Sous-thème a.4.

construction sur zones de décharge

Rapport général deG. Cartier

L. C. P. C.. Paris

Introduction

Une des activités importantes de I'homme depuis qu'ilvit en sociétés organ isées consiste à stocker oudétruire les déchets produits par son activité. C'est,bien entendu, avec la croissance industrielle et lapoussée démographique de ces dernières décenniesque cette situation est devenue cruciale au point queles problèmes techniques posés nécessitent d'avoirrecours à diverses spécialités allant du génie sanitaireà la géotechnique. Ceci n'est pas étonnant si I'onsonge que le stockage des différents résidus moder-nes, dont la production croît plus ou moins exponen-tiellement avec le temps, est devenu un problèmeéconomique maieur pour tous les pays industrialisés etque les solutions pour leur traitement ou leur réemploine sont ni simples, ni bien connues. D'après Sowers(1976), la production de déchets aux Ëtats-Uniss'élevait en 1976 à 10e à 3 x 10e tonnes par an, soit unemoyenne de 10 à 30 kg par personne et par jour. Parmicette quantité, 1 à 2 kg sont imputables à laconsommation individuelle journalière. Ceci est àcomparer aux chiff res fournis en 1979 dans les cahierstechniques de la Direction de la Prévention desPollutions, soit 0,6 à 1kg par habitant et par jour.

De nombreux proiets et quelques réalisations existentpour traiter, dès leur production, les résidus ménagerset. industriels (Maes, 1 980) :

le recyclage . il permet de rédu ire la taille desinstallations de traitements ultérieurs, d'économiserles matières premières et l'énergie. Toutefois, I'inser-tion des matériaux récupérés dans les circuitscommerciaux et industriels pose un problème détermi-nant.

I'incinération ; elle permet la récu pération del'énergie interne des résidus combustibles. Actuelle-ment, 20 p. 100 du tonnage d'ordures ménagèrescollectées en France (15 millions de tonnes en 1980)est incinéré; si cette proportion passait à 50 p. 100 uneéconomie d'énergie primaire supérieure à 700000 t

REVuE FRANÇAIsE DE cEorEcHNrouE NUMERo r 7 27

d'équivalent-pétrole pourrait être réalisée chaquean née. Toutefois, aussi parf aits que soient lesprocédés d'incinération ils nécessiteront toujoursl'élimination, et donc le stockage, de résidus solides(mâchefer notamment) qui peuvent difficilement êtrerécupérés par ailleurs, compte tenu de I'irrégularité dumarché. De plus, le coût de ces installations pourraitles limiter aux grosses agglomérations.

la pyrolyse.' la fermentation méthanique et lecompactage sont d'autres exemples de traitements desrésidus qui utilisent leurs pouvoirs énergétiques oufertilisants.

Tous ces procédés, bien qu'extrêmement prometteurs,nécessitent encore de gros efforts de recherches et nepermettront pas, de toute façon, de traiter I'ensembledes résidus (notamment industriels). On se retrouvedonc finalement avec une quantité importante dedéchets ou de sous produits que I'on peut chercher àréutiliser dans les structures terrestres (remblais parexemple), ou stocker de manière à ce qu'il n'aient pasd'influence sur I'environnement (pollution des nappesnotamment) voire qu'ils puissent être utilisés commeterrains de fondation.

Cette dernière possibilité, qui en d'autres termes apour objectif la construction d'ouvrages sur zones dedécharges, se retrouve généralement dans les deuxcas suivants (Cartier, 1979) :

1 ) Un projet doit être implanté su r u ne zone dedécharge tout en satisf aisant aux critères desstructures projetées (bâtiments, remblais, déblais,ouvrages d'art, ouvrages hydrauliques...); il faut alorsévaluer les possibilités de ïondation sur ces matériauxcompte tenu du coût important qu'entraînerait unesubstitution. ll peut éQalement s'agir de constructionsexistantes qui présentent des désordres et dont on veutconnaître l'évolution.

2) On doit créer une zone de stockage de résidus et onsouhaite, en fin d'exploitation, réhabiliter le terrainpou r y constru ire des structu res, gén éralement

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'srnelne srne; red e;erouolluoruelu! aUnoc eun,p 1elqo,1 lrpl luo sreruald xnapse; anb sJole leJgugg rneyoddeg np uorluarualur,lap srol sgluesg.rd glg luo salcrpp staru)ep xnêp se-'l

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t-l eruQtll-snosnP sagluasgrd suolleclunururoc sep es^;euy

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couramment rencontrés dans les résidus) et à la scellerau sol par injection de ciment sous pression. Le coulisutilisé peut être associé à une protection du pieucontre la corrosion et également assurer un remplis-sage des vides du terrain. Les essais de chargementrapportés par l'auteur témoignent du comportementcorrect de la fondation qui, par ailleurs, ne semble pasposer de problème de flambement, notamment en casd'évolution des vides de la décharge. ll semble bien,finalement, que l'on dispose avec ce type de procédéd'un moyen efficace de traitement a posteriori deconstructions subissant des tassements ou des défautsde capacité portante. Pour les projets une comparai-son économique reste à faire avec les autrestraitements possibles.

