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Deuxième Partie - Schéma Conceptuel du Diagnostic. Chapitre 5 - Données de Base. Critères et Indicateurs. 97 CHAPITRE 5 DONNEES DE BASE. Critères et Indicateurs.

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CHAPITRE 5

DONNEES DE BASE.Critères et Indicateurs.

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Les données de base, nécessaires à un bon diagnostic, sont les facteurs à l’origine d’unphénomène de dégradation, ainsi que leurs premières conséquences sur la structure (défauts etgroupements de défauts) ainsi que sur les fonctions hydraulique et d’étanchéité.

Dans la suite de ce chapitre, nous utiliserons les notations suivantes :• i et j : indice de numérotation ;• k : indice indiquant le mécanisme de dégradation étudié ;• l : indice relatif à l’environnement de l’ouvrage étudié ;• m : indice indiquant le tronçon étudié ;• FDj : j

ème facteur environnemental de dégradation ;• F’Dj : j

ème facteur structurel ou fonctionnel de dégradation ;• dsik : i

ème dégradation du complexe sol-structure, relative au mécanisme kde dégradation ;

• dcik : ième défaut élémentaire relatif au mécanisme k de dégradation ;

• Sik : ième symptôme relatif au mécanisme k de dégradation ;

• Dcim ou Dcjm : jème dysfonctionnement hydraulique ou d’étanchéité dansle tronçon m ;

• Vuln.Ecl et Val.Ecl : vulnérabilité et valeur de l’environnement l ;• Ccim : ième contexte structurel et fonctionnel du tronçon m étudié.

1. Les Facteurs Environnementaux de Dégradation (FDj)

Ces facteurs seront notés FDj. Ce sont les différents éléments extrinsèques aucomposant étudié et dont les différentes combinaisons, avec les F’Dj (cf. sous-paragraphesuivant), sont à l’origine des défauts structurels (on parle alors de facteurs initiateurs), certainsconstituant des conditions d’amplification ou d’apparition des défauts hydrauliques et/oud’étanchéité (on parle alors de facteurs conditionnels). Qu’ils soient relatifs à l’environnementnaturel, ou à l’environnement urbain, ces facteurs jouent un rôle important dans le processusde dégradation des tronçon de RAU. Parmi ces facteurs, nous pouvons citer : le type de sol, laprésence et le niveau d’une nappe phréatique, la pente du terrain, etc., le type d’usage ensurface, etc. ... .

Pour ce type d’informations, nous avons défini deux niveaux d’acquisition (générale etpar quartier au premier niveau ; à l’échelle de l’ouvrage au deuxième niveau). Le passage dupremier au second niveau se fait dans un but de fiabilisation de ces informations, et derectification en cas d’erreur.

Les facteurs environnementaux de la dégradation des tronçons de collecteurs sontexaminés à travers quatre groupes principaux. Ces quatre groupes correspondent à quatrecritères d’appréciation de l’agressivité de l’environnement sur le tronçon :

1-1. Critère 1 : Nature du Sous-Sol (autour de l’ouvrage)

Les données sur le sous-sol naturel ou urbain, sont celles relatives à sa nature. Pour cetype de données, c’est moins leurs définitions ou leurs évaluations qui nous intéressent, que lanature de désordres géologiques qu’elles peuvent engendrer. Ce point sera développé plus endétails dans le chapitre 9 de cette partie (Les Niveaux d’Affinement Pertinents).

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a- Premier niveauA ce niveau, les sources sont les cartes géologiques du BRGM (échelle 1/50000).

L’acquisition de ces informations se fait d’une manière très globale, et généralement parzones ; elles sont considérées comme des données par défaut. Les définitions utilisées par leBRGM pour l’élaboration de ses cartes, restent la seule évaluation du critère à ce niveau, biensûr si on peut parler d’évaluation : alluvions fluviatiles anciennes, loess et limons wurmiens,tourbe post-wurmienne, etc. (extrait de la carte géologique de Lyon). De plus, au regard del’échelle de ces cartes, on ne cherchera pas une définitions au centimètre près.

Figure 28 :Exemple de Coupe Géologique (extrait de la carte géologique de Paris - BRGM)

b- Deuxième niveauL’acquisition se fait à l’échelle de l’ouvrage, d’une manière instrumentée, en utilisant

les divers moyens techniques disponibles, ainsi que par la visite des lieux, et par la ‘remontée’des connaissances des exploitants.

