De nos jours,‍‌‍‍‌‍‌‍‍‌ en génie civil, déterminer quel matériau de géocellule utiliser est la première étape qui affectera la durabilité d'un projet, les performances d'une structure et les coûts globaux. Les géocellules sont des systèmes de confinement en nid d'abeille 3D fonctionnant principalement en renforçant les sols faibles par confinement latéral. Cependant, les performances des matériaux varient considérablement.

Ce travail compare 6 matériaux géocellulaires populaires - du PEHD traditionnel aux nouveaux alliages polymères (NPA) avancés - en termes de résistance à la traction, de résistance au pelage des soudures, de résistance aux UV, de comportement au fluage et d'adéquation à l'utilisation. Qu'il s'agisse de renforcer les fondations des autoroutes, de stabiliser les pentes ou de construire des murs de soutènement, ce manuel est apte à fournir un équilibre entre sécurité structurelle et durabilité.

1. Qu'est-ce qu'un matériau géocellulaire ?

Geocell est un système de confinement cellulaire 3D en forme de nid d'abeille constitué de bandes de polymère connectées. Lors de leur expansion sur le site, ces bandes créent un réseau de murs confinant et soutenant des matériaux de remplissage tels que de la terre, du gravier, du sable ou du béton.

L’idée principale derrière l’utilisation de la technologie de contrôle de l’érosion par géocellules est le confinement latéral. En limitant le déplacement horizontal des particules de sol, la géocellule améliore la résistance au cisaillement et la rigidité de la couche de sol, résultant en une structure rigide semblable à un matelas. Ce système composite aide à répartir les charges lourdes sur une grande surface, prévient l'érosion, réduit l'orniérage et réduit le risque de défaillance structurelle. Ainsi, les couches mécaniquement stabilisées peuvent résister à des charges nettement plus importantes que les sols sans renforcement.

2. Quels types de matériaux sont utilisés dans les matériaux géocellulaires ?

2.1 Polyéthylène haute densité (PEHD)

Étant le matériau géocellulaire PEHD le plus fréquemment utilisé, le PEHD est la norme industrielle mondiale pour diverses applications, telles que la construction de routes et la protection des pentes.

2.2 Nouveaux alliages polymères (NPA)

Les NPA sont considérés comme des matériaux pour la mise à niveau des produits géocellulaires en plastique et sont conçus spécifiquement pour surmonter le problème de fluage du PEHD ordinaire. Ces matériaux hautes performances sont généralement des combinaisons de différents polymères renforcés de nanofibres ou de résines spéciales.

2.3 Polypropylène (PP)

Le PP est parfois le premier choix lorsque les structures de géocellules nécessitent un matériau plus rigide mais toujours à un prix inférieur à celui des alliages coûteux.

2.4 Polyester tissé/non tissé (PET)

Une fraction des systèmes de géocellules utilisent des géotextiles en polyester haute ténacité au lieu de feuilles de plastique solides.

Les géocellules PET se caractérisent par une résistance élevée à la traction. De plus, ils sont très perméables et l’eau peut circuler à travers les parois cellulaires. La perméabilité est un avantage pour les applications critiques en matière de drainage. Cependant, ces systèmes à base de tissu diffèrent fondamentalement des géocellules à parois rigides et sont généralement utilisés pour des applications spécialisées de contrôle de l'érosion et de drainage plutôt que pour des applications lourdes.

2.5 PEHD recyclé

En raison de l’importance toujours croissante accordée à la durabilité, quelques producteurs proposent aujourd’hui des matériaux géocellulaires fabriqués à partir de résines HDPE recyclées. Les géocellules en PEHD recyclé offrent l'avantage environnemental de détourner les déchets plastiques des décharges et présentent encore de nombreuses caractéristiques du PEHD vierge. Cependant, les propriétés mécaniques, notamment la résistance à la traction et la résistance au fluage à long terme, de ces produits peuvent être légèrement inférieures à celles du matériau vierge. Ces matériaux conviennent particulièrement aux applications légères telles que les sentiers piétonniers, l'aménagement paysager et les routes d'accès temporaires où les niveaux de performance structurelle les plus élevés ne constituent pas la principale exigence.

3. Quel matériau géocellulaire offre le meilleur équilibre entre flexibilité et rigidité ?

3.1 La référence de l’industrie : matériau géocellulaire HDPE

Le polyéthylène haute densité (PEHD) a été largement reconnu comme le compromis le plus raisonnable dans l'objectif principal des travaux d'ingénierie générale. Il offre non seulement une résistance suffisante pour confiner efficacement les matériaux de remplissage, mais conserve également un niveau très élevé de ductilité. Cette caractéristique très rare permet, d'une part, aux géocellules en PEHD de s'adapter à des supports inégaux, de compenser quelques tassements et même de s'adapter aux contours de pentes abruptes, d'autre part, un risque tel que la rupture fragile est totalement exclu.