M. Gambin et P. Guinnement développent les princi-pes généraux et les principaux avantages du traitementen masse par la méthode de la consolidationdynamique. Outre quelques références étrangèresd'application de la méthode aux zones de résidus, quiseront intéressantes à consulter, les auteurs présen-tent quatre exemples localisés dans I'ouest de laFrance. Dans chacun des cas, les objectifs ont étéatteints puisque les caractéristiques mécaniques duterrain mesurées au pressiomètre ont généralementété multipliées par un facteur 3 à 4 et que l'évolutiondes tassements semble avoir été stabilisée, tout enassurant probablement une certaine homogénéisationdu matériau. On notera avec les auteurs que les règlesd'utilisation de la méthode pour les sols usuels restentdifficiles à extrapoler aux remblais d'ordures. De plus,il existe certainement une limite d'efficacité vis à vis dela profondeur (noter que les cas présentés n'excèdentpas 7 m d'épaisseur) et vis à vis des déchets noyés oùtrès putrescibles (ordures ménagères notamment).

J.:P. Cudennec, J.-P. Gigan et G. Cartier complètent lapanoplie des méthodes de traitement des décharges derésidus en montrant à partir de trois exempleslargement instrumentés comment le chargement (qu'ilsoit définitif ou réalisé à titre de préchargement avantconstruction d'un ouvrage définitif) permet d'augmen-ter les caractéristiques mécaniques du matériau etquelle est I'allure des tassements correspondants. Onretiendra que dans les cas présentés où les résidusétaient essentiellement constitués de gravats et déblaisde terrassement, donc avec un faible pourcentage dedéchets industriels et ménagers, les tassements ont étéassez modestes (3 % de l'épaisseur initiale aumaximum) et obtenus en quelques mois, c'est-à-direen général suffisamment rapidement eu égard auximpératifs des chantiers. Les caractéristiques mécani-ques ont généralement été multipliées par deux si l'onen croit les mesures au pressiomètre qui, par ailleurs,semblent pouvoir être utilisées pour la prévision destassements, sous réserve que I'on puisse aboutir à ladéfinition d'une gamme de valeurs numériques pour lecoefficient ct qui caractérise le sol et la géométrie duremblai. En tant que traitement, la méthode dupréchargement apparaît satisfaisante et il reste àréaliser des comparaisons efficacité-coût, par exempleavec la consolidation dynamique.G. Cartier dresse un inventaire des problèmes géo-techniques posés pour les résidus urbains qui sedistinguent des autres déchets par la prédominance del'activité biochimique due à la forte proportiond'éléments putrescibles. La première partie présenteles principales caractéristiques de ces résidus et unétat des connaissances bibliographiques sur lestassements, la capacité portante, I'amélioration et letraitement des ordures ménagères. Les mesures

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présentées su r l'évolution des tassements de deuxdécharges montrent toutefois que les corrélationsproposées dans la littérature technique méritent d'êtreprécisées su r de plus nombreux sites et que ladétermination de certains paramètres, comme ladensité ou I'indice des vides, est fondamentale maisdélicate à réaliser.

Caractéristiques des différents types de résidus

Les résidus que I'on peut rencontrer dans les projetsde constructions sont très variés et d'un comportementtrès différent suivant leur composition. On peut lesclasser grossièrement en trois catégories :

Les déchets et sous produits industriels. ils sonttrès particuliers suivant leur nature et leur provenance.Les plus couramment rencontrés sont les déchets demines, les résidus d'incinération, les cendres, les spusproduits d'industries textiles et chimiques, les résidusde décantation. Dans la plupart des cas, ils correspon-dent à une production continue et sont doncrelativement contrôlés et homogènes" Leur diversité,par contre, est telle que I'on ne peut pas lescaractériser globalement et qu'ils doivent être I'objetd'études panticulières. Quand ils ne sont pas organi-ques et composés d'éléments résistants, ces matériauxse compactent généralement bien et ne posent pas deproblèmes insu rmontables en tant que terrain def ondation.

Les décharges (( sauvaEes >, ; les périphéries urbai-nes sont typiques de ces sites remblayés de façon peuou pas contrôlée" ll s'agit le plus souvent d'anciennesballastières que les exploitants ont abandonnées ouont cornblées de matériaux divers. On y trouve desmatériaux de démolition (grava.ts, briques, bois,...),des exédents de déblais (limons, "..), des << monstresménagers )) (néfriEérateurs, cuisinières, matelas, ...),ainsi que des ordu res ménagères mais en quantitégénéralement faible (fig" 1)" Ce dernier point est en faitprimord ial et il faut, dans ces cas, s'attacher àcaractériser le pourcentaEe de matières putrescibles.Quand il est faible, on peut s'attend re à u ncomportement global satisfaisant, sous réserve d'untraitement par compactage ou préchargement, ainsiqu'en témsignent Cudennec et al., et Gambin et al.dans leurs communications écrites. Si les matériauxputrescibles prédominent on s'approche du comporte-ment des décharges d'ordures ménagères.

