Tesis sobre el tema "Déblais de dragage – Recyclage – Environnement"

La gestion et la valorisation des sédiments de dragage et de curage non-immergeables constituent des enjeux scientifiques et industriels majeurs auxquels la chaire industrielle de recherche " Économie Circulaire des Sédiments : EcoSed ", lancée en 2014 par l’IMT Lille Douai, vise à répondre à travers une approche pluridisciplinaire. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse de doctorat s’inscrivent dans un contexte de recherche partenariale associant des producteurs de sédiments et des industriels. Ces travaux visent plus particulièrement (i) la mise en place d’une méthodologie de caractérisation de l’écotoxicité intrinsèque des sédiments dans la perspective de leur intégration dans les filières de valorisation ; (ii) l’application de la méthodologie multi-échelle de la démarche nationale "SEDIMATERIAUX" pour la démonstration de l’innocuité environnementale d’un sédiment marin utilisé dans un scénario de valorisation en voirie légère ; et (iii) la comparaison de la méthodologie nationale sur l’acceptabilité environnementale des matériaux alternatifs en technique routière avec celle proposée dans le cadre réglementaire européen sur les produits de construction. Ces travaux ont permis de proposer un protocole de préparation des matrices sédimentaires et une batterie de bioessais sensibles.L’évaluation environnementale des sédiments marins utilisés dans les différents scénarios de valorisation en génie civil (bétons pour voiries légères, assises routières, bétons compactés routiers) a permis de valider l’innocuité de ces matériaux et de mettre en évidence la bonne stabilisation des éléments traces métalliques et métalloïdes au sein de leur microstructure
The management and beneficial reuse of non-immersible dredged sediments are major scientific and industrial issues. The industrial research chair " Circular Economy of Sediments: EcoSed ", launched in 2014 by IMT Lille Douai, aims at answering these issues through a multidisciplinary approach. As part of this Doctoral Thesis, investigations were carried out under a partnership research context by combining sediment managers and industrial partners. More specifically, this work aims at (i) to set up a methodological approach to measuring the intrinsic eco-toxicity of sediments prior to their beneficial reuse; (ii) to implement the multi-scale national approach “SEDIMATERIAUX” to check the environmental safety of marine dredged sediment used as aggregates in road concretes; (iii) to compare the national approach on the reuse of alternative materials in road engineering with the European framework developed for environmental assessment of construction products. The results of this work allowed to propose a preparation protocol for the sediment matrix and a sensitive battery of bioassays. Environmental assessment of marine sediments reuse in the field of civil engineering (road concrete, roadbed, roller compacted concrete) allowed validating the environmental safety of these materials and to highlight the achievement of the good trace elements stabilization through their microstructure

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.
La valorisation dans les matériaux cimentaires est donc envisageable.

La gestion et la valorisation des sédiments de dragage et de curage non-immergeables constituent des enjeux scientifiques et industriels majeurs auxquels la chaire industrielle de recherche " Économie Circulaire des Sédiments : EcoSed ", lancée en 2014 par l’IMT Lille Douai, vise à répondre à travers une approche pluridisciplinaire. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse de doctorat s’inscrivent dans un contexte de recherche partenariale associant des producteurs de sédiments et des industriels. Ces travaux visent plus particulièrement (i) la mise en place d’une méthodologie de caractérisation de l’écotoxicité intrinsèque des sédiments dans la perspective de leur intégration dans les filières de valorisation ; (ii) l’application de la méthodologie multi-échelle de la démarche nationale "SEDIMATERIAUX" pour la démonstration de l’innocuité environnementale d’un sédiment marin utilisé dans un scénario de valorisation en voirie légère ; et (iii) la comparaison de la méthodologie nationale sur l’acceptabilité environnementale des matériaux alternatifs en technique routière avec celle proposée dans le cadre réglementaire européen sur les produits de construction. Ces travaux ont permis de proposer un protocole de préparation des matrices sédimentaires et une batterie de bioessais sensibles.L’évaluation environnementale des sédiments marins utilisés dans les différents scénarios de valorisation en génie civil (bétons pour voiries légères, assises routières, bétons compactés routiers) a permis de valider l’innocuité de ces matériaux et de mettre en évidence la bonne stabilisation des éléments traces métalliques et métalloïdes au sein de leur microstructure
The management and beneficial reuse of non-immersible dredged sediments are major scientific and industrial issues. The industrial research chair " Circular Economy of Sediments: EcoSed ", launched in 2014 by IMT Lille Douai, aims at answering these issues through a multidisciplinary approach. As part of this Doctoral Thesis, investigations were carried out under a partnership research context by combining sediment managers and industrial partners. More specifically, this work aims at (i) to set up a methodological approach to measuring the intrinsic eco-toxicity of sediments prior to their beneficial reuse; (ii) to implement the multi-scale national approach “SEDIMATERIAUX” to check the environmental safety of marine dredged sediment used as aggregates in road concretes; (iii) to compare the national approach on the reuse of alternative materials in road engineering with the European framework developed for environmental assessment of construction products. The results of this work allowed to propose a preparation protocol for the sediment matrix and a sensitive battery of bioassays. Environmental assessment of marine sediments reuse in the field of civil engineering (road concrete, roadbed, roller compacted concrete) allowed validating the environmental safety of these materials and to highlight the achievement of the good trace elements stabilization through their microstructure