En raison de sa grande flexibilité, le PEHD utilisé dans les travaux de construction de routes et de stabilisation des pentes est comme un être vivant qui épouse intimement le sol, de sorte qu'il n'y a aucun endroit où l'eau puisse pénétrer et provoquer une érosion en dessous. En outre, le matériau géocellulaire en PEHD pour allée a une capacité suffisante pour se plier un peu sous contrainte sans se casser, ce qui explique pourquoi il est facile à manipuler et assez résistant lorsqu'il est utilisé.

3.2 Intégrité structurelle : matériaux géocellulaires NPA et PP

3.2.1 Nouveaux alliages polymères (NPA) : 

Ce type de matériau est très proche de l’extrémité du spectre de rigidité. Ainsi, bien qu'ils aient de loin l'avantage en termes de capacité de charge du fait qu'ils ne subissent qu'une déformation minimale des parois cellulaires, même sous de lourdes charges de véhicules, ils sont en même temps les moins flexibles lors de l'installation. En fait, les géocellules NPA exigent un degré plus élevé de précision dans la préparation du sol de fondation et ne tolèrent pas très bien les irrégularités de surface.

Cependant, dans les cas où la préservation du niveau exact de la surface de la route est primordiale, par exemple dans les voies ferrées à grande vitesse ou les pistes d'aéroport, cette caractéristique de rigidité s'avère être un avantage non négligeable.

3.2.2 Polypropylène (PP) : 

Le PP présente dès le départ un degré de rigidité plus élevé que le HDPE, ce qui conduit à un toucher plus fort mais en même temps à une plus grande résistance à la déformation instantanée.

Pourtant, cette rigidité supplémentaire s’accompagne de certains compromis. À basse température, la rigidité du PP atteint un tel niveau que le matériau devient cassant. Des fissures peuvent donc commencer à se développer à la suite d'impacts ou de charges dynamiques. Pour les projets exécutés dans des climats très changeants ou dans des zones soumises à de nombreux cycles de gel-dégel, le PEHD, qui est beaucoup plus flexible à basse température, offre généralement une meilleure durabilité dans le temps.

4. Comment se comparent la résistance à la traction et la résistance au pelage des soudures ?

4.1 NPA (Novel Polymeric Alloy) : le leader en matière de performances

NPA étant spécialisé pour ce type d’environnement très stressant, ses caractéristiques techniques portent également la marque de cette spécialisation.

4.1.1 Résistance à la traction : 

Le NPA est le plus résistant parmi tous les matériaux géocellulaires. Grâce aux résines spéciales et aux fibres de renforcement utilisées dans la fabrication du NPA, il est capable de conserver sa résistance même lorsqu'il est soumis à des charges légères et de longue durée. Le module d'élasticité élevé du matériau est tel qu'il résiste fortement à l'étirement, ce qui garantit que la grille géocellulaire conserve sa géométrie de conception même sous des charges de roue très lourdes.

4.1.2 Résistance au pelage des soudures : 

Le NPA surpasse les autres en termes de résistance aux soudures. La liaison moléculaire réalisée dans les soudures du NPA est si forte qu'elle peut résister à la fatigue ou en d'autres termes, il est très peu probable que les joints se brisent même sous les charges répétitives de véhicules très lourds, par ex. camions, trains. Il va sans dire que ce type de résistance à la fatigue est un attribut très nécessaire pour les projets d'infrastructures lorsqu'une rupture de soudure peut même mettre en danger l'ensemble de la couche stabilisée.

4.2 HDPE (polyéthylène haute densité) : la norme de l'industrie

Le PEHD offre un niveau de résistance fiable et répond à la plupart des normes internationales (par exemple GRI-GS13). Cependant, par rapport au NPA, ses valeurs absolues sont généralement inférieures.

4.2.1 Résistance à la traction : 

Le PEHD peut offrir une résistance à la traction forte et fiable, mais le fait est que, comparé au NPA, il a un module d'élasticité inférieur. Cela signifie essentiellement que même s'il est assez difficile de briser le PEHD, le même matériau subira plus d'étirement (fluage) que le NPA avant de se briser. Et la ligne de fuite est suffisante pour être intégrée dans les conceptions des ingénieurs pour la majeure partie des utilisations standards.

4.2.2 Résistance au pelage des soudures :

Les soudures en PEHD sont très cohérentes car le matériau fond et se lie facilement pendant la fabrication. Le processus de soudage du polyéthylène est bien établi et dont la qualité est contrôlée, ce qui garantit une intégrité fiable des coutures. Cependant, dans des conditions de chaleur extrême, la résistance des soudures du PEHD peut diminuer de manière plus significative que celle des matériaux à base d'alliage, ce qui nécessite d'envisager des projets dans des climats très chauds.

