditions de pose. Celles-ci varient d’un matériau à un autre, compte tenu de leurs caractéristiques mécaniques spécifiques.

Calculs faits, la fonte apporte des coefficients de sécurité élevés, permettant des conditions de pose plus rustiques.

Pour permettre ce dimensionnement, notre société a mis au point un logiciel de calcul des conditions de pose des canalisations d’assainissement. Il est par ailleurs le seul logiciel certifié par le C.S.T.B. sous le numéro EOP 940-72, en stricte conformité avec le Fascicule 70.

Ce calcul, devant garantir la qualité de l’ouvrage à réaliser, dépend en partie de la définition correcte des matériaux à mettre en œuvre, d’où la prise en compte de la procédure de certification de conformité aux normes. Le marquage du produit par la Marque (associé au Label SP) apporte aux utilisateurs, outre la qualité (ISO 9001) et la sécurité, la certitude de les utiliser en conformité à leur domaine d’emploi.

La norme EN 598 (tuyaux et accessoires en fonte ductile et leurs assemblages pour l’assainissement) intègre la démarche qualité et certification en

obligeant de démontrer la conformité des produits en effectuant huit essais types (flexion longitudinale des tuyaux, rigidité diamétrale des tuyaux, étanchéité des composants pour canalisation gravitaire, étanchéité des assemblages à la pression interne positive, étanchéité des assemblages à la pression interne négative et externe positive, résistance chimique aux effluents, résistance à l’abrasion) et en maîtrisant leur processus de fabrication. Tout cela devant être approuvé par un organisme indépendant de certification.

Étanchéité - réception

Au-delà de l’aspect mécanique, la notion d’étanchéité du réseau est fondamentale dans la lutte contre la pollution. Ce point est pris en compte avec les essais d’étanchéité devant être effectués sur les réseaux lors de leur réception (cf. Fascicule 70) :

Essais d’étanchéité en conformité avec le protocole de 1984 par tronçon de réseau sur la totalité des éléments pris ensemble ou séparément : actuellement, ces essais sont réalisés à l'eau. Il n’existe pas de protocole français pour les essais à l’air. Par contre, on peut se référer au projet de norme européenne PR EN 1610, qui définit trois types différents d’essais à l’air :

• • un essai à 10 mb, peu réaliste car très sensible aux conditions climatiques,
• • un essai à 300 mb, en conformité avec le protocole québécois permettant de réaliser des tests sur les éléments de canalisation uniquement (pas de test des regards),
• • un essai à 100 mb, permettant de réaliser des essais sur l'ensemble des éléments constitutifs du réseau (tuyaux, regards, branchement, ...).

Ces démarches sont nécessaires au vu des résultats par matériaux publiés par l’Agence de l’Eau Rhin-Meuse (tableau 1).

Ces non-étanchéités sur les réseaux neufs présentent un coût important pour les collectivités : le Ministère de l'Environnement estime à 1 milliard de francs par an la non-étanchéité des réseaux, soit 17 % du montant des investissements.

Par ailleurs, réhabiliter un réseau neuf présente un coût (cf. la publication de J. M. Bergue, du Ministère de l’Équipement, du Logement, des Transports et du Tourisme) : dans la majorité des cas, il s’agit d’erreurs de réalisation ou de fourniture et de non-respect des prescriptions (manque de soin apporté au calage du profil en long, lors de la mise en œuvre, de l’emboîtement des éléments de canalisation, du choix ou de la pose des joints). Il peut s’agir aussi de l'utilisation d’un mauvais lit de pose, d’un matériau de remblai inadapté ou mal compacté.

Enfin, on rappellera que les désordres constatés sur les réseaux sont souvent dus aux actions du sol environnant caractérisées par des mécanismes pouvant conduire à des déplacements, des efforts de flexion longitudinale ou de compression diamétrale. On consultera utilement à ce propos l’annexe A aux commentaires du Fascicule 70.

Le tableau II donne quelques-uns des éléments de comparaisons techniques, tandis que le tableau III présente des éléments de comparaison financière.

