Article de recherche / Research Article

Analyse du siphonage capillaire dans des digues d’étangs d’eaux usées

Analysis of capillary siphoning in earth dikes for wastewater lagoons

Département des génies civil, géologique et des mines, Polytechnique Montréal, P.O. Box 6079, Sta. CV, H3C 3A7 Montréal, Québec, Canada

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Résumé

Depuis les années 1980, des milliers d’étangs ont été construits pour stocker des eaux de surface ou des eaux usées à traiter. Ces étangs sont fermés par de petites digues en terre, avec sol imperméable ou membrane d’étanchéité, afin de limiter les fuites. Les digues doivent garantir une fuite minimale : (1) par le fond, (2) par les parois de la digue, (3) le long des conduites d’arrivée et d’évacuation, et (4) par capillarité au niveau de la crête du noyau. Cet article traite uniquement du siphonage capillaire : la capillarité amorce les pores du sol et alimente une fuite qui contourne la partie supérieure de la couche imperméable. Bien que Terzaghi (1943) ait mis en garde les ingénieurs contre le siphonage capillaire des digues, ce phénomène a été très peu étudié mais a provoqué quelques défaillances. Il est étudié numériquement en considérant des plages de valeurs pour les propriétés hydrauliques non saturées, afin de quantifier les problèmes. Alors que de plus en plus de petites digues sont conçues par des ingénieurs qui ont besoin de documentation pertinente, cet article fournit des éléments pour mieux comprendre le siphonage capillaire et ses effets, le prévenir et ainsi éviter les problèmes.

Abstract

Since the early 1980s, thousands of lagoons have been built to store surface water or wastewater for treatment. These lagoons are bounded by small earthen dikes, with impervious soil or waterproofing membrane, to limit leakage. The dikes must guarantee minimal leakage: (1) through the bottom and (2) the dike walls, (3) along the inlet and outlet pipes, and (4) by capillary action over the impervious material crest. This article deals exclusively with capillary siphoning: capillarity primes the soil pores and feeds the flow that escapes by bypassing the top of the impermeable layer. Although Terzaghi (1943) warned engineers about capillary siphoning of dikes, this siphoning was hardly ever studied but has caused a few failures. It is studied numerically, considering ranges of values for unsaturated hydraulic properties, to quantify the resulting issues. As more and more small dikes are designed by engineers needing relevant documentation, this article provides elements for a better understanding of capillary siphoning and its effects, for preventing it and thus avoiding problems.