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Etat des connaissances et perspectives de caractérisation des sables d'assainissement Pascal Molle – Abdel Lakel Cemagref – Lyon  –  CSTB – Nantes 6ème assises de l’ANC – 1 Nov 2009
Description du sable : le fuseau granulométrique du DTU 64.1 demeure inchangé au cours des différentes versions – Fuseau très (trop ?) ouvert Aucune recommandation  sur la mise en œuvre du sable (état de serrage) Fuseau du DTU
Quels risques ?  Le fuseau est relativement large : sable fin à sable grossier Comportements différents du système Quelles conséquences en terme d’hydraulique ? de performances ? de pérennité ? physique porosité tassement Quelle mise en oeuvre ? Quel dimensionnement suivant le sable utilisé ?
Méthodologie  Echelle pilote  Caractérisation «paramétrique» des sables hydrodynamique (rétention en eau…) relargage des ions calcium rétention des matières en suspension aération des massifs Caractérisation «multi -paramétrique» des sables performances épuratoires   Plate-forme à échelle 1 =>  Validation Approche «systémique»
Approche scientifique Sable Gravier Terre végétale Gravier Géogrille Frange capillaire Géotextile
Approche scientifique
Tassement des sables Influence sur la porosité du milieu 0,85 2,4 d 60  (mm) 0,33 0,8 d 10  (mm) 34,6 36,6 Porosité min (%) 17,34 16,81 Compacté : densité   (kN/m 3 ) 43,5 44,4 Porosité max   (%) 14,98 14,74 Foisonné : densité   (kN/m 3 ) Sable fin Sable grossier Sable
Tassement des sables Influence sur la perméabilité du milieu Sable grossier Sable fin Sable fin concassé
Rétention en eau 49 25 43 45 60 Temps de séjour moyen (min) sépiolite Florentaise 0,315-1 mélange 0-0,315 Matériaux
Tassement des sables Influence sur la filtration sur 10 cm de matériaux
Tassement des sables Influence sur la filtration sur 10 cm de matériaux
Tassement des sables Masque PowerPoint pour ANC5 Filtre 1.  Sable mis en place à la pelle sous forme foisonnée et non compacté (Idem DTU-64.1) Filtre 2.  sable tassé au jet avec de l’eau propre sur la surface
Distribution de surface L’écoulement se fait toujours à la première fente du tube d’alimentation.
Distribution de surface Répartition très hétérogène Tassement localisé du filtre Colmatage localisé
Observations sur la répartition -1 cm -4 cm -2.5 cm -6 cm -2.5 cm Tassement / planéité du réseau d’alim. ? Sable foisonné : tassements importants Sable compacté hydrauliquement : tassement plus faible
Tassement des sables Écoulement de l’eau et oxygène
Les charges reçues : quelle réalité ? En surface :   Dans le tube de distribution, l’eau ne va jamais au-delà de la 1ère fente Charges hydrauliques pouvant être de 10 à 20 supérieures à celle théorique (30mm/m2/jour) si l’on ne considère que les zones réellement arrosées.  Au fond : 60 % 83 % Maximum (colmaté) 40 % 29 % Minimum Compacté foisonné Surface concernée par les écoulements au fond
Cinétique de relargage du calcium Prélèvement
Cinétique de relargage du calcium Ex. Sable à 17 % de CaCO  3
Rétention des MES
Rétention des MES
Aération des massifs Oxymètre + acquisition de données Pompe péristaltique Eau désoxygénée Agitateur magnétique Sonde
Aération des massifs
Performances épuratoires
Dispositifs expérimentaux  à échelle 1 (AQUASIM) Une nouvelle plateforme d’essais d’épuration Des parcelles d’infiltration en vraie grandeur, modulaires avec nappe dynamique Une fosse climatique capable de tester des procédés à échelle 1 (4 à 30 °C)
Conclusion  Définition des caractéristiques des matériaux Etude de leur comportement biologique Définition de critères de choix Définir des seuils de validité basés sur des caractéristiques ciblées comme déterminantes Pour chaque “famille” de sable Des recherches et des retours terrains sont nécessaires
Conclusion : caractérisation des sables Caractérisations physiques Granulométrie, porosité, surface développée, facteur de forme, friabilité (Los Angeles, Micro Deval) Minéralogie – dissolution Pouvoir de filtration Caractéristiques hydrauliques Ks, Temps de Grant, humidité résiduelle Courbes de rétention (K(  )) capacité d’oxygénation du milieu Biologique Influence de la biomasse Rendements épuratoires pérennité
Etude nationale sur les sables Programme de recherche mené par  le Cemagref  : caractérisation physique, le CSTB : approche systémique, des instances locales : expérimentations in situ Durée : 3 ans Projet à l’étude sous l’égide de l’AFNOR

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  • 1. Etat des connaissances et perspectives de caractérisation des sables d'assainissement Pascal Molle – Abdel Lakel Cemagref – Lyon – CSTB – Nantes 6ème assises de l’ANC – 1 Nov 2009
  • 2. Description du sable : le fuseau granulométrique du DTU 64.1 demeure inchangé au cours des différentes versions – Fuseau très (trop ?) ouvert Aucune recommandation sur la mise en œuvre du sable (état de serrage) Fuseau du DTU
  • 3. Quels risques ? Le fuseau est relativement large : sable fin à sable grossier Comportements différents du système Quelles conséquences en terme d’hydraulique ? de performances ? de pérennité ? physique porosité tassement Quelle mise en oeuvre ? Quel dimensionnement suivant le sable utilisé ?
