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Les déblais au crible de l'innovation

Anthony Laurent |  le 20/10/2017  |  TransportsArchitectureRéalisationsTechniqueInnovation

Travaux souterrains -

Sur les chantiers du Grand Paris Express, une dizaine de technologies sont testées pour optimiser la gestion des terres et matériaux excavés.

Défi technique majeur, le Grand Paris Express (GPE) - 68 gares et 200 kilomètres de lignes nouvelles - se présente également comme un immense défi environnemental, aussi bien pour la Société du Grand Paris (SGP), maître d'ouvrage de l'opération, que pour tous les autres acteurs engagés dans ce chantier pharaonique : collectivités locales, entreprises de BTP, bureaux d'études, architectes, etc. Les chantiers de construction du GPE généreront en effet près de 45 millions de tonnes de déblais d'ici à 2030. « C'est une quantité considérable, qui entraîne une hausse de 10 à 20 % de la quantité de déblais générée chaque année en Ile-de-France », détaille Frédéric Willemin, directeur de l'ingénierie environnementale à la SGP.

La Société du Grand Paris s'est engagée à valoriser 70 % des terres excavées à l'horizon

Que faire de tous ces matériaux excavés qui pourraient remplir pas moins de 9 000 piscines olympiques de 2 mètres de profondeur ? La SGP, désireuse de faire de cette contrainte technico-logistique une opportunité économique et environnementale, s'est engagée à valoriser 70 % des terres excavées à l'horizon 2020 (lire le témoignage ci-dessous). L'objectif du maître d'ouvrage, propriétaire de ces « déchets » : développer une filière de traitement et de recyclage des déblais en Ile-de-France.

Une ambition qui ne date pas d'hier. Dès 2013, les équipes de la SGP ont mis au point le premier schéma directeur d'évacuation des matériaux issus des chantiers du Grand Paris - dont les premiers travaux ont démarré officiellement en juin 2016. Et, en 2015, un appel à manifestation d'intérêt a permis de réunir des propositions concrètes en matière de caractérisation, de traçabilité et de valorisation des matériaux excavés. 2020.

Nouvelle étape en octobre 2016, quand la Société du Grand Paris et l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe) Ile-de-France lancent un appel à solutions innovantes baptisé « Le Grand Paris des déblais ». Les noms des sept lauréats ont été dévoilés le 29 mars dernier. Il s'agit de NGE et BuilData pour leur solution Diagnosol Express (lire p. 71) ; Cemex et Innofreight pour leur schéma logistique d'évacuation des déblais par train ; Séché Eco-Services et Hoffmann JB Technologies pour leur procédé de revalorisation ProVaDBat ; Terbis et ETPO pour leur dispositif de comblement des carrières souterraines SolPur ; Valorhiz pour son procédé de revitalisation des déblais stériles TerraGenese ; Joly & Loiret, deWulf et le centre de recherche Amàco pour leur solution « Du déblai à la brique de terre crue ». Enfin, le système « 1er km à câble » des entreprises S'Pace, Vinci et Veolia (lire p. 69) a été élu « coup de cœur » par le jury.

L'appel à solutions innovantes sur les déblais a été si fructueux que la SGP collabore aussi avec les non-lauréats.

74 dossiers reçus. En réponse à leur appel à projets, la SGP et l'Ademe avaient reçu 74 dossiers proposés par des consortiums de grandes entreprises, des PME, des start-up et des acteurs du monde de la recherche. Preuve de la qualité de ces innovations, la SGP et l'Ademe ont choisi de travailler avec des candidats non retenus mais dont les propositions techniques sont jugées pertinentes, comme le système UbySol développé par Bouygues Travaux Publics et Suez Environnement (lire p. 72) .