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
This research work aims to develop alternatives solutions to the traditional practice which consists in dumping at sea of dredged materials, and to provide a new granular material source for the Civil Engineering domain: in France, each year, more than 350 M tons of granular materials are used, while opening new carriers, due to environmental constraints, is more and more difficult. Dredged materials induce large volumes to manage (approximately 50 Mm3, in France, each year). Traditionally, the chosen solution to manage lightly contaminated dredged sediments consists in dumping the sediments at sea, however with the increase of environmental awareness and the progress of national and international regulation, harbours managers are concerned by developing alternative solutions to the traditional practice. The main objective of this work is to develop an alternative solution where dredged sediments are used as a road sub-base material, in the framework of a general proposed methodology, which meets technical as environmental criterions. To develop this methodology and to enhance our understanding of the general behaviour of dredged sediments: physical, chemical, mineralogical as mechanical studies were undertaken and the influence of some key parameters were explored. This study point out the role of organic matters and salts on the behaviour and puts the first stakes for modelling the mechanical behaviour of the dredged material. N the context of beneficial reuse as a road construction material, the water content reduction constitutes an important parameter to control. After dredging, generally, the water content of marine sediments is above 150 %. In this work, the natural decantation has been chosen and studied in order to evaluate the limits of this process. The last part of this study concern design of the material, treated with hydraulic binders, based on marine sediments. The durability of defined material has been evaluated through a mechanical and environmental study. This study is in the framework of collaborative research work with Dunkerque and Gravelines / Grand Fort Philippe harbours. The methodology was tested through the achievement of experimental road. In first time, this application, allowed to confront laboratory experiments with real conditions of building site

Face aux problématiques de gestion des sédiments de dragage et d'érosion littorale, il apparaît aujourd'hui nécessaire de trouver des solutions permettant de répondre efficacement à ces problématiques. Dans ce travail de recherche, on se propose d'étudier la faisabilité de granulats artificiels à base de sédiments de dragage portuaire pour une utilisation en génie côtier. L'application visée concerne précisément une utilisation de ces granulats artificiels pour des rechargements de plages. Dans une première phase et avant l'étape de traitement au liant hydraulique par un ciment prise-mer adéquat, la caractérisation générale du sédiment brut permet une préparation spécifique du sédiment afin d'assurer la consistance de la pâte de sédiment cimentée et de solidifier le matériau. La deuxième étape réside dans l'élaboration d'une méthodologie de confection des granulats par extrusion. Les paramètres fondamentaux conduisant à une dynamique de plage en équilibre et protectrice permettent de définir les critères physiques et mécaniques requis pour les granulats. Une caractérisation environnementale et minéralogique des granulats permet d'analyser l'impact du traitement. Une première approche du comportement des granulats en canal à houle sous divers régimes de houles révèle une dynamique d'équilibre et de protection de la plage, en raison notamment de la porosité intergranulaire de la structure de plage et des effets de drainage s'accompagnant d'un engraissement du haut de plage, conduisant à une dissipation de l'énergie des houles, celles-ci n'ayant alors pas d'impact d'érosion
Faced with problems of dredged sediments managing and coastal erosion, it is now necessary to find solutions to solve and to limit effectively these problems. In this study, it proposes to study the feasibility of artificial aggregates with dredged sediment of ports for a beneficial use in coastal engineering. The referred application specifically concerns the use of these aggregates for beaches reloading. In a first phase, the general characterization of natural sediment consists in a specific preparation of sediment, before the step of treatment by a specific hydraulic cement, in order to ensure the consistency of cemented paste and to solidify the material. The second step is the development of a methodology for making aggregates by extrusion. The basic parameters leading to an equilibrium dynamic of the beach and to her protection define the physical and mechanical criteria required for aggregates. The impact of treatment is analysed with an environmental and mineralogical characterization of aggregates. One approach of aggregates behaviour in a wave flume under various swells reveals equilibrium dynamic and a protection of the beach, thanks to the porosity of the beach structure and to effects of drainage, accompanied by accretion of beach-face leading to dissipation of swells energy (no erosion impact)

