Inertage et valorisation des sédiments de dragage marins PDF Download
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Book Description
L’accumulation des sédiments au fond des cours d’eau et des ports pose un problème économique et environnemental. En effet, les particules les plus fines fixent une contamination à la fois organique (HAP, PCB, hydrocarbures) et inorganique (métaux lourds). Une législation de plus en plus sensible à la protection de l’environnement réglemente désormais le dragage et le relargage des sédiments. La société Solvay a mis au point un procédé de traitement baptisé Novosol®, basé sur l’immobilisation des métaux lourds par phosphatation et sur l’élimination des matières organiques par calcination.La valorisation des sédiments traités comme granulat de substitution dans les matériaux à matrice cimentaire fait l’objet de ce travail de thèse.La caractérisation de ces granulats a révélé une porosité et une absorption d’eau très élevées. Constitués par l’agglomération de particules plus fines ils se révèlent friables. Cependant, utilisés en substitution d’un sable de Seine classique pour la confection d’un mortier, l’étude expérimentale de valorisation a montré des gains de résistance à la compression uniaxiale, et ce, même pour une substitution complète du sable. Ces gains ont été attribués au phénomène de cure interne, à l’amélioration de l’interface pâte granulat ainsi qu’à un effet filler. Cela pourrait également expliquer la réduction observée de la perméabilité au gaz. La déformabilité des granulats conduit toutefois à un retrait de dessiccation élevé. Une formulation appropriée permet également l’obtention d’un matériau durable vis-à-vis, notamment, du gel/dégel ou de l’exposition à l’eau de mer.
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L’accumulation des sédiments au fond des cours d’eau et des ports pose un problème économique et environnemental. En effet, les particules les plus fines fixent une contamination à la fois organique (HAP, PCB, hydrocarbures) et inorganique (métaux lourds). Une législation de plus en plus sensible à la protection de l’environnement réglemente désormais le dragage et le relargage des sédiments. La société Solvay a mis au point un procédé de traitement baptisé Novosol®, basé sur l’immobilisation des métaux lourds par phosphatation et sur l’élimination des matières organiques par calcination.La valorisation des sédiments traités comme granulat de substitution dans les matériaux à matrice cimentaire fait l’objet de ce travail de thèse.La caractérisation de ces granulats a révélé une porosité et une absorption d’eau très élevées. Constitués par l’agglomération de particules plus fines ils se révèlent friables. Cependant, utilisés en substitution d’un sable de Seine classique pour la confection d’un mortier, l’étude expérimentale de valorisation a montré des gains de résistance à la compression uniaxiale, et ce, même pour une substitution complète du sable. Ces gains ont été attribués au phénomène de cure interne, à l’amélioration de l’interface pâte granulat ainsi qu’à un effet filler. Cela pourrait également expliquer la réduction observée de la perméabilité au gaz. La déformabilité des granulats conduit toutefois à un retrait de dessiccation élevé. Une formulation appropriée permet également l’obtention d’un matériau durable vis-à-vis, notamment, du gel/dégel ou de l’exposition à l’eau de mer.
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La thématique sur la valorisation des sédiments est en plein essor depuis plusieurs années. Elle concerne principalement les sédiments marins et fluviaux. Quant à ces derniers, ils présentent une composition physico-chimique particulière avec des teneurs en matière organique plus élevées et en minéraux plus faibles par rapport aux sédiments marins. De plus, par comparaison avec d'autres régions du territoire Français, les sédiments de la région Nord -Pas de Calais, sont caractérisés de “contaminés”. C'est la raison pour laquelle plusieurs travaux de recherche sont entamés afin de trouver de nouvelles pistes de développement des sédiments fluviaux en génie civil. L'objectif principal de ce travail de recherche est de proposer une solution pour l'utilisation des sédiments de dragage principalement trois sédiments fluviaux provenant de la région Nord-Pas-de Calais pour une valorisation en couche d'assise routière, en éco modelé paysager et pour l'élaboration de matériaux cimentaires. Du point de vue gestion expérimentale, le choix des sédiments et des mélanges a été fixé par les exigences de chaque filière de valorisation. Pour cela, un mélange du sédiment de Croix et Deûle a été choisi pour la valorisation en butte paysagère, une formulation à base du sédiment de la Deûle et du Hem a été étudiée pour une valorisation en technique routière. Quant à la valorisation en matériaux cimentaires, on avait utilisé le sédiment de la Deûle. Le choix des différentes formulations avait été validé par un modèle mathématique d'aide à la décision.Ce travail a été réalisé en collaboration avec le GPMD et LMCU.