Les solutions lauréates et « repêchées », qui couvrent l'ensemble du cycle de vie des déblais (transport, stockage, traitement, etc. ), seront testées in situ , durant six mois maximum, sur les chantiers franciliens. « Nous assurerons un suivi de ces expérimentations. Les technologies qui auront fait la preuve de leur efficacité et de leur fiabilité seront amenées à se diffuser rapidement sur les autres chantiers du GPE », indique Frédéric Willemin. Et d'ajouter : « A travers ses appels d'offres, la SGP a également pour vocation de stimuler l'innovation et de jouer un rôle central dans ce qui pourra devenir une économie circulaire majeure. »

Des chantiers vertueux et transparents. Particulièrement fortes, les contraintes pesant sur les chantiers du futur métro (géologie et nature des sols, milieu urbain dense, etc. ) justifient, selon ses promoteurs, ce déferlement technologique. L'un des enjeux est de rendre ces chantiers les plus vertueux et « transparents » possibles vis-à-vis des habitants et des automobilistes, de façon à ce qu'un « Grand Paris circulaire » sorte de terre.

« Une opportunité pour créer de nouvelles filières de recyclage »

« Dans les dix ans à venir, ce sont pas moins de 45 millions de tonnes de déblais qui seront extraits du sous-sol francilien pour réaliser le Grand Paris Express (GPE). Une bonne partie de ces matériaux sera excavée entre 2019 et 2021, lors de la construction simultanée de plusieurs lignes. La moitié de ces travaux seront accomplis selon des méthodes traditionnelles - pour la construction des 68 gares essentiellement -, l'autre moitié via les tunneliers - pour le creusement des lignes. Au total, seuls 2 % environ des déblais du GPE sont pollués à cause de l'activité humaine, avec la présence, dans les couches les plus superficielles, d'hydrocarbures, de métaux lourds et de solvants.

Ces matériaux seront, pour certains, envoyés dans des biocentres, où ils seront dépollués par traitement bactérien. Les déblais non pollués seront transférés soit dans une quarantaine d'installations de stockage définitif, soit dans une centaine de carrières pour leur remblaiement. Cette dernière solution sera la principale voie de valorisation des déblais du GPE.

En ce qui concerne le transport, notre objectif est d'évacuer 15 millions de tonnes par voies ferrées et fluviales. Autre point important : nous souhaitons que le GPE soit une opportunité pour créer de nouvelles filières de valorisation des déblais.

Il doit contribuer au développement et à la diffusion de nouvelles technologies, pour la caractérisation, le transport mais aussi le traitement des matériaux. C'est pourquoi, entre autres initiatives, nous avons lancé, il y a un an, avec l'Ademe, l'appel à projets “Le Grand Paris des déblais”. »

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PHOTO - 9536_599891_k3_k2_1452485.jpg - © BENJAMIN DE DIESBACH/SOCIÉTÉ DU GRAND PARIS
Transport - De la terre aux airs

« C'est une solution peu banale », aux dires de son concepteur, Jean-Robert Mazaud. Pour acheminer les déblais issus des chantiers du Grand Paris Express (GPE) jusqu'à des plateformes de stockage multimodales ou des filières de valorisation, la solution préconisée par l'architecte consiste à mettre en place un téléphérique urbain. « Pour éviter les norias de camions, qui nuisent aussi bien à la circulation automobile qu'à la tranquillité des riverains, il est nécessaire de mettre au point une alternative la plus automatisée possible, au moins concernant le premier kilomètre du transport », indique Jean-Robert Mazaud.

Portée par l'agence d'architecture S'Pace, Vinci Construction France et Veolia, cette solution originale de convoyage des matériaux par les airs, dénommée « 1er km à câble », présente en outre l'avantage de peu impacter le contexte urbain. « Le système, composé pour l'essentiel de sacs de gravats étanches et de quelques points d'appui, est conçu de façon à être démontable et réutilisable », précise l'architecte.