Les travaux de dragage posent le problème du transfert et du devenir des produits évacuer, compte tenu des incidences économiques et des aspects environnementaux liés à la protection de l'environnement. Le processus d'évaluation environnementale renforcé par l'étude d'impact sur l'environnement dans un contexte d'information et de participation des acteurs impliqués permet d'orienter une démarche itérative et négociée correspondant à une logique sociale. Notre objectif est de mettre à la dispositon des nombreux acteurs un outil opérationnel de pilotage des opérations de dragage répondant au choix des meilleurs techniques et au problème du devenir des produits. La démarche que nous proposons s'appuie sur l'analyse multicritère. Cette analyse prend en compte les paramètres techniques, économiques, environnementaux, réglementaires, sanitaires et sociaux ainsi que leur pondération. Cette pondération de critères est nécessaire pour l'évaluation des solutions ou variantes alternatives dans un contexte de développement durable
Dredging works pose the problem of the transfer and what to do with the products to be evacuated, taking into account the economic repercussions and environmental aspects linked to protection of the environment. The environmental asssessment process, reinforced by study of the impact on the environment, within a context of information and participation of the actors concerned enables orientation of an iterative and negotiated approach that correponds to a social logic. Our aim is to make available to the numerous participants an oprerational tool for piloting operations that corresponds to the choice of thebest techniques and to theproblem what to do with the products. The approach we are proposing is based on multi-criteria analysis. This analysis takes into account the technical, economic,environmental, regulatory, health and social parameters, as well as their weighting. This weighting of criteria is necessary to assess the solutions or alternative variants in a context of durable development

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
This work is undertaken in the framework of a general topic developed in Civil Engineering & Environmental Department of the Ecole des Mines de Douai relating to the development of alternative solutions for a better management of dredged and flushed sediments. The research carried out in this work focus on the beneficial use of marine and river sediments in road engineering. Following an identification of the physical and the mechanical characteristics, the mineralogical composition, the environmental impact of raw sediments and the potential use of these materials in road engineering are evaluated. To improve, in particular, the mechanical performances of the sediments, granular correctors (dredged and career sands) were used. The design of the materials for a use in road foundation was based on two methods: the experience gained in the laboratory through studies of sediments from the West port of Dunkirk and the port of Gravelines and the Compressible Packing Model largely developed for design of concrete. For the latter method, a new technique for the measurement of the actual packing density of granular class is developed. The experimental method complies with the method used for samples preparation for performing mechanical tests in road construction domain. The mixtures defined are then treated with cement and/or lime to improve their mechanical performances. Based on this approach, the developed mixtures fulfill the criteria allowing their use in road foundation (from mechanical point of view). The environmental impact of the mixtures developed is also explored through leaching tests. Finally, the design of a structure of the pavement on the base of mixtures created was undertaken. The objective of this modeling is to compare the thickness of layers obtained as compared to a structure of the pavement type with standard materials, but also to undertake the first comparative study between a numerical tool dedicated to design pavements and a generalist computer code "ABQUS". The latter will allow the integration of more realistic models for materials behaviors than the elastic models used in specific tools of roadways design