2g

Fig. I Ancienne ballastière comblée de résidus divers

Fig. 2 Mise en dépôt de déchets ménagers dans une dé-charge contrôlée

Les déchets ménagers.' les résidus de I'usagedomestique sont traditionnellement stockés dans desdécharges municipales qui peuvent également rece-voir la collecte de déchets variés. Toutefois, la prise encompte de plus en plus fréquente des problèmesd'environnement encourage les municipalités à avoirrecours à des installations plus rationnelles facilitantd'ailleurs une réhabilitation'des sites après exploita-tion. Les décharges contrôlées ainsi réalisées consis-tent essentiellement en un épandage des ordures encouches successives de 2 à 2,5 m d'épaisseu rrecouvertes chaque jour d'un matériau inerte. Cetteopération est assortie d'un compactage à l'aided'engins munis de roues à bandages spéciaux (type

" pied de mouton >>, par exemple) ou d'u n broyagepréalable à la mise en dépôt. Dans I'optique d'uneutilisation comme terrain de fondation, les matériauxde ces sites présentent I'avantage d'être homogènes etd'avoir une densité élevée (fig. 2).

La composition des décharges d'ordures ménagèresvarie bien entendu d'un site à I'autre; on noteratoutefois sur le tableau I une valeur moyenne f rançaise(Maes, 1979) assez comparable aux valeurs trouvéesdans la littérature technique. La détermination de cette

composition sL! r u n site donné est particulièrementimportante car il apparaît à l'évidence que lecomportement global de la construction à éaliserdépendra du comportement des différents consti-tuants. De ce point de vue, on peut dresser un brefinventaire des principales caractéristiques des élé-ments constituant une décharge d'ordures ménagères(Sowers 1973) :

Déchets alimentaires : Humide. Fermente et pourritrapidement; compressible.

Papiers- Iissus : Humide. Pourrit et brûle; com-pressible.

Déchets de pelouses, brouss ailles, souches :

Humide. Fermente, pourrit et brûle.

Matières plastiques. Sec. Compressible; indes-tructible sauf par combustion.

Matériaux métalliques divers (boîtes de con -serve, ...) : Sec; se corrode et s'écrase.

Masses métalliques (cuisinières, ...) : Sec. Rigide;se corrode légèrement.

Caoutchouc (pneus) ; Sec. Brû le; cornpressiblemais ne s'écrase pas; ne pourrit pas.

Verre : Sec. S'écrase; indestructible.

Matériaux de démolition. Sec. S'écrase et secomprime.

Cendres Déchets chimiques: Très humide.Compressible; actif ch imiquement; partiellementsolu ble.

Ces différents processus de décomposition sontdirectement liés à la teneu r en eau (l'expression.. teneur en matières liquides,, serait peut être mieuxadaptée) régnant dans les décharges. Rao (1974) relatedes mesu res faites à I'U n iversité de Pu rd ue en 1 959 q u i

montrent que la teneur en eau peut être de 65 à72"/"dans les matières végétales et animales et environ de 1

à 3 % dans les résidus plus solides. Ceci correspond àune valeur moyenne de 20 % qu'il faut rapprocher des20 à 50 o/" annoncés par Sowers (1973) et de valeurssimilaires données par ailleurs (Chen et al., 1977\.Malgré la présence d'éléments liquides dans les

Tableau I Comparaison de la composition de quelques décharges municipales

\*éférence

Composition \

Madi sonU. S. A.

Chen et al.

Valeursmoyennes

SowersCarltonMoore et aI.

SpringvaleMoore et al

Coburgt"loore et al

U.S.A.Valeursmoyennes

FRANCE

Valeursmoyennes

Papier, cartonset textilesMatières végétaleset animales

Verre

Métaux

Bois

Plastiques

Démolition(briques, béton ..)

Eléments fins

Divers

44%

29,L t

IO*

6,7 t

lrl t

I,B t

7,2 t

loà4(o^r

20 à 40 r

5à15r

6à16*

oà 5r

1à 2 r

o Ior

oà 5r

5 10r(pneus )

42,2 t

24,5 %

11,5 t

tlr

1o,5 t

o,3.t

28,3 t

45,3 t

13,6 t

8,7 t

3,6 t

o,5 t

22,9 t

49,3 t

14,8 t

9ro t

orl t

3,1 t

o,8 t

42r

22,5 t

6r

BI

11 r

IOr

30r

25r

7r

6r

5r

L7r

IOr

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déchares, il faut également noter que 45 "/o du poidstotal des résidus est susceptible de brûler ou de seconsumer, phénomène qui contribue aux tassements.

Le comportement d'une décharge sous chargementest, d'autre part, fortement inf luencé par l'état decompacité du matériau que I'on peut caractériser par ladensité et I'indice des vides. La détermination de ladensité des résidus en place reste u ne opérationdélicate puisqu'il est difficile de prélever un échantillonreprésentatif en profondeur. Les densités que l'ontrouve dans la littérature sont généralement détermi-nées par pesées lors de la mise en dépôts. ll s'agit doncde poids volumiques initiaux. Le tableau ll donnequelques valeurs typiques du poids volumique desordures ménagères. On estime généralement qu'aprèstassements le poids volumique d'une décharge peutatteindre 10 KN/m".L'indice des vides correspondant peut varier dans unefourchette très large suivant que les déchets sont biencompactés (eo : 2) ou non compactés (eo : 15).