« Pour identifier les sols, au-delà de l’analyse immédiate – odeur, couleur, saveur – etde l’analyse minéralogique, les géotechniciens ont été amenés à réaliser des essais où l’onmesure des grandeurs dont la définition n’a pas une aussi grande rigueur que celles desgrandeurs physiques classiques mais dont les résultats sont suffisamment fidèles lorsque lesessais sont effectués en suivant des normes rigoureuses » [Habib-1997].

Figure 29 :[Monnier-1997]

• Essais et analyses en laboratoire :* Propriétés Physiques : les principales de ces propriétés sont la porosité P

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(texturale ou structurale), la teneur en eau, les poids spécifiques, ainsi que lescaractéristiques hydriques (stockage de l’eau, circulation de l’eau, lescaractéristiques thermiques). [Filliat et Camelan-1981] ;

* Propriétés Mécaniques : la principale de ces propriétés est la cohésion du sol (secou humide) ; nous citons aussi les limites d’Atterberg (limite inférieure deplasticité, et limite de liquidité), l’adhérence et la sensibilité à la compaction.[Filliat et Camelan-1981] [Monnier-1997]

* Autres Propriétés : dans cette catégorie, sont classées les propriétés le plussouvent étudiées dont la granulométrie, la teneur en eau naturelle, l’état deserrage, et enfin la perméabilité.

Figure 30 :[Monnier-1997]

• Essais in situ :« Les essais de laboratoire présentent un grand intérêt . Des progrès importants

ont été accomplis, tant dans les méthodes de prélèvement d’échantillons intacts,que dans l’appareillage et la technologie des essais eux-mêmes. Toutefois cetteapproches n’est pas toujours bien adaptée aux besoins pratiques des constructeurs.

Ces essais permettent en principe d’étudier le terrain dans son état naturel nonremanié ». [Filliat et Dubus-1981]

Les essais in situ les plus utilisés sont les suivants : les essais de pénétrationstatique ou dynamique (permettent d’estimer la compacité d’un sable, laconsistance d’une argile, l’angle de frottement interne, les facteurs de forceportante, la résistance de pointe, le taux de travail admissible, les tassements, etc....), les essais scissométriques (permettent de mesurer la cohésion non drainée desterrains cohérents saturés), les essais de dilatation cylindrique (permettent decalculer la pression limite, le module pressiométrique, pression de fluage, etc. ...),les appareils autoforeurs, essai de chargement superficiel, les essais au vérin, et lesessais d’eau (mesure de la perméabilité en place). [Filliat et Dubus-1981]

Pour acquérir ce type de données, seront mises à contribution les différentes techniquesexposées au chapitre 3 de la Première Partie (cf. Chapitre 3, §4.3), ainsi que les carottages ouforages, qui sont un complément précieux des techniques précédentes.

« La reconnaissance par sondage carotté permet de prélever des échantillons de sol etde roche, d’identifier les matériaux et de mesurer leurs propriétés mécaniques. Pour cesdernières, des sondages économiques destructifs avec enregistrement des paramètres deforage, puis des essais en forage (pressiomètre, pressiomètre autoforeur) ou même des essaisin situ par fonçage ou battage depuis la surface (pénétromètre statique ou dynamique,scissomètre) permettent d’acquérir des informations sur la résistance ou la déformabilité dessols » [Habib-1997].

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A ce niveau, les indicateurs sont donc les résultats des essais pratiqués sur leséchantillons, ainsi que l’interprétation des mesures géophysiques in situ.

D’autre part, l’évaluation du sous-sol peut être faite d’une manière plus détaillée : onne parlera plus d’alluvions, de moraine argileuse, ou même de sable ou d’argile, mais bienplus des classes de sol fin ou de type gonflant etc. ..., suivant les valeurs de leurs différentespropriétés physiques, mécaniques ou d’autres propriétés suscitées.