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
In France, construction sector annual needings for granular materials are close to 400 million tonnes, of which 96% are natural origin. Therefore it becames highly necessary to find alternatives solutions, in particular by valorisation of industrial by-products (IBP) such as dredging sediments. Marine sediments are designated as a secondary raw material in this study. However, the latter may present some levels of pollution, with the presence of organic matter (5% to 30%), relatively high water content (50% to 200%) and a fairly fine granulometry (≤ 300 µm). Currently, research target to use them as a supplementary mineral addition in concrete after efficient methods of treatment that improve some physico-chemical properties. The aim of this this study is to establish a profitable methodology for the use of sediments in cementitious matrix. We first lead a bibliographical review on this subject. At the experimental level, a physico-chemical characterization was carried out, determining the major parameters to be considered, the effects of the treatment on material properties, the likely impact of the presence of sediments in the cementitious matrix, and an experimental methodology to quantify these various effects. The cementitious materials formulated will be analysed and characterized at four scales: physico-chemical, mechanical, durability and the environmental impact. An analysis of the mechanical results makes possible to assess the activity of this material and to implement adapted formulation laws

Les travaux de recherche s’intègrent dans une thématique globale du Département Génie Civil et Environnemental de l’Ecole des Mines de Douai relative à la valorisation de sous produits et coproduits industriels dans le domaine du Génie Civil. Les travaux de cette thèse se focalisent sur l’étude de deux matériaux : les sédiments fins générés lors d’opérations de dragage et les laitiers d’aciérie, des coproduits de l’industrie métallurgiques. Ce travail traite une démarche générale de prétraitement et de traitements de ces deux matériaux dans cinq chapitres. Dans le premier chapitre, une étude bibliographique sur les sédiments et sur les laitiers a été réalisée. Dans cette partie, nous avons étudié la composition, la gestion actuelle et le cadre législatif défini pour la gestion des deux matériaux. Dans le second chapitre, une caractérisation générale des matériaux utilisés a été entreprise. Cette première partie nous permettra d’appréhender le comportement mécanique, physico-chimique et le degré de pollution de ces deux matériaux. Dans cette partie, nous avons étudié les caractéristiques physiques, les performances mécaniques, la composition minéralogique et l’impact environnemental des sédiments de dragages et des laitiers d’aciérie.Le troisième chapitre des travaux de la thèse s’intéresse aux sédiments de dragages. Dans ce chapitre, le processus de réduction de la teneur en eau initiale de deux sédiments a été exploré. Pour cela, nous avons défini un protocole expérimental pour l’optimisation du processus de séchage des sédiments de point de vue technique et économique. Dans cette partie, nous avons étudié le séchage des sédiments en fonction de plusieurs paramètres. Les paramètres sélectionnés sont : la teneur en eau initiale, le mode de séchage, la composition des sédiments et les conditions climatiques. Le quatrième chapitre consiste à développer des formulations à base de sédiments de dragage et de laitiers d’aciérie. Tout d’abord, des traitements des sédiments fins de dragages au ciment et à la chaux ont été explorés. Cette partie nous permettra de comparer l’efficacité des différents traitements appliqués. Ensuite, des formulations à base de sédiments et de laitiers d’aciérie ont été réalisées. Dans ces formulations, nous avons défini les proportions dans un mélange optimal basé sur une compacité maximale. Dans cette partie, nous avons adapté le modèle d’empilement compressible aux matériaux utilisés. Puis nous avons étudié le comportement mécanique des formulations réalisées.Enfin, dans le dernier chapitre, une tentative de dimensionnement d’une couche de chaussée à base des formulations réalisées a été mise en œuvre. Le dimensionnement a été réalisée conformément la méthode française de dimensionnements des chaussées. L’objectif de cette partie est d’étudier le potentiel de coproduits industriels pour une application en techniques routières en termes de contraintes et déformations admissibles
This work is integrated in global thematic developed in Civil Engineering & Environmental Department of the Ecole des Mines de Douai. This thematic relate to the valorization of industrial co products to development an alternative solutions in terms of civil engineering materials. The experimental study developed in this thesis consists to use two materials: dredged sediment and steel slag.The manuscript content five chapters for discuss this approach to developed an experimental methodology to the valorisation of these materials in road construction. In the first chapter, a literature study of dredged sediments and steel slag has been realised. In this part, we studied composition, current management and actual legislation setting their management. In the second chapter, the general characterisation of used materials has been achieved. This part tends to understand the physical, mechanical and environmental behaviour of dredged sediment and steel slag. The third chapter, the natural drying of two types of fine dredged sediments is discussed. In the following, the efficiency of the evaporation and/or drainage has been discussed. The object of this part is to observe the results in terms of water-content decrease by evaporation and drainage in terms to physical characteristics, composition and initial water content of the sediments. The fourth chapter consists to develop a formulation of road materials of dredged sediments mixed to steel slag. Firstly, the treatment of the efficiency of sediment treatments with lime and cement are discussed. Then, a making of a road material with dredged sediment treated with steel slag is discussed. In this part we adapted of packing density model to sediments and steel slags. The last chapter considers the design of base course composed of sediments and steel slags. The design is realised according to méthode française de dimensionnements des chaussées