Enfin, une particularité essentielle des décharges derésidus ménagers réside dans la décomposition lentedes différents déchets. Une partie de cette décomposi-tion résulte d'activités physico-chimiques (duesnotamment aux infiltrations d'eau et à la chaleurdégagée par le pou rrissement des matières organ i-ques) : oxydation, entraînement de particules, etc...Les solutions liquides qui s'échappent des déchargescontiennent généralement des matières en suspensionet des microorganismes susceptibles de polluerI'environnement. L'essentiel de la décompositionrésulte en fait de I'activité biochimique qui estcontinue : elle est anaérobie en profondeur et aérobieen surface et se traduit par la production de liquides etde gaz. Le méthane et Ie dioxide de carbone sont lesdeux principau x gaz et provien nent essentiellement dela décomposition des déchets animaux et végétaux quicontiennent des hydrates de carbone et des sucres quisont décomposés par les bactéries. La décompositiondes graisses ou de la cellulose contenue dans le papierpeut durer des années si l.'on est en conditionsanaérobies (Laguros et Robertson, 1977). on estimegénéralement que la production de méthane dans lesdécharges peut durer 20 ans. En général la concentra-tion en méthane augmente avec le temps pendant que

celle en CO, diminue. Laguros etdon nent la comparaison su ivanteproduit et le gaz naturel

Robertson (1977)entre le gaz ainsi

La décomposition des résidus produit également desacides organiques qui sont très corrosifs et attaquentles métaux et le béton (Sowers, 1968) et sont donc unfacteur de la décomposition physico-chimique. Cetteaction s'accompagne d'une élévation de la tempéra-ture des déchets qui est par conséquent indicative dela décomposition. On note des moyennes allant de 35 à45'C, voire plus (Rao, 1974).

Problèmes géotechniques rencontrés par lesconstructions sur décharges

o Techniques de reconnaissance. Essais.

La caractérisation d'une décharge de résidus, tant auniveau de la reconnaissance que de la déterminationdes paramètres géotechniques, n'est pas, a priori,redevable des techniques habituellement utilisablespour les sols. Lors de la reqonnaissance préliminaireon se heurte tout d'abord au caractère très hétérogènedu matériau et à la présence de blocs. Taylor (1972)indique qu'il suffit qu'un sondage rencontre un bloc debéton ou même de bois, pour que I'on doive sedéplacer de quelques mètres et recommencer leforage. De plus la quantité de matériau récupérée aucarottage est souvent faible surtout sous la nappe. LeComité de I'ASCE (Committee on Sanitary Engineering

Tableau ll Valeurs typiques de poids volumiques des déchets ménagers

Gaz de décharge Gaz naturel

Méthane 35 à 45 "/o 95 o/"

Éthane 0 3 o/o

Hydrocarbureslou rds 0 2 "/"

CO" 36 Y" 1 o/o

Azote 15 à 25 "/o 0

XférenceTraitemenN

Rao , 1974 Brunner etKel ler, l97l

SowersI 968

Moore et alT977

Yen et Scanlon197 5

Sans compactage

Fai bl e compactage

Compactage sérieux

1,5 à 2 kN/m3

3,5 à 6 kN/m3 3

l0

r.nrl'3

kru/r3

B

à

?12 kN/m"

2 ,5 à 3 ,5 kN/m3

?6 ,5 kN/m"

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Research of the Sanitary Engineering Division) a étudiéde nombreuses décharges à partir d'échantillonsprélevés avec un carottier d'un pouce de diamètre'etsix pouces de longueur battu dans le terrain par unmarteau de 16 kg et vériné au moment du prélèvement.ll ne fait pas de doute que cela ne permet par contrepas d'identifier les matériaux et de faire des essaisclassiques en laboratoire. ll faut pour cela avoirrecours à de gros forages plus délicats et coûteux àréaliser. Afin de caractériser la résistance globale dumatériau et de détecter les passages plus durs ou lesblocs, Sowers utilise I'essai standard de pénétration(SPT). ll précise toutefois que les valeurs élevées,mesu rées localement, Sont rarement représentativesd'une forte résistance et sont généralement dues à unpoint du r. Le pénétromètre classique à cône estégaf ement cité (Florian ,1977). En France, on a utilisé lepénétromètre (généralement dynamique) ainsi que lepressiomètre. Les résultats sont souvent difficiles à

interpréter (fig.3), mais fournissent toutefois desindications notamment su r les hétérogénéités engrand. De plus, Cudennec et al., àinsi que Gambin et-al.ont donné des résultats numériques pressiométriquesqui semblent applicables pour caractériser les phéno-mènes (tassements et amélioration de caractéristiques,respectivement).

RESISTANCE DE rclNTE (MPo)

2 5 1020

Fig. 3 Exemple de résultats d'un essai pénétrométriquedans une décharge municipale

Pour la détermination de modules de déformation desrésidus en place, Moore et Pedler (1977) ont utilisé desessais de plaque de différentes dimensions (diamètres30, 45 et 60 cm). L'interprétation de ces essais estréalisée à I'aide d'un programme sur la base dessolutions théoriques pour les déformations de multi-couches élastiques.