1-2. Critère 2 : Les Eaux Souterraines

Les données relatives aux eaux souterraines ne doivent pas être limitées à cellesconcernant la nappe phréatique ; on doit prendre aussi en compte les divers mouvementsd’eaux (fluctuations de la nappe, drainage, infiltration des eaux de pluie, etc. ...), ainsi que lanature et la qualité de ces eaux (acidité, salinité, dureté, etc. ...).

a- Premier niveauLes sources d’informations à ce niveau sont les cartes hydrogéologiques. En France,

ces cartes sont peu nombreuses et ne couvrent pas tout le territoire français. Néanmoins,certains plans à petite échelle peuvent donner une idée sur l’existence et le niveau du toitd’une nappe phréatique. L’évaluation de ce critère, comme dans le cas du type du sous-sol,reste simple et générale à ce niveau, du type existe ou n’existe pas, ou [0 ; 1], etc. ... .

b- Deuxième niveauLes indicateurs sont les résultats des études piézométriques qui sont mises à

contribution, ainsi que ceux des analyses courantes des qualités de l’eau : salinité, acidité,dureté, etc. ... . A ce niveau, l’évaluation de ce critère peut se faire sur une échelle allant du‘nul’ au ‘très important’, et ceci concernant l’ampleur des mouvements d’eau, ou l’agressivitéde l’eau.

1-3. Critère 3 : Proximité des Réseaux Techniques Intra-Urbains

Logiquement ce critère semble être facile à acquérir et à évaluer, mais pratiquement ilest parmi les plus difficiles. La raison de cette difficulté découle du fait que les travaux et lesinterventions des différents gestionnaires de RTU ne sont pas coordonnées entre elles malgréles efforts de la majorité des collectivités locales : ceci est principalement dû aux attributionsdes subventions et au déblocage des fonds, qui ne se font pas toujours à la même période pourtous les RTU. De plus, les données, quand elles sont stockées, manuellement ou sousinformatique, ne sont pas toujours accessibles (question de concurrence), ni leur formatscompatibles les uns avec les autres.

a- Premier niveauDans un premier temps, les seules sources d’informations pouvant renseigner ce

critère, sont les plans et les dossiers d’aménagement des zones concernées. Bien sûr, touteintervention au niveau de l’ouvrage peut fournir des éléments de données, même si ce ne sontque des appréciations entachées de doutes.

b- Deuxième niveauLes sources d’informations, à ce niveau, sont les renseignements fournis par les

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différents gestionnaires, ainsi que les plans de récolement qu’ils peuvent fournir, ainsi que lavisite des lieux. La remontée d’informations de la part des équipes lors des travaux, peut êtreune aide précieuse pour la coordination entre les gestionnaires des différents RTU.

L’évaluation reste du type présence ou absence, ou encore proche ou éloigné, tant quele rôle de ces RTU, en tant que facteurs de dégradation, n’a pas été clairement défini : noussavons que d’importantes fuites dans les canalisations des réseaux d’adduction d’eaujoueraient le même rôle que les différents mouvements d’eau ; par contre, sont encore malconnues : les perturbations causées par les travaux d’interventions sur les divers RTU,l’affaiblissement de la structure d’un ouvrage du réseau d’assainissement urbain, par laprésence de réseaux pénétrant, etc. ... .

1-4. Critère 4 : Usages et configuration en surface

Ces données concernent les usages en surface, y compris le trafic, ainsi que laconfiguration de cette même surface (pente, matériau, etc.).

a- Premier niveauEn ce qui concerne la configuration de la surface (pente, ...), les principaux indicateurs

sont les cartes IGN (différentes échelles). En ce qui concerne les usages en surface, ce sont lesdossiers du POS, ainsi que certains dossiers d’études d’aménagement de l’espace urbain quipeuvent renseigner ce type de données.

b- Deuxième niveauA ce niveau les indicateurs sont les relevés sur le terrain (par les moyens courants des

topographes, dans le cas où l’aménagement de l’espace urbain a entraîné une modification dela pente naturelle), ainsi que les visites des lieux, dans le but de mieux connaître les usages ensurface, particulièrement si les dossiers utilisés au premier niveau ne sont pas régulièrementmis à jour.

Au premier comme au deuxième niveau, l’évaluation de ce critère reste difficile àdéfinir si certains seuils ne sont pas fixés au préalable ; par l’exemple, l’évaluation peut êtrefaite de la façon suivante : si le seuil n’est pas dépassé, la valeur du critère peut êtreconsidérée comme faible ou nulle ; si le seuil est dépassé, le critère prend la valeurimportante.