Pour répondre au besoin d’étanchéité, les canalisations en fonte ductile sont équipées d’un joint, qui a fait ses preuves dans les tuyaux d’eau potable. Toutefois, la qualité de l’élastomère a été adaptée aux spécificités de l’assainissement, avec une qualité NBR. Mais, au-delà des tuyaux, c’est l’ensemble du réseau qui doit être étanche, d’où des solutions techniques développées par le Maître d’Ouvrage : les accessoires pour le branchement et les regards de visite.

Les Maîtres d’Ouvrage doivent prendre leurs responsabilités. Certains, sous réserve d’une réception contradictoire dans les règles, si un défaut d’étanchéité est démontré par un essai dans les cinq ans qui suivent la mise en service, peuvent, dans le cadre d’un contrat, s’engager à rétablir, à leurs frais, l'étanchéité.

Les évolutions des contraintes réglementaires tant au niveau français que européen conduisent les Maîtres d'Ouvrage et leurs délégataires à concevoir des réseaux fiables à long terme où la fonte ductile répond. Les moyens économiques alloués sont importants, et dorénavant, l’enjeu de la qualité des réseaux d’assainissement est une condition indispensable de la gestion rigoureuse des fonds publics et de la protection de l'environnement des générations futures.

Tableau III(F HT valeur 1995)

*  pour une canalisation Ø 200 mm, hors nappe, profondeur 3 m  
b+ comptabilisée par tronçon nécessitant l’injection d'une ou plusieurs anomalies ou l’application d'une ou plusieurs unités de traitement entre deux regards consécutifs  
** correspondant à l’immobilisation du robot pendant une journée (pendant laquelle il réalise de l’ordre d’une quinzaine d’unités d'interventions élémentaires) sachant que, par exemple :  
   > le fraisage et l’étanchement d’une fissure de 0,50 m ou d’un joint = 1 u  
   > le traitement d’une perforation ou d’un poinçonnement = 1 u  
   > le fraisage d’un branchement pénétrant = 2 à 4 u  
   > l’étanchement d’un piquage = 2 u  
° unité de traitement de 0,60 m  
°° pour des travaux de réhabilitation de réseaux neufs, la commande est souvent passée en régie.

En Europe : l'illustration d'une application sensible avec la pose d’une canalisation en fonte ductile de DN 1000 à travers une digue de première catégorie aux Pays-Bas

Approche technique pour assurer la sécurité géotechnique de l’ouvrage et la protection de l'environnement face aux risques de pollution

La sécurité est dans ce cas le maître mot. Il revêt toute son importance quand il s’agit de poser une canalisation à travers une digue aux Pays-Bas. Comme son nom l’indique bien, plus de 50 % de la surface du pays serait inondée si les dunes et les digues ne remplissaient pas leur fonction. Les Waterschappen (autorités locales) qui veillent sur ces ouvrages stratégiques ont donné leur accord pour le franchissement par une conduite d’assainissement en fonte, de diamètre 1000 mm, d’une digue de première catégorie en bordure du Rhin, dans la région de Zaltbommel.

Ainsi, non seulement il fallait assurer la sécurité géotechnique de l’ouvrage,

mais également garantir une bonne protection de l'environnement face aux risques de pollution.

Cette décision est l'aboutissement d'un long travail d'étude entre les principaux décideurs techniques : les Services Techniques du Waterschap-pen Rivierenland, le Cabinet d'engineering B.K.H., responsable de la conception et de l'exécution des travaux, et les Services Techniques de Pont-à-Mousson SA, fournisseur des canalisations en fonte ductile.

Dans une première phase, les tuyaux ont été sélectionnés pour assurer l’ossature principale du transfert des effluents sur deux nouvelles stations d'épuration. L'ensemble représente une trentaine de kilomètres de canalisations de DN 400 à 1000, adaptées au transport sous pression des effluents et bénéficiant de l'expérience centenaire en conduites de distribution d'eau.

Confiants dans ce choix et confortés par les premiers chantiers réalisés, la question du franchissement de la digue s'est posée aux constructeurs. Le choix traditionnel consiste à utiliser des conduites acier soudées ou en plastique renforcé verre ; leur dimensionnement obéit à un code de calcul spécifique, englobant d'importants coefficients de sécurité conformes au rôle stratégique des digues. Le tracé de la canalisation devant éviter le corps principal de la digue et tout fonçage étant également interdit, la solution consiste à implanter la conduite en surélévation, mais pour d'évidentes contraintes d'environnement, cette conduite devait se faire aussi discrète que possible en l'enterrant.