Author: Mouhamadou Al Amine Amar Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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En France, les besoins annuels en matériaux granulaires pour le secteur du BTP sont proches de 400 millions de tonnes dont 96% sont d'origine naturelle. Il est donc inéluctablement nécessaire de trouver des solutions alternatives dites éco-responsables notamment par la valorisation de sous-produits industriels (SPI) tels que les sédiments de dragage. Les sédiments de dragage marins sont désignés comme matière première secondaire dans le cadre de cette étude. Cependant, ces derniers peuvent présenter des niveaux de pollution variables, avec présence de matières organiques (5% à 30%), une teneur en eau relativement élevée (50% à 200%) et une granulométrie assez fine (≤ 300 μm). Ce qui requiert, de mettre en place, en vue d'une utilisation efficiente, des procédés de traitement qui permettront in fine d'améliorer certaines propriétés physico-chimiques du matériau. L'objectif de nos travaux porte sur le traitement physique et thermique des sédiments de dragage puis leur valorisation dans les matrices cimentaires. Nous menons d'abord une étude bibliographique autour de la problématique posée. Au plan expérimental divers études sont conduits : caractérisation physico-chimique, les effets du traitement sur les propriétés des sédiments, l'impact probable de la présence des sédiments dans les matrices cimentaires. Les matériaux cimentaires formulés seront par la suite analysés et caractérisés à quatre échelles: physico-chimique, mécanique, durabilité et environnementale. Une analyse des résultats mécaniques permet de suivre l'activité des sédiments et d'implémenter des lois de formulation adaptées.
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Ce travail de thèse entre dans le cadre général de la thématique du Département Génie civil & Environnemental de l’Ecole des Mines de Douai relatif au développement de solutions alternatives pour une meilleure gestion des sédiments de dragage ou de curage. Les travaux menés dans le cadre de ce travail portent principalement sur la valorisation des sédiments marins et fluviaux en technique routière. Après une identification des caractéristiques physiques et mécaniques, la composition minéralogique, l’impact sur l’environnement des sédiments bruts et le potentiel d’utilisation de ces matériaux en technique routière sont évalués. Pour améliorer, en particulier, les performances mécaniques des sédiments étudiés vis-à-vis des contraintes imposées pour une utilisation en technique routière, des correcteurs granulométriques (sable de dragage et sable du Boulonnais) ont été utilisés.L’étude de formulation de matériaux pour une utilisation en assise de chaussée s’est basée sur deux méthodes : l’expérience acquise par le laboratoire au travers des études sur des sédiments issus du port Ouest de Dunkerque et du port de Gravelines et le modèle d’empilement compressible largement développé pour la formulation des bétons. Pour cette dernière méthode, une nouvelle technique de mesure de la compacité réelle de classes granulaires est développée. La méthode expérimentée est conforme à la méthode de préparation des échantillons pour l’étude du comportement mécanique de matériaux dans le domaine des travaux routiers. Les mélanges granulaires déduits sont ensuite traités au ciment et/ou à la chaux pour améliorer leurs performances mécaniques.Sur la base de cette démarche, les mélanges développés remplissent les conditions d’utilisation en couches d’assise de chaussées sur le plan mécanique. L’impact sur l’environnement des mélanges développés est également exploré au travers d’essais de lixiviation.Enfin, le dimensionnement d’une chaussée à base des mélanges réalisés a été entrepris. L’objectif de cette modélisation est de comparer les épaisseurs de couches obtenues en comparaison d’une structure de chaussée type avec des matériaux standards, mais également d’entreprendre une première étude comparative entre un outil numérique dédié au dimensionnement des chaussées et un code de calcul généraliste « ABAQUS ». Ce dernier permettra d’intégrer des modèles de comportement pour les matériaux développés plus réaliste que les modèles élastiques utilisés dans les outils spécifiques au dimensionnement de chaussées.