  • 4. Méthodologie Echelle pilote Caractérisation «paramétrique» des sables hydrodynamique (rétention en eau…) relargage des ions calcium rétention des matières en suspension aération des massifs Caractérisation «multi -paramétrique» des sables performances épuratoires Plate-forme à échelle 1 => Validation Approche «systémique»
  • 5. Approche scientifique Sable Gravier Terre végétale Gravier Géogrille Frange capillaire Géotextile
  • 7. Tassement des sables Influence sur la porosité du milieu 0,85 2,4 d 60 (mm) 0,33 0,8 d 10 (mm) 34,6 36,6 Porosité min (%) 17,34 16,81 Compacté : densité (kN/m 3 ) 43,5 44,4 Porosité max (%) 14,98 14,74 Foisonné : densité (kN/m 3 ) Sable fin Sable grossier Sable
  • 8. Tassement des sables Influence sur la perméabilité du milieu Sable grossier Sable fin Sable fin concassé
  • 9. Rétention en eau 49 25 43 45 60 Temps de séjour moyen (min) sépiolite Florentaise 0,315-1 mélange 0-0,315 Matériaux
  • 10. Tassement des sables Influence sur la filtration sur 10 cm de matériaux
  • 11. Tassement des sables Influence sur la filtration sur 10 cm de matériaux
  • 12. Tassement des sables Masque PowerPoint pour ANC5 Filtre 1. Sable mis en place à la pelle sous forme foisonnée et non compacté (Idem DTU-64.1) Filtre 2. sable tassé au jet avec de l’eau propre sur la surface
  • 13. Distribution de surface L’écoulement se fait toujours à la première fente du tube d’alimentation.
  • 14. Distribution de surface Répartition très hétérogène Tassement localisé du filtre Colmatage localisé
  • 15. Observations sur la répartition -1 cm -4 cm -2.5 cm -6 cm -2.5 cm Tassement / planéité du réseau d’alim. ? Sable foisonné : tassements importants Sable compacté hydrauliquement : tassement plus faible
  • 16. Tassement des sables Écoulement de l’eau et oxygène
  • 17. Les charges reçues : quelle réalité ? En surface : Dans le tube de distribution, l’eau ne va jamais au-delà de la 1ère fente Charges hydrauliques pouvant être de 10 à 20 supérieures à celle théorique (30mm/m2/jour) si l’on ne considère que les zones réellement arrosées. Au fond : 60 % 83 % Maximum (colmaté) 40 % 29 % Minimum Compacté foisonné Surface concernée par les écoulements au fond
  • 18. Cinétique de relargage du calcium Prélèvement
  • 19. Cinétique de relargage du calcium Ex. Sable à 17 % de CaCO  3
  • 22. Aération des massifs Oxymètre + acquisition de données Pompe péristaltique Eau désoxygénée Agitateur magnétique Sonde
  • 25. Dispositifs expérimentaux à échelle 1 (AQUASIM) Une nouvelle plateforme d’essais d’épuration Des parcelles d’infiltration en vraie grandeur, modulaires avec nappe dynamique Une fosse climatique capable de tester des procédés à échelle 1 (4 à 30 °C)
  • 26. Conclusion Définition des caractéristiques des matériaux Etude de leur comportement biologique Définition de critères de choix Définir des seuils de validité basés sur des caractéristiques ciblées comme déterminantes Pour chaque “famille” de sable Des recherches et des retours terrains sont nécessaires
  • 27. Conclusion : caractérisation des sables Caractérisations physiques Granulométrie, porosité, surface développée, facteur de forme, friabilité (Los Angeles, Micro Deval) Minéralogie – dissolution Pouvoir de filtration Caractéristiques hydrauliques Ks, Temps de Grant, humidité résiduelle Courbes de rétention (K(  )) capacité d’oxygénation du milieu Biologique Influence de la biomasse Rendements épuratoires pérennité
  • 28. Etude nationale sur les sables Programme de recherche mené par le Cemagref : caractérisation physique, le CSTB : approche systémique, des instances locales : expérimentations in situ Durée : 3 ans Projet à l’étude sous l’égide de l’AFNOR