Notre dossier étanchéité #3 : les membranes bitumineuses
Typologie des membranes bitumineuses
Les géomembranes bitumineuses et les feuilles préfabriquées mince (FPM) en bitume ont été parmi les premiers produits d’étanchéité utilisés sur les chantiers environnementaux et d’ouvrages d’art.
Très utilisées aux débuts de l’étanchéité, les membranes bitumineuses sont toujours mises en œuvre pour les travaux d’étanchéité d’ouvrages hydrauliques ou de cuvelage d’ouvrages d’art.
Les feuilles préfabriquées, en fonction de leur composition, peuvent être utilisées :
- pour l’étanchéité des ouvrages d’art comme les ponts routes, les ponts rails
- pour des ouvrages sous remblai et sont soudées en plein sur les supports béton.
Les géomembranes sont, elles, posées en indépendance.
Dans le cas des parkings ou des bâtiments, les FPM peuvent être posées :
- en adhérence totale
- en semi-indépendance
- ou en indépendance du support
Législation et membranes bitumineuses
Dans le cadre des travaux d’étanchéité de bâtiment, les complexes bicouche bitumine représentent bien plus de la moitié des systèmes d’étanchéité employés.
En fonction de l’utilisation du produit, le complexe peut disposer d’avis technique du CEREMA, du Centre d’Etudes des Tunnels (CETU) ou du Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB).
Les géomembranes bitumineuses disposent de la certification de produits ASQUAL.
Le groupe Galopin pose plusieurs centaines de milliers de m² de feuilles préfabriquées et de géomembranes bitumineuses chaque année.
Nous disposons de plus de 34 années d’expérience pour les travaux de bâtiment et de plus de 22 ans pour les travaux hydrauliques et d’ouvrages d’art.
Le savoir-faire de notre personnel est reconnu dans le domaine de l’étanchéité et pour les travaux de mise en œuvre de géomembranes ; nos soudeurs disposent de la certification ASQUAL de soudage de géomembrane.
Bien que moins sensibles au poinçonnement que les autres types de géomembranes, les membranes bitumineuses sont protégées contre le poinçonnement par des géotextiles de caractéristiques adaptées et font partie comme tous les autres types de géomembranes du Dispositif d’Etanchéité par Géomembrane (DEG) ou du Dispositif d’Etanchéité et de Drainage par Géosynthétiques (DEDG).
Les géomembranes bitumineuses sont utilisées pour des travaux de confinement de matériaux présentant un risque radiologique comme sur les sites d’ORANO.
Les géomembranes bitumineuses sont aussi utilisées pour des travaux de réhabilitation de canaux comme ceux du Canal de Provence ou encore pour des confinements de terrils de mines de potasse.
De nombreux bassins sont réalisés à l’aide de géomembrane bitumineuse en bordure du réseau routier français.
Les FPM jouent un rôle très important dans les ouvrages d’art car elles permettent d’empêcher les infiltrations d’eau dans les bétons structurels, évitant ainsi la corrosion des aciers.
Un ouvrage d’art bien étanché voit sa durée de vie augmenter tout en diminuant ses coûts d’entretien.
Tous nos travaux réalisés à l’aide de géomembrane bitumineuse ou de FPM sont couverts par une garantie décennale.
Caractéristiques des membranes bitumineuses
Parfois appelés géotextiles bitumineux, elles sont constituées de plusieurs composants en fonction de l’utilisation du produit et chacun de ces composant a une fonction particulière.
Le voile de verre ou le géotextile polyester ont pour fonction d’assurer les caractéristiques mécaniques de la géomembrane, le liant bitumineux assurant l’étanchéité.
La surface de la géomembrane peut être recouverte soit d’un film thermofusible soit de paillettes de silice.
En fonction du type de bitume (oxydé ou polymère), les caractéristiques des géomembranes sont différentes (soudabilité, pliabilité, résistance mécanique…).
L’épaisseur des géomembranes varie de 3 à 6 mm tandis que les feuilles préfabriquées présentent généralement une épaisseur de 4 mm.
Leur densité importante fait que les produits fabriqués à partir de bitume coulent et résistent mieux au vent que les autres types de géomembranes.
Leur composition chimique fait qu’elles résistent bien aux produits chimiques ou à une longue exposition aux UV.
Des ouvrages hydrauliques étanchés dans les années 1970 sont toujours en exploitation sans que la géomembrane ne présente de défaut d’étanchéité.
Les traitements chimiques peuvent rendre les membranes insensibles aux pénétrations des racines dans le cas où elles sont mises en œuvre sous remblai ou en toiture végétalisée.