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2. Les Facteurs Structurels et Fonctionnels de dégradation (F’Dj)

Ils seront notés F’Dj. Ce sont les différents éléments, intrinsèques au composant étudié,et qui se combinent aux FDj précédemment définis, en tant que facteurs initiateurs ouconditionnels. Bien que le rôle que ce type de facteurs joue dans les phénomènes dedégradation des RAU soit encore assez mal connu, leur importance ne peut être ignorée, nileur acquisition négligée. Parmi ces facteurs nous trouvons : les dimensions, le type deconstruction et la qualité de mise en oeuvre, la période de construction et l’âge, le typed’effluent, etc.. A priori, un seul niveau suffit pour acquérir ces données.

En effet, tout ce qui concerne la géométrie de l’ouvrage, ainsi que le type deconstruction (en tunnel, à ciel ouvert, etc.) est sensé être connu à travers les dossiers d’étudeset de construction de celui-ci ; les anciens ouvrages font bien sûr exception, pour lesquels ilfaut procéder à des relevés par les moyens de pré-diagnostic géométrique.

En ce qui concerne la période de construction, elle doit nous renseigner sur la qualitéde la mise en oeuvre lors de la construction. En France, les ouvrages construits durant lapériode 1950-1960, sont généralement considérés par les gestionnaires comme étant desouvrages mal mis en œuvre.

Photo 5 :Construction du Collecteur du Point du Jour / Communauté Urbaine de Lyon

Les matériaux de construction et les types d’effluents sont “facilement” renseignés :pour les premiers on peut se contenter d’une définition globale (béton, maçonnerie, etc.) ouprofiter des carottages faits pour la reconnaissance du sous-sol (carottages mis en oeuvre àpartir de l’intérieur de l’ouvrage) pour avoir une idée plus précise de l’état de résistance desmatériaux ; quand aux seconds il faut être capable de connaître leurs origines et le minimumde leurs constituants ; en effet, les rejets de type domestique (eaux usées) n’ont pas les mêmeseffets agressifs sur un ouvrage que les rejets de type industriel.

Ces derniers renseignements peuvent être obtenus au cours de toute campagne de

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mesure de débits, dans le cadre d’un pré-diagnostic hydraulique ou du suivi dufonctionnement d’une station d’épuration.

3. Défauts ou Groupement de Défauts (dsi et dci)

Ils seront partagés en deux grandes catégories notées dsik, pour les défauts structurels,et dcik, pour les défauts élémentaires.

Les défauts structurels (dsik) sont les dégradations, ou imperfections ‘physiques’ ducomplexe sol-structure (ordre 1 : vides dans le sol encaissant, etc.), ou de la structureproprement dite (ordre 2 : effondrements de voûtes, affaissements de radiers, etc.), et qui sontles conséquences des combinaisons des FDj et des F’Dj précédemment définis.

Les défauts élémentaires (dcik) sont les conséquences, sous certaines conditions(facteurs conditionnels), des défauts structurels, et sont générateurs de dysfonctionnementshydrauliques et d’étanchéité. Ces défauts sont divisés en deux catégories : ceux qui peuventêtre directement détectés (catégorie 1 : fissures en intrados, etc.), et ceux qui ne le sont qu’àtravers d’autres défauts (catégorie 2 : fissure en extrados indiquée par un écaillage en intrados,etc. ... ).

Ce sont leur type et leur importance qui, en général, sont à l’origine d’une démarche dediagnostic approfondi ; d’où l’importance non seulement de leurs relevés, mais aussi de lafinesse à rechercher dans ces relevés (fissures, trous, écaillages,...).

Photo 6 :Fissure Ouverte dans un T180 / Communauté Urbaine de Lyon.

Les points de vue sur leurs modes d’acquisition divergent énormément d’ungestionnaire à un autre, ce qui nous a conduit à définir cinq niveaux de finesse d’acquisition.