Author: Vincent Dubois Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 285
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Ce travail se situe dans le contexte de l'élaboration de solutions alternatives à l'immersion des sédiments de dragage, ainsi que dans le cadre de la recherche de nouvelles sources d'approvisionnement en granulats, nécessaires au domaine du Génie Civil. En France, au moins 350 millions de tonnes de matériaux sont consommées chaque année, pendant que les ouvertures de carrières ou de ballastières sont de plus en plus réglementées. Les matériaux dragués représentent des volumes importants à gérer pour les responsables de ports (environ 50 millions de m3, en France, chaque année). L'immersion, solution traditionnelle pour les sédiments peu à non pollués, devient de plus en plus réglementée, ce qui amène les gestionnaires à trouver de nouvelles solutions de gestion. L'objectif de ce travail est, donc, de proposer une solution pour l'utilisation des sédiments marins en couche d'assise de chaussée, à travers le respect d'une méthodologie générale de valorisation, reproductible sur le plan industriel, et intéressante d'un point de vue économique. Ainsi, une étude dans les domaines physique, minéralogique, chimique, et mécanique a été réalisée, afin de mieux connaître l'influence de certains paramètres et le comportement général des sédiments. Cette étude permet de mettre en avant, premièrement, le rôle important des matières organiques sur la matrice granulaire, et deuxièmement l'utilisation du modèle Cam Clay modifié, comme première approche de loi de comportement de ces sédiments. Dans le cadre de la valorisation, un paramètre a un rôle important : la teneur en eau, qui permet d'atteindre la compacité et la portance maximales du matériau routier. En effet, les sédiments marins, après dragage, ont une teneur en eau qui, selon les procédés, peut atteindre 150 à 200 % (teneur en eau géotechnique). Il est donc nécessaire de diminuer cette teneur en eau, d'au moins 100%, pour utiliser efficacement les sédiments dans le cadre d'une formulation. Pour permettre ce changement d'état, notre choix s'est porté sur la décantation naturelle. Ce procédé est intéressant car il fait partie intégrante de l'étape de stockage, à travers la mise en dépôt des sédiments. Une étude a donc été réalisée pour mieux comprendre le phénomène de la décantation naturelle, afin d'évaluer les limites et les possibilités d'optimisation de ce procédé. L'objectif de la dernière étape a été de mettre au point des matériaux traités aux liants hydrauliques à base de sédiments marins. Les dosages en liants hydrauliques sont équivalents aux dosages habituels des chantiers. La proportion de sédiments, dans les mélanges étudiés, est volontairement minoritaire (32-33%), ce qui permet une diminution artificielle de la teneur en eau pour une utilisation plus facile à l'échelle industrielle. Une étude mécanique et environnementale a été réalisée afin d'évaluer la durabilité du matériau. Ce travail a été réalisé en collaboration avec le Port Autonome de Dunkerque et le Port Départemental de Gravelines – Grand Fort Philippe. La validation de la démarche a été testée à l'échelle semi-industrielle, grâce à une planche expérimentale, qui a permis, dans un premier temps, d'évaluer l'impact de la préparation des sédiments sur la valorisation, et la faisabilité chantier.
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Des travaux de recherche effectuées sur le traitement des sédiments revalorisés ont été entrepris depuis une dizaine d'années et ont fait l'objet de plusieurs publications comme relaté dans l'étude bibliographique présentée dans ce rapport. L'essentiel a porté sur la caractérisation physique, puis mécanique en fonction des dosages en ciments et additifs. Ainsi, les travaux de recherche entrepris dans cette thèse entre dans le cadre de la poursuite des recherches dans ce domaine. Elle définie les modalités d'étude, ayant pour objet la valorisation des sédiments de dragage du Port En Bessin en vue d'obtention d'un matériau final utilisable en techniques routières. Ainsi la première phase de l'étude consiste en une caractérisation des boues aussi bien dans leur composition que dans leur comportement aux contraintes mécaniques. Les caractéristiques mécaniques sont aussi étudiées dans la partie formulation. Une planche expérimentale en techniques routières a permis l'étude en conditions réelles d'utilisation du matériau. Des analyses sont réalisées pour étudier le relargage de certains polluants (métaux lourds, HAP ...) et comparent les résultats avec les prévisions réalisées à partir des essais de lixiviation. D'autres paramètres concernant le comportement géotechnique du matériau ont été vérifiés et comparés aux prévisions attendues pour voir si l'ensemble des résultats obtenus ne montre pas de dérive par rapport aux prévisions. Le matériau peut être ainsi mis en œuvre dans une troisième phase pour la réalisation finalement d'une plate forme routière.
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Face aux problématiques de gestion des sédiments de dragage portuaire, aujourd'hui, il apparait nécessaire de trouver des solutions potentielles de valorisation permettant de répondre efficacement à ces problématiques. La valorisation en génie civil, des sédiments des port de Saint Louis et de Dunkerque, présente une solution alternative à la gestion de ces matériaux. les travaux menés dans le cadre de cette thèse se focalisent d'une part, sur la valorisation des sédiments de Saint louis en technique routière et d'autre part, sur la valorisation des sédiments de Dunkerque en béton ainsi qu'en granulats artificiels. Après la caractérisation physico-chimique, minéralogique et mécanique, l'impact environnemental des sédiments bruts du Port de Saint Louis et le potentiel d'utilisation de ces matériaux en technique routière sont évalués. L'étude de formulation de matériaux, pour une utilisation en couche de fondation, s'est fondé sur une méthode expérimentale de détermination de compacité maximale. les mélanges granulaires optimaux remplissent les conditions d'utilisation en couche de fondation sont ensuite évalué au travers d'essais de lixiviation. La partie béton concerne la formulation des bétons à base de sédiment. Après la caractérisation de ces matériaux, trois bétons ont fait l'objet d'une étude de durabilité face à l'attaque sulfatique externe associé à une caractérisation non destructive en vue d'étudier l'influence d'incorporation des sédiments sur les propriétés des bétons. La partie granulats artificiels présente d'étude de faisabilité de granulats à base de sédiments, l'assiette granulaire et la technique de big-bag sont les deux méthodes de confection utilisées.