En fonction du type d’armature utilisée et du type de bitume, la rupture aura lieu entre 40 et 60% de déformation. Les géomembranes bitumineuses ont donc une bonne aptitude à reprendre les éventuelles déformations du support sans pour autant être sollicitées en traction.
Les fabricants AXTER, SOPREMA et SIPLAST distribuent des géomembranes et des FPM disposant de certifications ASQUAL et/ou d’avis techniques CETU, CEREMA ou CSTB.
Le bitume peut s’enflammer facilement : il est nécessaire de prendre des mesures de prévention adaptées à chaque chantier. Sur la zone de travail, il faut avoir à disposition un extincteur et éviter de chauffer trop longuement le bitume.
L’assemblage des géomembranes bitumineuses
Quel que soit le type de membrane, les assemblages sont réalisés par fusion du bitume contenu dans chaque lé à l’aide d’un chalumeau à gaz propane.
Une fois la fusion du bitume atteinte, l’opérateur réalise le marouflage de la zone de soudure à l’aide d’un rouleau de poids et de dimensions adaptés.
Conditions de pose des géomembranes bitumineuses
Comme pour toutes les membranes, il n’est pas autorisé de souder les lés entre eux s’il pleut, neige ou s’il y a du brouillard.
Pour les géomembranes, compte-tenu des grandes dimensions des bandes de membrane, en cas d’épisodes venteux, il y a des risques d’envol des lés et il est recommandé de mettre en œuvre un dispositif de lestage adapté dès que les lés auront été déroulés.
L’ASQUAL définit une plage de température extérieure optimale pour les opérations de soudage des géomembranes comprises entre +5°C et +30°C. En dehors de cette plage, il y a un risque de mauvais assemblage.
En tant qu’entreprise disposant de la qualification ASQUAL d’Application de Géomembranes Bitumineuses, en-dehors de cette plage de température, nos soudeurs et chefs de chantiers ne peuvent pas procéder aux opérations d’assemblage des lés.
Pour les géomembranes, les FPM et les complexe bicouche de toiture, le support de pose doit répondre à des exigences particulières dont notamment un délai de séchage minimum du béton.
Le matériel nécessaire pour l’assemblage des géomembranes bitumineuses et des FPM
Pour dérouler de la géomembrane bitumineuse sur 4 à 5 m, compte-tenu du poids des rouleaux, il est nécessaire d’utiliser des moyens mécaniques adaptés comme une pelle à chenilles, un chariot télescopique, des barres et chaines de levage ou des portiques dérouleurs.
Le chalumeau à gaz propane sert à chauffer les 2 lés de géomembrane sur la largeur de recouvrement afin de faire rentrer le bitume en fusion.
Le passage d’un rouleau à maroufler de 5 ou 10 kg sur la zone de soudure par un 2nd opérateur permet de faire adhérer les 2 lés entre eux lors du refroidissement de la matière.
Dans le cas de FPM soudées en plein sur le support, l’Enduit d’Imprégnation à Froid (EIF) est mis en œuvre préalablement aux opérations de soudure à l’aide d’un rouleau de peintre ou d’une spatule suivant la viscosité du produit.
Dans le cadre de travaux d’étanchéité de grands ouvrages d’art comme sur les lignes LGV de la SNCF ou les ouvrages de la Société du Grand Paris, nous utilisons des machines comme la Mini-Macaden® de SOPREMA ou la Mini Jet-Pont de la société SIPLAST. Ces machines automatisées permettent de souder en plein les différents types de FPM à des cadences plus élevées.
Méthodologie de pose et d’assemblage des géomembranes bitumineuses
Afin d’atteindre un niveau de qualité optimal, nous formons tous nos soudeurs en interne par l’application d’une méthodologie de travail très précise résultant de notre expérience.
1. Le déroulage et positionnement des lés
Les rouleaux de géomembrane sont généralement positionnés sur un portique dérouleur en partie haute des talus, afin de faciliter les opérations de déroulage manuel, ou dans la partie supérieure des ouvrages pour les travaux d’ouvrages d’art ou du bâtiment.
Des brouettes à chenilles, des treuils ou des moyens de manutention adaptés sont mis en œuvre sur chantier afin de diminuer la pénibilité des travaux quand cela est possible.
Afin de faciliter les opérations sur chantier, le bureau d’étude du groupe réalise des plans de calepinage prévisionnels en prenant en considération les écoulements sur le complexe.
Les lés sont positionnés avec un recouvrement longitudinal de 20 cm pour les géomembranes et de 8 à 10 cm pour les FPM. En usine, les fabricants apposent un marquage particulier permettant à notre personnel de bien positionner les lés.