La détermination des caractéristiques géotechniquesen laboratoire est plus difficile pour les résidus quepour les sols. Ceci tient à la difficulté de tailler un

échantillon représentatif, mais également au fait que

c'est essentiellement les paramètres du comportementdifféré (tassements secondaires notamment) qui sontintéressants. De plus, ce type d'essai est à l'évidenceIimité aux résidus possédant une certaine homogé-néité et peu de gros blocs (résidus ménagers, certainsrésidus industriels, cendres,..) Quelques auteurS,

cependant, on adapté le type de matériel existant pourréaliser des essais de consolidation. Rao (1974) utiliseun ædomètre métallique traité à l'époxy, de grandedimension (échantillon de diamètre 60 cm et de

hauteu r 20 cm)" Des ouvertures pratiquées sur le cÔté

de I'appareil permettent de prélever les gaz, et d'autressous l'échantillon permettent de recueillir les liquidespolluants. Des appareillages encore plus sophistiquésont été constru its. Ch en, Zimmerman et Fran klin (1977)qui ont proposé un modèle pour le comportement des

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résidus ont fait leurs essais sur un ædomètrepermettant d'appliquer une contre pression, decontrôler le drainage et de mesurer , la pressioninterstitielle à la base de l'échantillon. De nombreuxauteurs s'accordent toutefois pour reconnaître que cesessais ont une valeur assez théorique et que I'essai dechargement en vraie grandeur reste une solutionmieux adaptée à ces matériaux. Ceci pose toutefois leproblème de I'instrumentation de I'ouvrage expérimen-tal qui doit tenir compte de particularités comme latempérature élevée (dans les décharges d'orduresménagères) et la présence de points durs qui peuvent,par exemple, détruire les rilsans reliant les appareils auplot de mesure (généralement des tassomètres).

o Capacité portante. Fondations

La capacité portante des résidus, c'est-à-dire en faitleur aptitude à supporter des charges, est générale-ment faible. En outre, elle dépend bien entendu desproportions respectives d'éléments très résistants(briques, métaux, ...) et de la façon dont I'ensemble aété compacté. D'autre part, la conséquence directe decette hétérogénéité est que la capacité portante peutêtre très variable d'un point à I'autre du site et setraduire par un comportement différentiel de laconstruction. Une fois encore, on est donc amené àconseiller au projeteur une caractérisation préalablede la constitution de la décharge, par exemple grâce àune campagne pénétrométrique.

Pour ce qui est des ordures ménagères (qui donnentgénéralement les valeurs les plus faibles) la capacitéportante peut être comprise entre 25 et 100 kPa selonl'âge des résidus. Des essais statiques relatés par Rao(1974) indiquent des valeurs de 125 kPa après unepériode de préchargement d'un an. Sowers (1968)propose par contre de se limiter à 50 à 80 kPa si on neveut pas risquer une rupture. Divers auteurs notentégalement que la présence d'une couche de sol biencompacté en surface peut permettre d'éviter desproblèmes pendant et après construction, notammenten assurant une certaine diffusion des charges. Quandil apparaît impossible de construire à la surface d'unedécharge, on peut bien entendu envisager de se fonderen profondeur au niveau du bon terrain. Ainsi que lesouligne Gouvenot ceci pose toutefois des problèmesde réalisation car on peut notamment se heurter à desobstacles infranchissables, même au trépan. De plus,la présence de matériaux en décomposition oblige àprotéger les pieux contre toute corrosion.

o Tassemenfs ; plusieurs mécanismes sont responsa-bles du tassement des décharges de résidus (Sowers,1973) :

Action mécanique : la distorsion et la réorientation desdivers composants produisent une consolidationsimilaire à celle des sols organiques.

Percolation et ravinement: I'eau qui percole à travers lesrésidus entraîne les éléments fins vers les vides laisséspar les plus gros éléments.

Changements physico-chimlques ; il s'agit essentielle-ment de la corrosion, de I'oxydation et de lacombustion.

Décomposition biochimique: la fermentation et la décom-position (aérobie ou anaérobie) des matières végétaleset animales se traduisent par des actions continues, àlong terme.

lntéraction: ces différentes actions interfèrent dans lephénomène du tassement. Les gaz produits par lafermentation brûlent; les acides organiques produisent

g1E6lHBzP10oo-* 12

32

de la corrosion; la consolidation engendre deschangements de volume propices aux percolations.

ll faut ajouter à ces actions le tassement élastique quireprésente un faible pourcentage du tassement total etqui se produit dès I'application de la charge. ll est engénéral réversible.