3-1. Critère 1 : Dégradations, et Imperfections Physiques du Complexe Sol-Structure

Notés dsi d’ordre 1, ils font référence aux premières conséquences des phénomènesgéologiques présentés au chapitre 4 de la Deuxième Partie : les vides créés par entraînement

FissureOuverte avec

Ragréage

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de fines ou par dissolution, la perte d’assise par tassement, etc. ... .

a- Premier niveauL’indicateur de ce critère repose sur de vagues présomptions de phénomènes

géologiques, et ceci en essayant de recouper les données acquises au niveau des critèresrelatifs à la nature du sous-sol et aux mouvements d’eaux. L’imprécision sur ces présomptionsreste très importante ;

b- Deuxième niveauL’indicateur suit bien sûr la finesse des données sur le sous-sol et les mouvements

d’eaux (acquises au deuxième niveau). Nous parlerons toujours de présomptions dephénomènes géologiques, mais, à ce niveau, l’incertitude porte sur le fait que le phénomène sesoit produit ou non ;

c- Troisième niveauUne première auscultation, manuelle ou instrumentée, peut indiquer avec plus ou

moins de certitude l’existence de telles dégradations ou imperfections, sans pour autantpouvoir donner leurs ampleurs. Ces auscultations peuvent être faite par la méthode MIMP,etc. ... ;

d- Quatrième niveauLes auscultations instrumentées sont du type géophysiques (réflectométrie d’impulsion

radar, diagraphie nucléaire, etc. ... ) ou mécaniques (MAC - Mécanique d’Auscultation des

Conduites -, AVARI - Auscultation des Vides et Anomalies sous Radier Immergés -, etc. ...). Elles sontplus précises pour indiquer l’existence d’une dégradation ou d’une imperfection sans pouvoirdonner son type : vide, changement de type de sol, tassement, etc. ... ;

e- Cinquième niveauPouvant être complémentaire aux précédents, l’indicateur de ce niveau est bien sûr la

vision directe des choses, en utilisant les carottages ou les forages. Leur complémentarité avecles auscultations des niveaux 3 et 4, résulte du fait que ces carottages, ou forages, ne sont plusfaits au hasard, mais sont basés sur les résultats des premières auscultations qui, en indiquantles points de changement des mesures, pourraient traduire une dégradation ou uneimperfection du complexe sol-structure.

3-2. Critère 2 : Groupement de Dégradations et de Défauts de la Structure

Notés dsi d’ordre 2, ils font référence aux premières conséquences, sous certainesconditions, des dégradations et des imperfections du critère 1 ci-dessus : affaissement devoûte ou de radier dans le cas d’un ouvrage ovoïde, ovalisation dans le cas d’un ouvragecirculaire, etc. ... . Les indicateurs de ce critère dépendent de la finesse des relevés des défautsélémentaires, puisqu’il traduit une combinaison de ces derniers. Cette dépendance ne permetdonc pas de définir des niveaux et des moyens d’acquisition propres à ce critère ; pour ceci,nous nous rapporterons au paragraphe suivant (§ 3-3).

3-3. Critère 3 : Défauts Elémentaires de la Structure

Notés dck, d’ordre 1 ou 2, ils traduisent par leurs groupement les dégradations étudiées

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au critère 2 ci-dessus, et sont générateurs de dysfonctionnements hydrauliques et d’étanchéité.Ces défauts sont divisés en deux catégories : ceux qui peuvent être directement détectés(catégorie 1 : fissures en intrados, etc.), et ceux qui ne le sont qu’à travers d’autres défauts(catégorie 2 : fissure en extrados indiquée par un écaillage en intrados, etc.). Leur type, leurimportance et celle de leurs conséquences sont, généralement à l’origine d’une démarche dediagnostic approfondi ; d’où l’importance non seulement de leurs relevés, mais aussi de lafinesse à rechercher dans ces relevés. Nous précisons que pour les trois premiers niveauxd’acquisition (ci-après), ce sont les symptômes des défauts et des dégradations qui sontconcernés par les relevés.

a- Premier niveauUne visite sommaire, suivie éventuellement par une évaluation synthétique de

l’ouvrage, peut donner une première idée de son état global. Le groupement des dégradationsrelevées ne donne qu’une très vague présomption du critère 2 ci-dessus ;

b- Deuxième niveauUne visite, plus explicite que la précédente, permet de préciser le type et la localisation

de chaque dégradation ou défaut élémentaire. Cette précision permet d’espérer une meilleuretraduction en matière de défauts structurels du critère 2 ;

c- Troisième niveauEn plus du type et de la localisation, en précisant les dimensions des dégradations et

des défauts, l’ampleur relative du phénomène en cause pourrait être étudiée ;