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La propreté et/ou l’accessibilité des ports nécessitent toujours des dragages qui génèrent un volume considérable de sédiments fins. La gestion de ces sédiments pour un développement durable impose la recherche de filières de valorisation, véritables solutions alternatives au rejet en mer ou au dépôt à terre. Pour l’heure, les propositions de valorisation sont diverses, plus ou moins abouties et destinées à un sédiment particulier. Les critères de choix, les limites et les performances ne sont pas toujours clairement établis pour les filières étudiées (Chapitres I et II). Toute étude de valorisation passe par une bonne connaissance du sédiment marin et de la prise en compte de la variabilité de ces propriétés. C’est l’objet de la première partie des travaux : origine et caractérisation de sédiments fins marins étudiés (Chapitres III, IV). Les sédiments fins retenus (9) sont d’origine portuaire. La caractérisation concerne les propriétés physiques, hydrauliques et de consolidation. Un récapitulatif des caractéristiques est donné et quelques critères à retenir sont énoncés pour une caractérisation minimale applicable à tout sédiment susceptible de faire l’objet d’une valorisation. Le choix de la filière dépend d’une part de ces propriétés ou de critères établis à partir de celles-ci et d’autre part, des caractéristiques mécaniques et environnementales attendues pour l’application envisagée. Les sédiments une fois caractérisés ont subi les traitements adéquats pour une réutilisation en matériau de remblai et de sous couches routières. L’amélioration des caractéristiques des sédiments s’est faite par des traitements à base de ciment et de chaux (Chapitres V, VI). La mise en remblai de sédiments naturels non traités ou faiblement améliorés a été abordée (Chapitre VI). Il est discuté des possibilités de réutilisation de sédiments marins en remblai selon les performances mécaniques et environnementales recherchées.
Author: Xiao Wang Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 202
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L'objectif de ce travail concerne la valorisation matière de sédiments marins, par une approche des méthodologies mises en œuvre en Chine. Les procédés de stabilisation et solidification des sédiments retenus sont à base de liants hydrauliques et d'activateurs et destinés à différents travaux de construction.Le premier chapitre introduit les notions de sédiments en Chine (distribution ) et de leur gestion dans les zones côtières (valorisation).Le second chapitre est une étude bibliographique sur les pratiques menées actuellement sur la valorisation des sédiments à l'aide de liants hydrauliques. Dans cette partie, nous abordons principalement les techniques et leurs principes ainsi que les essais menés en laboratoire. Ceci tient compte du développement et des tendances actuelle de la construction sur le littoral de la Chine, et aussi la gestion actuelle des sédiments (du point de vue réglementaire), objet du première chapitre introductif.Le second chapitre est consacré à la méthodologie de caractérisation générale des matériaux mis en oeuvre: sédiments et composants. Comment aborde-t-on les caractéristiques physiques et chimiques, la composition minéralogique et la notion d'impact environnemental des sédiments de dragage à traiter et des liants utilisés.Le troisième chapitre présente la technique de solidification/stabilisation d'eveloppée dans cinq projets pour différents ouvrages géotechniques. Pour chaque cas d'étude, les essais de laboratoire et les essais réalisés en chantier sont décrits. Puis l'analyse des résultats d'essais afin de comparer l'efficacité des différents traitements appliqués est menée précisément sur les effets des matériaux mis en œuvre au sein des ouvrages envisagés.Le quatrième chapitre conclusif porte sur l'évaluation de l'impact environnemental de la solidification des sédiments et sur l'analyse complète de l'application des sédiments marins traités dans les travaux de la construction en particulier des avantages sociaux et économiques. Une perspective de travaux à poursuivre, et des besoins en recherche appliquée constituent le dernière chapitre.
Author: Franck Agostini
Author: Franck Agostini
Author: Issameddine Khezami
Author: Mouhamadou Al Amine Amar
Author: Christophe Priez
Author: Ngoc Thanh Tran
Author: Vincent Dubois
Author: Ernesto Silitonga
Author: Hassane Azrar
Author: Zhibo Duan
Author: Xiao Wang