Les tassements résultant, qui se traduisent parI'expulsion de liquide et de g az, ne cessent quasimentjamais, notamment pour les résidus très organiques oùla phase secondaire est en général prépondérante. Lavitesse de dissipation des pressions dépend en fait deI'indice des vides, de la perméabilité et des caractéristi-ques de compressibilité du matéri au. Zimmerman et al.(1977) ont montré que la variation de la perméabilitédes résidus affecte la vitesse de dissipation despressions alors que les changements dans la matricesolide affectent surtout le taux de fluage. La vitesse detassement d'une décharge dépend finalement de latempérature, de la teneur en eau et des conditionsd'environnement comme la présence d'une nappe oude ravinements. Quand la proportion d'élémentsputrescibles est importante, Ie phénomène de décom-position se produit très vite dès la mise en décharge,puis diminue d'intensité avec le temps et la profondeuren fonction des conditions d'exposition des déchets.En effet, selon Merz et Stone (1966) le tassementaérobie peut être quatre à six fois supérieu r autassement anaérobie.

En général, la majorité des tassements se produisentdurant la première année de mise en décharge (entre lamoitié et les deux tiers du tassement total selonSowers, 1968) ce qui est faùorable pour les construc-tions réalisées sur zone ancienne. Le tableau montrede plus qu'ils sont souvent importants: ils peuventatteindre 10 à 30 % de l'épaisseur initiale sous poidspropre (Comité de I'ASCE; Rao). Le caractère trèshétérogène des décharges provoque par ailleurs destassements différentiels qui sont particulièrementgênants pour la plupart des structures rigides. Afin deminimiser ce problème, Rogus (1960) recommandeune densification de la couche superficielle par I'actionde compacteu rs lou rds, alors que Sowers (1968)suggère le préchargement.

Pou r le pro,eteu r, le problème est bien entendu laprévision de ces tassements. Cuden nec et al. ontmontré dans leur communication à ce sous-thème quele pressiomètre peut être un instrument intéressant.Toutefois, la valeur du coefficient û qui intervientdirectement dans le résultat reste à caler sur de plusnombreux sites. En fait, bien que les essais en placesoient certainement I'outil le plus raisonnable pour cesmatériaux hétérogènes, la littérature technique décritprincipalement des méthodes de prévision basées surles théories ædométriques usuelles pou r les sols.Sowers (1973) se base notamment sur le comporte-ment des sols organiques et décompose le tassementdes résidus urbains en deux phases :

Une phase primaire qui dure rarement plus d'unmois et pendant laquelle I'indice des vides décroîtsuivant la relation bien connue :

décharge contrôlée. Ces résultats, obtenus en suppo-

sant uné densité des matières solides de 2, sont tout à

fait concordants. on a d'autre part porté sur la figure 4

les valeurs obtenues Sur les sites de Roanne et

d'Arnouville (cartier, 1981) et qui semblent apporter un

certain crédit au fuseau de Sowers'

Une phase secondaire qui résulte de la compres-

sion secondaire, de I'action physico-chimique et de la

décompostion biochimique et qui se traduit par larelation :

^t"Ae-ez-êr: !9,.,

entre I'indice des vides et le temps. Le coefficient de

compression secondaire ct est donné par la figure 5

suivant les conditions de la décomposition'

ces dernières valeurs sont généralement considérées

pessimistes. Keene (1977) a réalisé des mesures de

tassement à diverses profondeurs d'une décharge.

cela conduit à une valeur moyenne du coefficient cr qui

est assez proche de la limite << conditions non

favorables à la décomposition ". ceci est confirmé paryen et scanlon (1g75) sur la base de comparaisons de

vitesses relatives de tassements de trois décharges

1 6 I 10 12 11INDICE DES VIDES INITIAL

Fig. 4 lndice de compression en fonction de l'indice des

vides initial

6810 12 11

INDICE DES VIDES

Fig. 5 Taux de compression secondaire en fonction del'indice des vides initial

10zagBLdÈi6ot)

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où oi est la contrainte effective initiale et AoI'accroissement de contrainte dÛ à un chargement.L'indice de compression C" est donné par la figure 4en fonction de I'indice des vides initial. Moore et Pedler(1977) ont confirmé le fuseau donné par Sowers àl'aide d'essais de chargement à la plaque su r u ne

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contrôlées dans la région sèche de Los Angeles. Lavaleur tirée de la déchârge d'Arnouville est par contreplus faible que la borne inférieure du fuseau. Cecipourrait provenir du fait que les conditions dedécomposition de cette décharge contrôlée sontparfaitement anaérobies et que le compactage a ététrès énergique.

Les valeurs de Sowers semblent donc pouvoir êtreutilisées pour des projets, bien que les paramètres àintroduire (conditions de la décomposition, indice desvides, pourcentage de matières organiques) paraissentbien délicats à estimer avec précision. On peutégalement reprocher à ce modèle qu'il soit calqué surle cômportement des sols, alors que la plupart deshypothèses habituelles ne sont pas satisfaites. En effet,on n'a vraisemblablement pas la saturation complète(présence de gaz), les grains et le liquide interstitiel nesont pas incompressibles, la validité de la loi de Darcyest très douteuse et, surtout, on a prépondérance desphénomènes secondaires. Pour tenir compte de ceseffets particuliers, divers auteurs ont proposé desmodèles plus sophistiqués. Zimmerman et al. (1977),notamment, ont bâti une relation entre la dissipation depression interstitielle et le temps qui se présente sousforme d'une équation de continùité incluant I'influencedes déformations, de I'activité chimique et biologiqueet de la variation du degré de saturation avec le temps.