C’est là que le problème se complique : la surcharge de terre ainsi rapportée va provoquer le tassement de la digue, qui repose sur un sous-sol compressible, tassement évalué au maximum à 150 mm, et variable suivant le profil de la surcharge. Cette étude a été réalisée par un Cabinet de géotechnique de Delft.

En conséquence, la conduite doit encaisser ces mouvements tant au point de vue de la déviation angulaire que du coulissement axial, tout en assurant parfaitement l'étanchéité. Dans ces conditions, il est évident qu'une conduite monolithe sera soumise à d'importantes contraintes mécaniques de flexion.

L'idée a été d'associer la sécurité de l'épaisseur dimensionnée pour une conduite monolithe à la souplesse apportée par une jonction souple : spécification à laquelle la fonte ductile répond bien.

Dans un premier temps, il a été nécessaire de fournir toutes les explications sur la conception des joints : aspect dimensionnel du logement de la bague d'étanchéité, pérennité des caractéristiques de l'élastomère, par une sélection rigoureuse de la formulation, maîtrise de la qualité, conception et fabrication des tuyaux et raccords.

C'est à travers la certification de tous les produits utilisés que la reconnaissance du niveau de qualité revêt toute son importance. Vu la qualité du joint, sa souplesse est effective dans la mesure où les jonctions travaillent dans leur domaine de liberté angulaire et axiale. Ainsi, toute contrainte ne pourra se développer que sur une longueur élémentaire de tuyaux, soit au maximum 7 m dans notre cas. Dans le but de respecter le domaine de mouvement autorisé des différentes jonctions, un plan très précis de l'installation a été réalisé, en suivant au plus près le profil de la digue et en utilisant les coudes habituels du système : raccords aux angulations de 45°, 22°5, 11°25, dimension des tés et diverses pièces de raccordement. Une simulation des tassements prévisionnels a ensuite été réalisée et a démontré que moins de 50 % de la capacité des jonctions était utilisée, laissant une très confortable marge de sécurité ; néanmoins, les jonctions ont été verrouillées, empêchant tout déboîtement, avec le souci d'apporter une sécurité supplémentaire, dans un environnement sensible.

Le plan d'installation de la conduite a ensuite été soumis à l'approbation conjointe du bureau d'études et des Services Techniques du Waterschap-pen, Maître d'Ouvrage.

Cette préparation minutieuse du chantier a rendu possible un prédimensionnement de certains éléments en usine, en ajustant parfaitement la longueur des tronçons entre deux changements de direction et en évitant ainsi les opérations de coupe et de réfection des revêtements sur chantier lors de la mise en œuvre.

Enfin, une installation très précise avec contrôle de la position d'enfoncement de chaque tuyau a complété ce dispositif, permettant un travail rapide, précis et prenant en compte toutes les contraintes spécifiques au projet. Sachant que le chantier a démarré mi-septembre, il était impératif de finir tous les travaux entre la digue d'hiver et le fleuve pour la mi-novembre, rapidité et sécurité de mise en œuvre ont pu ainsi être conciliées.

Le maximum de sécurité a été également à l'origine de la spécification de la protection extérieure de ces canalisations. Face à la nature variée des terrains traversés, à la présence d'argile, constituant principal des digues, aux couches limoneuses soumises aux battements de la nappe phréatique en partie basse entre la digue d'hiver et la digue d'été, une protection haute sécurité par un revêtement extérieur épais de polyuréthane a été spécifiée, garantissant ainsi une insensibilité totale à toute corrosion par les sols.

En conclusion, au travers des différentes phases, ce travail de conception, de spécifications techniques et d’adaptation aux contraintes particulières de ce projet stratégique et d'assistance sur chantier, les tuyaux en fonte ductile pour l'assainissement démontrent leur fiabilité parfaite en vue d'assurer une sécurité maximale de l'environnement.