Une attention particulière est apportée au respect du sens de tuilage des lés afin de permettre le bon écoulement des eaux.
Dans le cas de géomembrane ou de FPM posées sur un support inflammable (géotextile ou autre), il est nécessaire d’interposer un écran thermique entre la membrane et le support. Un voile de verre est généralement utilisé car il évite la transmission de la chaleur aux couches inférieures du complexe.
2. L’assemblage des lés de géomembranes
Une fois que les rouleaux sont positionnés sur le support et que l’implantation est validée par le chef de chantier ASQUAL, le soudeur peut commencer à assembler les lés entre eux. Les soudures débutent généralement par le point bas de l’ouvrage en remontant vers la partie supérieure des talus ou des ouvrages.
A l’aide d’une canne longue type « langue de chat », le soudeur ASQUAL soulève le lé supérieur de la géomembrane au droit de la zone de recouvrement et fait passer la flamme de son chalumeau en effectuant des mouvements. L’opérateur travaille en reculant et repositionne au fur et à mesure le lé supérieur sur la zone de bitume fondu.
A environ 1,50 m du soudeur, le 2nd opérateur fait passer un rouleau à maroufler sur la zone de recouvrement afin de permettre une bonne fusion du bitume des 2 nappes. Un léger bourrelet de bitume fondu d’environ 2 cm de large doit couler en dehors de la zone de soudure.
3. Les contrôles
Sur chantier, les chefs de chantier ASQUAL réalisent leurs contrôles internes suivant un plan de contrôle défini en interne et inscrit dans notre Plan d’Assurance Qualité (PAQ).
Le chef de chantier réalisera notamment le passage d’une pointe émoussée le long des assemblages afin de vérifier qu’il n’y a pas de décollement de la soudure.
Au niveau des pièces et des points triples, on peut utiliser la méthode de la cloche à vide qui consiste à mettre en dépression une zone particulière de la soudure préalablement mouillée avec de l’eau savonneuse. En cas de fuite, des bulles d’air apparaîtront et feront mousser le produit.
D’autres méthodes de contrôles sont applicables comme le passage d’une lance à air ou par l’échographie des zones de soudure.
Méthodologie de pose et d’assemblage de FPM
1. Imprégnation du support
Le délai de séchage du support doit être de 14 jours minimum. La cohésion du support préparé, sa planéité et son état de surface auront été vérifiés par l’entreprise de gros œuvre avant notre intervention.
Il est nécessaire de réaliser un grenaillage du support horizontal afin d’enlever la couche de laitance superficielle avant le démarrage des travaux d’étanchéité.
La soudure en plein d’une FPM diffère de celle des géomembranes car, avant toute opération de soudure, il est nécessaire d’avoir mis en œuvre un EIF sur toute la surface du support grenaillé. Cet enduit est constitué de bitume en suspension dans un solvant volatil. Après application de celui-ci, on attend l’évaporation (variable en fonction du produit) et on peut commencer les opérations de soudure dès que l’EIF ne colle plus au toucher.
Il se peut qu’il soit nécessaire de mettre en œuvre un produit type bouche-pore afin d’éviter l’apparition de gonfles. Ce produit s’applique de la même manière qu’un EIF classique.
2. Mise en œuvre et soudure de la FPM
Les rouleaux de FPM ont une largeur de 1 m environ et une longueur de 8 m. Ils sont généralement manipulés manuellement par les opérateurs. On assure un recouvrement de 8 cm longitudinalement et de 15 cm en about de lé.
Comme pour les géomembranes, le soudeur chauffe la face inférieure de la FPM mais sur toute la largeur du rouleau cette fois. Le 2nd opérateur réalise le marouflage sur toute la largeur du lé afin d’expulser l’air sous la feuille et ainsi permettre une bonne fusion du bitume de la feuille avec celui de l’EIF qui s’est imprégné dans la couche superficielle du béton.
Pour terminer la soudure, on passe une spatule en biais sur l’extrémité du lé supérieur ce qui permet d’éviter les points saillants qui pourraient s’abîmer dans le temps.
Dans le cas d’une pose mécanisée, le chef d’équipe dirige la machine à souder tandis que des opérateurs alimentent les rouleaux à l’avancement. La machine avance automatiquement à une vitesse programmée en soudant en plein les lés de FPM au support.
Au niveau des extrémités, une bande est laissée en attente, non soudée, et une seconde équipe intervient pour réaliser les soudures des abouts de lés.
Les relevés et retombées d’étanchéité sont traitées d’une manière spécifique, soit à l’aide de FPM, soit avec une résine bitume-polyuréthane compatible avec la feuille posée et la destination de l’ouvrage.