Le dragage des sédiments est nécessaire afin de maintenir le transport et les activités maritimes mais les sédiments extraits sont souvent pollués en métaux lourds et en composés organiques. Face à la nécessité du dragage et à la pollution, la société Solvay a mis au point un procédé permettant de traiter les sédiments dragués pour envisager une valorisation : le procédé Novosol®. Ce procédé a pour but de stabiliser les métaux présents dans les sédiments par phosphatation (ajout d’acide phosphorique H3PO4) et de dégrader la matière organique par calcination à 650°C. Un acide phosphorique pur est habituellement utilisé pour l’étape de phosphatation. Cependant, dans la présente étude plusieurs acides phosphoriques de nature et de sources différentes fournis par la société PRAYON ont été utilisés. Les principales caractéristiques de deux sédiments traités avec plusieurs types d’acides phosphoriques sont présentées dans cette thèse. D’un point de vu mécanique les formulations effectuées avec les sédiments traités sont conformes aux normes routières. L’étude environnementale a montré que les quantités de métaux lourds relarguées par les matériaux formulés à partir des sédiments traités sont inférieures aux seuils fixés par la législation en vigueur. Les résultats obtenus avec les différents types d’acides sont similaires. Cela permet d’envisager l’utilisation des sédiments de dragage traité Novosol® en technique routière
Dredging of sediments is necessary in order to maintain maritime activities and for flood prevention. However increased industrial activities are causing accumulation of pollutants in the sediments. The main contaminants are heavy metals and organic compounds. Because of the cost of storage, treatment and valorization can be economically sound. This study focuses on the technology to treat heavy metals from dredged sediments using phosphoric acid (H3PO4) (the Novosol®process developed by Solvay company) with a goal to stabilize heavy metals by capturing them in a calcium phosphate matrix and to destroy organic matter by calcination at 650°C. Several studies have been conducted in this field. The stabilized materials obtained have been used in civil engineering. However these studies have never assessed the effect of the composition of the phosphoric acid on the treatment. In this thesis dissertations the effect of two types of phosphoric acids with various purities and origins provide by PRAYON company were compared. The investigation focuses on the effect of the phosphoric acids on the environmental behavior of metals and on the geotechnical properties of the dredged sediment. The environmental study has shown that the concentration of heavy metals released by materials made from treated sediments are below the regulation limits . The results obtained with the different types of acids are comparable. This allows to consider the use of treated dredged sediment by process Novosol® as road materials

La gestion de quantités importantes de sédiments issus des opérations de dragage de barrage et curage de rivières est un défi économique et environnemental majeur. Une alternative écologique au stockage ou au rejet en mer est à envisager afin de valoriser cette grande quantité de matière première potentielle. Ces matériaux peuvent intéresser la filière du génie civil et plus particulièrement les travaux routiers. Dans ce travail de thèse nous nous sommes intéressés à la valorisation des sédiments de dragage du barrage de Kherrata et de l’oued de la Soummam. Dans un premier temps nous avons caractérisé d'un point de vu physique, minéralogique et mécanique les deux sédiments étudiés. Cette caractérisation a révélé que pour valoriser les sédiments il est nécessaire d'améliorer leurs propriétés mécaniques. Pour ce faire nous avons choisi de les traiter à l'aide de liants hydrauliques (chaux éteinte et ciment). Une étude paramétrique non exhaustive a été réalisée en faisant varier le pourcentage de liants dans les sédiments. Nous nous sommes également intéressés à l'influence des correcteurs granulométriques sur le comportement mécanique. Les traitements, à la chaux ou aux ciments permettent d'améliorer les résistances mécaniques. Toutefois, le traitement au ciment à l'avantage d'être plus intéressant en termes de dosage incorporé et durée du traitement. Du point de vue de la durabilité le traitement au ciment des sédiments est plus approprié et permet d'obtenir un matériau en conformité avec le GTR pour être utilisé en couche de forme de chaussée
Management of large volume of sediment from the dam and river dredging is important economic and environmental challenge. An ecological alternative of storage or disposal at sea must be considered in order to develop this raw material. These sediments are interesting in civil engineering particularly for the roadworks sector. In this thesis we focused on dredging materials of Kherrata and Wadi Soummam.We studied the physical characteristic, mineralogical and mechanical of sediments. This characterization showed that it is necessary to improve their mechanical properties if we hope to used sediments on roadworks. For that we have chosen to realized an hydraulic treatement with binder (hydrated lime and cement). A non-exhaustive parametric study was conducted by varying percentage of binder in sediment. We are also interested to the influence of particle size correctors on the mechanical behavior. The treatment with lime or cement can improve the mechanical caracteristic. However, cement treatment offers the advantage to be more interesting in terms of incorporated dosage and length of treatment. From the durability point of view cement treatment of our sediment is more appropriate and provides a final material to be used in subgrade layer in accordance with the GTR reglementation