Les essais de consolidation en laboratoire, réalisés parRao (1977) puis Chen et al. (1977), ont montré unebonne concordance entre les mesures et les prédic-tions faites suivant ce type de modèle. Toutefois,I'allure des courbes de tassements mesurés enlaboratoire est très différente de ce que I'on obtient engénéral in-situ et la distribution en fonction du tempsque I'on peut calculer dépend essentiellement de lathéorie choisie pour tenir compte des effets secondai-res. A l'évidence, de nouvelles recherches, aussi bienen laboratoire qu'in-situ, semblent nécessaires si I'onveut développer des méthodes de prédiction destassements et affiner les ordres de grandeur desparamètres. En pratique, les calculs de tassementsrestent délicats et, chaque fois que cela est possible, lesuivi d'une planche expérimentale en vraie grandeurest le meilleur outil de prévision du comportement deI'ouvrage définitif.

o Phénomènes /iés à l'activité biochimiqueLe méthane contenu dans le gaz des décharges estlégèrement soluble dans I'eau et très léger, ce quiexplique qu'il se dégage verticalement. euand ilrencontre des vides importants, il s'y accumule ce quipeut être très dangereux lors d'excavations ou desondages (formation de grisou). Stone (1978) et MacFarlane (1969) relatent ainsi un certain nombred'accidents avec morts d'hommes ou dégats matérielsimportants (explosion, feux).

Laguros et Robertson (1977) montrent de plus queselon les caractéristiques de la décharge (perméabilité,pouvoir d'absorption, minéralogie des sols, nature dugaz) la nappe de gaz peut se propager sur desdistances de I'ordre de 200 m.

Le contrôle de la concentration des gaz (avant qu'ellene devienne dangereuse), nécessite un appareillageparticulier. York et al. ont développé cet aspect duproblème en réalisant des mesures in-situ à I'aide dedifférentes méthodes (tubes évents ou membranesemprisonnant le gaz en surface) et de différentsappareils (analyseur de gaz, mesure de pression,mesure du débit, etc.). Le géotechnicien, de son côté,est concerné par les dispositions constructives

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permettant de récupérer le gaz ou d'assurer uneventilation en toute sécurité à proximité des construc-tions. Parmi les nombreuses méthodes existantes oncitera les tranchées (autou r et dans lâ décharge)remplies de graviers ou les tuyaux d'aération (fig. 6).on peut également avoir recou rs à des recouvrementsimperméables et des membranes mais ces dernièressont parfois incompatibles avec des grandes déforma-tions. Dans tous les cas le réseau doit être dimensionnépour éviter toute sous pression sous les ouvrages etêtre équipé de tuyaux de ciment résistants au sulfateset munis de joints souples pouvant admettre desdéformations différentiel les.

La décomposition produ it également des acidesorganiques qui attaquent les tuyaux d'acier, les drains,les fondations de bâtiments. Un tuyau d'acier galvanisépeut, en effet, être piqué en un an s'il n'est pas traitéavec un revêtement résistant à la corrosion. c'estégalement le cas du ciment qui est attaqué par I'ionsu lfate.

Les problèmes de pollution du sous-sol par les liquidess'écoulant de la décharge nécessitent, bien entendu,d'être évalués en même temps que les aspectsgéotechniques.

. Terrassemenfson dispose de très peu de renseignements sur lesproblèmes posés par les terrassements dans lesrésidus. On comprend que le caractère hétérogène etfa présence de blocs ne facilitent pas la réalisationd'excavations et conduisent à prévoir un matérielapproprié à ces conditions. Dans les décharges derésidus uniquement ménagers on a noté que lematériel'traditionnel pour les terrassements (Scrapper,dumper) était peu efficace notamment à cause ducaractère très fibreux du matériau et du fort coefficientde foisonnement dans les bennes. Dans ce cas,I'utilisation d'une pelle hydraulique qui << coupe' lematériau est préférable. Bien entendu les cadencess'en trouvent réduites et les coûts augmentés d'autant.Enfin, Sowers signale également I'aspect pénible de cetravail et relate même des cas d'asphyxie ou de matadiedu personnel.

Fig. 6 Systèmes d'aération d'une décharge

Amélioration et traitement des décharges derésidus

Les différents problèmes qui peuvent se poser lors dela construction sur décharges de résidus ayant étéquantifiés selon les quelques règles précédentes, onest assez souvent amenés à envisager une améliorationdu site, notamment af in d'augmenter la capacitéportante et de rédu ire ou anticiper les tassements.Pour cela diverses techniques sont envisageables sansque, dans l'état actuel des con naissances, on soit

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SUBSTRATUM

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SUBSTRATUM

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parfaitement capable de dire lesquelles sont les mieuxadaptées en fonction des différentes conditionsren contrées.

o Compactage: bien que la densité d'une déchargeaugmente naturellement avec le temps, il est intéres-sant de densifier les résidus lors de leur mise en dépôtpuisque I'on a vu que ce facteur influe sur lecomportement sous charge. ll permet de diminuer levolume initial, de réduire les vides et d'uniformiser lematériau. Le résultat final dépend évidemment del'équipement utilisé, du nombre de passes et del'épaisseur des couches compactées mais égalementde la teneur en eau lors du compactage. Le matérielspécialement conçu pour les décharges contrôlées estgénéralement lourd et permet de niveler et de broyerles résidus (pieds de moutons). Sowers indique queI'efficacité du compactage est maximale durant les 8 à12 premières passes et limitée en profondeur à environ3 mètres.