3. Les contrôles
Le chef d’équipe réalise un contrôle visuel des largeurs de recouvrement ainsi que de la qualité de la soudure en observant les dimensions du bourrelet de bitume fondu qui apparaît sur la longueur de la soudure.
Enfin, dans le cas des ponts routes, ponts rails et ouvrages enterrés, nous réalisons des essais d’arrachement de la feuille à l’aide d’un appareil de traction conformément aux fascicules 67 titre I et titre III.
Pour cela, le chef de chantier colle une pastille de 10 cm par 10 cm à l’aide d’une colle à prise rapide bi composants (résine époxyde et agent polymérisant). Après séchage de la colle, on découpe la feuille sur la périphérie de la pastille et on réalise un essai de traction.
Le dynamomètre mesure la force nécessaire à l’arrachement qui peut alors être reportées en fonction de la température mesurée lors de l’essai sur l’abaque du fournisseur.
L’abaque établie en laboratoire permet de vérifier qu’à une température donnée la valeur mesurée est bien supérieure à cette valeur.
La valeur cible est de 0,4 MPa à 20°C.
Ancrages et points singuliers des géomembranes bitumineuses
Les tranchées d’ancrage
Les géomembranes bitumineuses présentent des interfaces plus rugueuses que les géomembranes PeHD.
L’angle de frottement d’interface entre une géomembrane bitumineuse et les géotextiles en contact sont généralement de l’ordre de 18° à 22°C.
Ces angles de frottements sont un avantage dans le cas de dimensionnement d’ancrage et de renforcement pour la stabilisation d’une couche de sol mince selon la norme NF G 38-067.
Pour les bassins de rétention d’eau sans couverture de la géomembrane, une tranchée d’ancrage de section 50 cm par 50 cm est reconnue comme suffisante d’après le Comité Français des Géosynthétiques.
Nous réalisons le dimensionnement des produits de renforcement et des ancrages en fonction des exigences de chaque projet.
Comme pour les autres types de DEDG, nous pouvons dimensionner des tranchées d’ancrage, des ancrages à plat, des lestages ou des systèmes innovants d’ancrage type GRIPPLE®.
Le raccordement sur les ouvrages en béton – Fixation mécanique étanche
Pour le raccordement des géomembranes bitumineuses sur les ouvrages en béton, il est possible de réaliser des fixations mécaniques qui peuvent aussi être complétées par une soudure en plein de l’extrémité de la géomembrane sur l’ouvrage.
Dans ce cas, les soudures sont réalisées de la même manière que pour une FPM.
L’ouvrage béton réalisé par l’entreprise de génie ou de terrassement répondra à certaines exigences détaillées ci-dessous.
Le massif béton doit être dosé à environ 350 kg/m², avoir une épaisseur minimale de 20 cm ; un espace d’environ 30 cm doit être ménagé de part et d’autre de la génératrice extérieure du collecteur.
Notre équipe positionne un joint compressible de type 3M entre le béton et la géomembrane. Un plat en fibre composite ou en acier inoxydable (en fonction des liquides contenus dans le bassin) est mis par-dessus le joint et un perçage tous les 8 à 10 cm environ est réalisé. Des chevilles à frapper ou des goujons d’ancrage sont mis en œuvre pour assurer une compression du plat sur le joint.
Un solin de protection peut être mis en œuvre si nécessaire pour protéger l’arrêt d’étanchéité.
Le raccordement sur les collecteurs lisses – Manchette étanche
Dans le cas d’un débouché réalisé à l’aide d’un collecteur lisse sans massif béton, nos soudeurs sont formés pour réaliser des manchettes autour de ces débouchés, en les adaptant sur site à la pente des talus ou de l’ouvrage.
Pour cela, une découpe particulière aux dimensions du collecteur est réalisée puis foncée sur le tube.
Une soudure manuelle au chalumeau est réalisée pour permettre de raccorder cette pièce de géomembrane à la membrane en partie courante.
Une jupe est alors réalisée sur une longueur d’environ 50 cm le long du collecteur et un collier de serrage est mis en œuvre sur la géomembrane au droit du joint compressible qui aura été placé entre le tube et la géomembrane.
ATTENTION : il n’est pas possible de réaliser ce type de raccordement sur des collecteurs annelés.
Nous espérons avec cet article vous avoir apporté un maximum d’informations pour vous aider dans votre chantier.
Pour plus de précisions, n’hésitez pas à contacter nos équipes, nous répondrons avec plaisir à toutes vos interrogations !