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
The topic on the use of sediments is booming for several years. It mainly concerns marine and river sediments. As for the latter, they have a particular physico-chemical composition with higher amounts of minerals and organic matter compared to marine sediments. Moreover, compared with other parts of French territory, the sediments of the region of Nord –Pas-de-Calais are characterized as "contaminated". That's why many researchs were initiated to find new avenues for development of dredged sediments in civil engineering. The main purpose of this research aims to propose a solution for the use of dredged sediment mainly three river sediments from the Nord-Pas-de Calais region for a valuation on road under layers , eco modeled landscape and the development of cementitious materials. In experimental management point of view, the choice of sediment mixtures was determined by the requirements of each reclamation operation. For this, a mixture of sediment of Deule and Croix was chosen for the valuation landscaped mound, a formulation containing sediments of Deûle and Hem has been studied for a valuation road construction. As for the valuation cementitious materials, we used the sediment of the Deule. A mathematical model of decision support validated the choice of different formulations. This work was done in collaboration with the GPMD and LMCU. The validation of the scientific method has been tested on a semi-industrial scale, through the construction of two experimental boards, which helped, initially, to assess the impact of sediments on valuation and the industrial feasibility on site

Le transport fluvial est un enjeu majeur pour le développement des sociétés humaines. Il génère de l'emploi, désengorge le trafic routier et contribue au développement durable. L'envasement des voies navigables rend nécessaire et obligatoire leur entretien. L'absence de curage des sédiments accentue les risques d'inondation, entraîne une limitation du trafic fluvial allant jusqu'à l'inactivité complète de certaines voies d'eaux, provoquant des déviations et la baisse de la compétitivité pour un secteur entier. L'extraction des sédiments n'est pas systématique car elle soulève des problèmes d'ordre écologique, politique et financier. L'important volume de sédiments pollués (métaux lourds, matières organiques,. . . ) à draguer nécessite une prise en charge, actuellement, inadaptée ou inexistante. Nos échantillons ont été traités afin que les métaux lourds y soient stabilisés. Après une étude des différentes solutions et traitements existants, nous avons travaillé en partenariat avec l'entreprise SOLVAY qui a développé le procédé chimique NOVOSOL® à base d'acide phosphorique. La valorisation de ces nouveaux produits stabilisés a été l'objectif de ce travail de thèse. Après une caractérisation environnementale et minérale des sédiments avant et après traitement, nous avons élaboré et caractérisé des nouveaux matériaux de construction à base de sédiments fluviaux stabilisés. Les applications se sont limitées à des éléments compressés et des bétons. Ces premières pistes de valorisation offrent des perspectives attrayantes et évolutives grâce aux enseignements acquis, au perfectionnement de la méthodologie, à une meilleure maîtrise des matériaux et de leur mise en œuvre
The river transport is a major stake for the development of the human societies. It generates employment, unblocks the road traffic and contributes to the sustainable development. The silting of the inland waterways makes necessary and compulsory their maintenance. The absence of clearing out of the sediments accentuates the risks of flood, involves a river traffic restraint going until the complete inactivity of certain water ways, causing deviations and the fall of competitivity for a whole sector. The extraction of the sediments is not systematic because it raises problems of an ecological, political and financial nature. The important volume of sediments polluted (heavy metals, organic matter. . . ) to dredge requires an assumption of responsibility, currently, unsuitable or non-existent. Our samples were treated so that heavy metals are stabilized there. After a study of the various solutions and existing treatments, we worked in partnership with the company SOLVAY which developed the chemical process NOVOSOL® based on phosphoric acid. The valorisation of these new stabilized products was the objective of this work of thesis. After an environmental and mineral characterization of the sediments before and after treatment, we worked out and characterized new building materials containing stabilized river sediments. The applications were limited to compressed elements and concretes. These first tracks of valorisation offer attractive and evolutionary prospects thanks to the acquired lesson, with the improvement of methodology, a better control of materials and of their implementation