Quand la décharge est déjà en place au moment où onréalise le proiet, le compactage en surface devient peuintéressant mais on peut alors avoir recou rs à laconsolidation dynamique qu i, comme le montrentGambin et al., permet d'augmenter les caractéristiquesde déformabilité et d'homogénéiser la masse deterrai n.

o Préchargement : cette méthode, qu i consiste àplacer u ne charge su r le terrain jusqu'à ce que lavitesse de tassement soit compatible avec les critèresde I'ouvrage à construire, est classique et efficace pourles sols. Pour les résidus, les essais à la plaque deMoore et Pedler (1977) ont montré I'influence positived'u n préchargement su r la vitesse et la valeu r destassements à cou rt terme (f ig . 7). Toutefois, leu ramplitude finale est gouvernée par le comportement àlong terme et il subsiste'dans ces résultats un doutequant à I'efficacité du préchargement sur la compres-sion secondaire. Les mesures rapportées par Cuden-nec et al. montrent toutefois que sur les sites derésidus divers comportant une faible proportiond'éléments putrescibles, le préchargement est tout àfait efficace vis-à-vis des tassements, qui se stabilisenten quelques mois, et vis-à-vis des caractéristiquesmécaniques qui sont facilement doublées.

o lnjections: Rao (1977) a réalisé des essais enlaboratoire et en cuve su r des résidus traités auxcendres volantes, elles-mêmes intéressantes à réutili-

CONTRAINTE APPLIQUEE ( K Po )

o9 20 30 40 50

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\Pr"ôchonge 13,6 kfoSons pnéchongement -'----

\\\

Fig. 7 lnfluence d'un préchargement sur /es fassementsde résidus provoqués par un essai de plaque

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ser. Les résultats sont toutefois encore insuffisants etde nouvelles recherches seraient souhaitables ainsique sur les injections de produits accélérant ladécomposition (mélange d'azote, de phosphore et depotassium).

Conclusions

Les projets actuels conduisent de plus en plus souventles géotechniciens à étudier la faisabilité de construc-tions sur zones de stockage de résidus. Les problèmesqui se posent lors de ces études sont divers et délicatsà aborder, ainsi qu'en témoigpe I'analyse de labibliographie et de quelques cas réels rapportés à cesous-thème :

- Caractérisation des matériaux: I'hétérogénéité desconstituants, les difficultés rencontrées lors desreconnaissances et I'inadéquation des essais courantsne permdttent pas de fournir une modélisation simpledu matériau en vue d'une quantification desphénomènes.

- Capacité portante : la faible capacité portante de laplupart des résidus peut être améliorée par compac-tage, mais les auteurs recommandent toutefois deprendre des valeurs admissibles assez faibles pouréviter toute rupture.

- Iassemenfs.' on assiste généralement à unepremière phase rapide, importante et différentiellesuivie d'une phase secondaire qui dépend de la teneuren matières organiques. Divers modèles tenant comptede ces effets différés ont été proposés pour les orduresménagères, mais les résultats restent dispersés et ilapparaît qu'il faudrait entreprendre d'autres recher-ches, aussi bien en laboratoire qu'in-situ, si I'on veutdévelopper de meilleures méthodes de prédiction destassements et affiner les ordres de grandeur desparamètres. En ce qui concerne les résidus decomblement de ballastières et certains résidus indus-triels où la proportion de sol I'emporte sur celle desmatières putrescibles, les tassements doivent être plusrapides et peuvent certainement être anticipés parpréchargement avant construction.

- Dispositions construcfives : les projets doivent tenircompte du caractère polluant des résidus et notam-ment de la production de liquides corrosifs et de gaztoxiques. Quelques indications sont données dans lalittérature vis-à-vis de ces phénomènes, ainsi que sur letraitement que I'on peut appliquer aux résidus pourdiminuer les conséquences de I'activité biochimique(compactage, préchargement, injections, ...). Ce der-nier aspect, fondamental pour les projets réels, restetoutefois à développer si on veut disposer de méthodesbien adaptées aux différents cas.

Ces différents aspects spécifiques des décharges derésidus font que le géotechnicien est actuellementrelativement mal armé pour dimensionner des structu-res sur ces sites. Dans l'état actuel de nos connaissan-ces, I'alternative passe par un suivi de planches d'essaien vraie grandeur permettant notamment de suivre lesmouvements induits. Pour I'avenir, l'accumulation deces cas devrait de plus permettre de classer de façonplus fine les différents matériaux et de définir uneméthodologie d'étude, depuis la reconnaissancejusqu'au dimensionnement. On ne peut que souhaiterpar ailleurs que cette méthodologie inclue despréoccupations plus vastes que celle de la seulemécanique des sols et notamment tout ce que le motenvironnement englobe dans le langage actuel.

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