4.3‍‌‍‍‌‍‌‍‍‌ PP (polypropylène) : le concurrent rigide

Le PP est plus rigide que le HDPE, ce qui se traduit par une haute résistance à l'étirement initial. Néanmoins, la qualité du soudage pose problème.

4.3.1 Résistance à la traction : 

En ce qui concerne la force nécessaire pour étirer le PP, elle est très élevée au début. Le matériau est plus rigide au toucher et sécurise efficacement les matériaux de remplissage sous des charges statiques.

4.3.2 Résistance au pelage des soudures : 

Différent et parfois problématique. Le polypropylène a la réputation d'être plus difficile à souder par ultrasons que le polyéthylène. Bien qu’une soudure en PP parfaitement fabriquée puisse avoir une bonne résistance, la soudure elle-même est généralement plus fragile que celles du PEHD. En raison de cette fragilité, les soudures en PP peuvent se briser soudainement lors d'un impact violent ou d'une charge dynamique sans céder ni s'étirer, ce qui constitue un mode de défaillance très critique dans les cas de charges lourdes.

5. Quel matériau géocellulaire est le mieux noté en termes de résistance aux UV et de durabilité à long terme ?

5.1 Protection UV et stabilité chimique

Dans la plupart des cas, le HDPE est considéré comme ayant le meilleur niveau de résistance environnementale à long terme. L’ajout de 2 à 3 % de noir de carbone lors de la fabrication des géocellules en HDPE confère à ces matériaux une résistance exceptionnelle aux rayons UV. Le noir de carbone agissant en effet comme un absorbant et un stabilisant très efficaces contre les rayons UV, les géocellules en HDPE peuvent être exposées à des rayons solaires intensifs pendant des décennies sans que leur résistance à la traction ou leur flexibilité ne soient significativement altérées.

De plus, le HDPE est chimiquement inerte, ce qui lui confère une protection supplémentaire contre les dégradations causées par les sols fortement acides ou alcalins, l’eau salée, ainsi que la plupart des agents chimiques présents dans les applications du génie civil. Cette stabilité chimique signifie que le matériau ne deviendra ni fragile ni dégradé lorsqu’il est exposé à des sols corrodifs ou à des polluants industriels.

5.2 Performance à long terme dans des climats difficiles

5.2.1 NPA pour la résistance au décollement :

Dans les environnements structurels soumis à des charges lourdes et durables, le NPA est considéré comme le meilleur matériau, car il résiste beaucoup mieux au phénomène de déformation permanente que l’HDPE. Bien que l’HDPE puisse subir une déformation progressive sous l’effet de charges lourdes sur une période de plusieurs décennies, le NPA conserve sa géométrie d’origine, ce qui assure une répartition uniforme des charges tout au long de la durée de vie du produit.

5.2.2 Stabilité thermique :

L’HDPE peut être facilement plié jusqu’à –40 °C sans se briser, tandis que le PP a tendance à se rompre lorsqu’il est soumis à de basses températures. Dans les situations caractérisées par de fortes variations de température – des étés chauds et des hivers glaciaux – l’HDPE reste le référent en termes de durabilité dans le monde entier. Bien que le NPA résiste également bien à de telles extrêmes thermiques, sa principale qualité réside dans sa capacité à supporter de lourdes charges, et non dans sa flexibilité thermique.

5.2.3 HDPE recyclé :

Bien que ce soit bon pour l’environnement, le HDPE recyclé n’a généralement pas une telle résistance aux rayons UV que le matériau neuf contenant du noir de carbone en quantité optimale. Lorsque la géocellule doit rester exposée au soleil pendant une longue période avant l’opération de remplissage, l’utilisation de HDPE ou de NPA de la plus haute qualité représente donc l’option la plus appropriée.

6. Quel matériau de géocellule est le plus efficace pour supporter des charges lourdes ?

6.1 Support des charges lourdes : les avantages du matériau géocellulaire NPA

En ce qui concerne les applications nécessitant une grande capacité de support de charges, telles que les autoroutes, les chemins de fer, les ports industriels, les routes de transport minier et les pistes d’aéroport, les alliages polymères novateurs représentent le choix de matériau le plus approprié.

6.1.1 Rigidité structurelle et résistance au fluage :

Contrairement aux plastiques ordinaires, le NPA a été spécialement conçu et fabriqué pour présenter un module élastique élevé. Cette qualité garantit que, même sous le poids permanent de véhicules lourds, les parois des geocellules ne subiront aucune déformation permanente. Conservant parfaitement sa forme originale, le NPA assure un effet matelas rigide qui augmente de manière significative la capacité portante des substrats meubles. Cela est particulièrement important dans les applications à haute vitesse, où la moindre déformation de la surface peut représenter un risque pour la sécurité ou nécessiter des entretiens plus fréquents.