d- quatrième niveauA ce niveau, l’indicateur est traduit par des auscultations manuelles, pour rechercher

des défauts cachés ou présumés (défauts d’ordre 2), tel que, par exemple l’examen d’unécaillage et la recherche de fissures ouvertes en extrados ;

e- Cinquième niveauCertaines auscultations instrumentées, tel que le radar, peuvent permettre la détection

et la localisation de dégradations en cours de formation (fissure ouverte à l’extrados, fissurede très faible ouverture, écaillage, etc. ...), et donc très petites pour être vues à l’oeil nu,particulièrement quand elles sont d’ordre 2. Le suivi des ouvrages après réhabilitation, ainsique la prévision de travaux préventifs, sont les principaux intérêts d’une telle détection.

4. Dysfonctionnements Hydrauliques et/ou d’étanchéité (Dci)

Conséquences, sous certaines conditions, de la dégradation ou de l’obsolescence d’unouvrage, ces dysfonctionnements peuvent jouer un rôle comme facteurs de dégradation. NotésDci, leur détection n’est pas toujours aussi facile qu’elle le semble, et quatre niveauxd’investigation peuvent être considérés.

4-1. Critère 1 : Dysfonctionnements Hydrauliques

Principalement conséquences d’une mauvaise conception, d’une mauvaise mise enoeuvre, ou de l’obsolescence de l’ouvrage, ce critère peut être à l’origine d’une étudediagnostic globale. Les dysfonctionnements hydrauliques sont principalement relatifs à la

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mise en charge d’un ouvrage (par constats visuels, par simulations [Blanpain et al.-1995],etc. ...), la stagnation des effluents (conséquence d’une contre-pente), etc. ... . La détection deces dysfonctionnements est énormément facilitée par celle des dysfonctionnementsd’étanchéité (cf. 4-2).

4-2. Critère 2 : Dysfonctionnements d’Etanchéité

Principalement des infiltrations ou des exfiltration, ces dysfonctionnements sontgénéralement considérés comme les symptômes des différentes dégradations, ainsi que ceuxdes dysfonctionnements hydrauliques. En effet, leur détection, directe (infiltration visible aucours d’une visite, etc. ...) ou indirecte (concrétions, etc. ...), permet de présumer desmouvements d’eaux extérieurs, l’existence de fissures en extrados, voire des mises en chargede l’ouvrage, etc. ... .

Dans le cas de réseaux séparatifs, les mauvais branchements, bien que n’étant pas desdysfonctionnement d’étanchéité, seront confondus avec ceux-ci aux deux premiers niveaux, eten seront différenciés après la prélocalisation des entrées d’eau claire parasite.

a- Premier niveauDétection d’eau polluée dans les milieux naturels et/ou urbains (caves, ...), ce qui

traduit des exfiltrations d’effluents. Ce niveau de détection correspond donc à l’exploitation età la mémorisation d’informations en provenance des riverains (détection "passive") ;

b- Deuxième niveauDans le cadre d’un diagnostic fonctionnel de système d’assainissement, les mesures de

débits et celles de la qualité de l’eau, à l’entrée d’une station d’épuration ou en réseau,permettent de mettre en évidence la question des eaux claires parasites. Pour ceci, il suffit queles débits mesurés dépassent de loin les débits prévisionnels, ou que les effluents soientanormalement dilués ;

c- Troisième niveauL’indicateur, à ce niveau de précision, sont les campagnes de mesures dans le cadre d’undiagnostic fonctionnel de réseau ; ceux-ci permettent l’estimation des volumes d’eaux clairesparasites, ainsi que leur prélocalisation, par un diagnostic fonctionnel permanent [Joannis etal.- ?] [Joannis-1994] [Durepaire et al.-1991] ;

d- Quatrième niveauAu cours des visites, ou télévisites, d’un ensemble d’ouvrage, la détection visuelle

d’infiltration ou de concrétions et suintements, peut être effectuée en même temps que lesrelevés de défauts. Suivant la précision de ces derniers, on gagne en précision sur lalocalisation des dysfonctionnements, mais on pourrait éventuellement perdre la précision auniveau de leur ampleur. Les résultats des troisième et quatrième niveau ne sont donc pasforcément indépendants, mais plutôt complémentaires : les premiers pour juger de l’ampleur,et les seconds pour la localisation.