De plus, selon ce dernier, la cadence du transport par câble est adaptée au rendement moyen d'un tunnelier. « Le rythme de transport peut atteindre les 2 400 tonnes par jour », précise-t-il. Sur les 68 nouvelles gares du GPE, une dizaine pourraient être concernées par ce dispositif. « D'autres sites sont à l'étude, avance Jean-Robert Mazaud. Mais il nous faut encore faire la démonstration des performances de notre solution. »

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PHOTO - 9536_599891_k5_k4_1452490.jpg - © S'PACE / VINCI CONSTRUCTION / VEOLIA
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PHOTO - 9536_599891_k6_k4_1452492.jpg - © S'PACE / VINCI CONSTRUCTION / VEOLIA
Caractérisation - Un diagnostic express « 3 en 1 »

Pour analyser rapidement et en continu la composition chimique des déblais issus des chantiers du Grand Paris Express, l'entreprise Guintoli (groupe NGE) et la start-up BuilData ont mis au point une solution novatrice, dénommée Diagnosol Express. « Habituellement, la caractérisation des matériaux et la détection de polluants éventuels - comme les sulfates ou le fluor - prennent plusieurs jours, en exigeant souvent des stockages provisoires en ville. Notre solution, en revanche, fournit des informations quotidiennes, directement à la sortie du puits d'extraction des granulats », explique Orso Vesperini, directeur de l'innovation du groupe NGE.

Nez artificiel. Pour cela, Diagnosol Express met en œuvre trois technologies : des big data prédictives et auto-apprenantes, la spectrométrie par rayons X, et enfin une analyse chimique olfactive. « La première permet de prédire la présence d'éléments chimiques dans un horizon géologique donné. La deuxième détermine précisément la nature de ces derniers au niveau atomique. La troisième, via un nez artificiel notamment, complète plus finement encore la caractérisation spectrométrique », précise le responsable. Et d'ajouter : « Notre solution offre une qualité d'analyse comparable à celle fournie par les laboratoires agréés. » Diagnosol Express est en cours d'expérimentation sur les chantiers des lignes 11, 15 sud et Eole. Sa mise en fonction opérationnelle est prévue fin 2017. Une fois la solution validée en conditions réelles, NGE entend la commercialiser avec une offre de formation.

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PHOTO - 9536_599891_k8_k7_1452510.jpg - © NGE
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Traçabilité - Géolocaliser les déblais en temps réel

Le stockage ou le recyclage des déblais issus des chantiers du Grand Paris Express nécessite, au préalable, d'assurer leur acheminement jusqu'à leur destination finale (plates-formes de stockage, filières de valorisation, exutoires). Pour ce faire, Bouygues Travaux publics et Suez Environnement ont mis au point UbySol, une solution qui garantit la traçabilité des matériaux par géolocalisation.

« Le principe consiste à doter les bennes des camions d'un capteur aimanté - un accéléromètre servant d'inclinomètre - qui informe le responsable du transport des déblais que la benne a bien été levée, et donc que les matériaux ont bien été déchargés », explique Thomas Coloby, responsable de projet pour Bouygues Travaux publics. Employant le système de téléphonie mobile de Bouygues Telecom, UbySol permet de transmettre les informations (nature, destination, tonnage du chargement) en temps réel. « Ces dernières, centralisées sur un serveur et accessibles via une interface web, sont restituées sous la forme d'un tableau de bord et d'une cartographie détaillée », indique l'ingénieur.

Non intrusif, le système peut également être incorporé au sein même des granulats transportés. « Dans ce cas, le capteur est protégé par une coque résistante biodégradable », précise Thomas Coloby. Et d'ajouter : « Cette solution est pertinente en cas de rupture de charge. » UbySol est actuellement mis en œuvre sur le chantier de terrassement de la future gare d'Issy-Vanves-Clamart de la ligne 15 sud, où doivent être évacués près de 250 000 m3 de matériaux.

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PHOTO - 9536_599891_k11_k10_1452518.jpg - © PHOTOS : BOUYGUES CONSTRUCTION
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PHOTO - 9536_599891_k12_k10_1452520.jpg - © PHOTOS : BOUYGUES CONSTRUCTION

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