6.1.2 Durée de vie utile à long terme des infrastructures :

Les produits NPA conservent leur intégrité structurelle pendant plus de 50 ans, même en présence de charges fréquentes dues au trafic de camions lourds ou aux activités ferroviaires. Les fabricants qui proposent ces produits fournissent souvent des garanties concernant leurs performances techniques, valables jusqu’à 75 ans dans des conditions géologiques et de charge spécifiques, ce qui reflète leur confiance dans le comportement à long terme de ce matériau.

6.2 HDPE pour des applications à usage modéré à intensif

Il est vrai que le HDPE peut être utilisé très efficacement pour la construction de routes légères et de routes secondaires ; cependant, sa tendance à se déformer légèrement sur de longues périodes sous des charges continues et importantes le rend moins approprié pour les infrastructures à grande vitesse ou les installations destinées au transport de charges lourdes, où la précision de la surface routière est d’une importance capitale. Néanmoins, en cas de trafic modéré de véhicules lourds ou lorsque le budget est le facteur primordial, le HDPE reste une option solide et éprouvée.

6.2.1 Répartition de la charge :

Dans le processus de répartition des charges par le biais du mécanisme de confinement, les géocellules en HDPE se comportent bien ; cependant, leurs parois peuvent subir des déformations plus importantes en cas de charges inélastiques par rapport à celles des géocellules en NPA. Ce niveau de déformation est acceptable pour la plupart des parkings commerciaux, des routes d’accès et des itinéraires secondaires.

7. Quelles garanties ou certifications sont offertes par les fabricants de matériaux pour geocellules ?

7.1 Fabricants internationaux : Certifications et garanties

7.1.1 Presto Geosystems (États-Unis) :

La technologie des géocellules de ma génération leur appartient ; leur série GEOWEB est certifiée selon la norme ISO 9001:2015 et porte la marque CE. Selon Presto, les données relatives aux performances de l’entreprise sont vérifiées par des laboratoires tiers, et une garantie limitée, reconnue dans l’industrie, est proposée, mettant particulièrement l’accent sur la résistance des soudures et la cohérence des matériaux utilisés. La performance des matériaux dans diverses applications ne posera aucun problème, car ces produits sont sur le marché depuis longtemps.

7.1.2 PRS Geo-Technologies (Israël) :

En ce qui concerne les géocellules Neoloy en alliage polymère haute performance (NPA), PRS est la société qui introduit les tests de fluage ASTM D6992 (SIM) dans son portefeuille de certification. Les garanties de performances techniques sont fournies jusqu'à 75 ans dans des conditions géologiques spécifiées et reflètent la nature haut de gamme de leurs formulations NPA. Leurs produits répondent aux normes ISO et sont principalement conçus pour les applications d'infrastructure à forte charge.

7.2 Principale fabrication chinoise : géosynthétiques BPM

Avec une position de leader dans l'industrie, BPM Geosynthetics fournit des sites dans plus de 100 pays, avec un système complet, en termes de gestion de la qualité, conforme aux normes internationales.

7.2.1 Certification complète : 

En plus des normes ISO 9001, ISO 14001 et OHSAS 18001, l'usine de fabrication de géosynthétiques BPM a également été certifiée. Les produits sont testés par des organismes internationalement reconnus tels que SGS, Intertek et Bureau Veritas, qui garantissent la conformité des produits aux normes ASTM. Le recours à la vérification par un tiers est la méthode utilisée par BPM pour afficher avec précision les spécifications des matériaux et les valeurs de performance.

7.2.2 Engagement de garantie : 

Parmi les garanties des produits, deux couvertures sont les plus courantes : la résistance aux UV et la résistance au pelage des soudures, pour lesquelles la garantie varie normalement de 2 à 10 ans. Les projets de sous-couche d'autoroute et de stabilisation des pentes, comme l'a été la production de BPM Geosynthetics, ont démontré un taux de qualification de qualité de 99,5 %, grâce à une qualité de production constante.

Conclusion

Cela se résume aux exigences géographiques et structurelles du projet quant au matériau de géocellule qui est le meilleur. Au moment de commander des géocellules, la première chose à garder à l’esprit est la condition de charge la plus lourde, ne compromet pas le respect de l’environnement et choisit un matériau soutenu par des tests tiers et des garanties du fabricant. En fait, le bon choix de matériaux, s'il est correctement installé, peut transformer les sols fragiles en éléments structurels solides qui continueront à soutenir l'infrastructure de la civilisation pendant de nombreuses générations.

Contactez-nous - Pour plus d'informations, veuillez contacter The Best Project Material Co., Ltd.（Géosynthétiques BPM) équipe.