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
In front of problems of management of harbour dredging sediment, today, it appears necessary to find potential solutions of valosisation allowing to answer effectively these problems. the valorisation in civil engineering, of not immergeables sediments of ports of Dunkirk and Saint Louis, presents an alternative solution to the management of these materials. the works undertaken within the framework of this thesis are focused on the one hand, on the valorisation of Saint Louis sediment in road construction, and the other hand on the valorisation of Dunkirk sediment in concrete as well as artificials agregates. After physicochimical characterisation, mineralogical and mechanical, environmental impact of raw sediment of Saint Louis harbour and the potential use of these materials in road constuction are evaluated. the study of formulation of materials, for use in layer fondation, was based on an experimental method of determination of maximum compactness. The optimal granular mixtures fulfilling the terms of a use in a layer fondation are the evaluated through leaching tests. The concrete party concerns the formulation of the concretes containing Dunkerk sediment. After the characterisation of these materials, three concretes were the object of a durability study vis-a-vis the external sulphate attack associated with a not destructive characterisation in order to study the influence of incorporation of sediment on properties of concretes. The artificial aggregates party presents the feasibility study of aggregates with sediment, the granular plate and the big-bag technique are two making method used

La gestion de quantités importantes de sédiments issus des opérations de dragage de barrage et curage de rivières est un défi économique et environnemental majeur. Une alternative écologique au stockage ou au rejet en mer est à envisager afin de valoriser cette grande quantité de matière première potentielle. Ces matériaux peuvent intéresser la filière du génie civil et plus particulièrement les travaux routiers. Dans ce travail de thèse nous nous sommes intéressés à la valorisation des sédiments de dragage du barrage de Kherrata et de l’oued de la Soummam. Dans un premier temps nous avons caractérisé d'un point de vu physique, minéralogique et mécanique les deux sédiments étudiés. Cette caractérisation a révélé que pour valoriser les sédiments il est nécessaire d'améliorer leurs propriétés mécaniques. Pour ce faire nous avons choisi de les traiter à l'aide de liants hydrauliques (chaux éteinte et ciment). Une étude paramétrique non exhaustive a été réalisée en faisant varier le pourcentage de liants dans les sédiments. Nous nous sommes également intéressés à l'influence des correcteurs granulométriques sur le comportement mécanique. Les traitements, à la chaux ou aux ciments permettent d'améliorer les résistances mécaniques. Toutefois, le traitement au ciment à l'avantage d'être plus intéressant en termes de dosage incorporé et durée du traitement. Du point de vue de la durabilité le traitement au ciment des sédiments est plus approprié et permet d'obtenir un matériau en conformité avec le GTR pour être utilisé en couche de forme de chaussée
Management of large volume of sediment from the dam and river dredging is important economic and environmental challenge. An ecological alternative of storage or disposal at sea must be considered in order to develop this raw material. These sediments are interesting in civil engineering particularly for the roadworks sector. In this thesis we focused on dredging materials of Kherrata and Wadi Soummam.We studied the physical characteristic, mineralogical and mechanical of sediments. This characterization showed that it is necessary to improve their mechanical properties if we hope to used sediments on roadworks. For that we have chosen to realized an hydraulic treatement with binder (hydrated lime and cement). A non-exhaustive parametric study was conducted by varying percentage of binder in sediment. We are also interested to the influence of particle size correctors on the mechanical behavior. The treatment with lime or cement can improve the mechanical caracteristic. However, cement treatment offers the advantage to be more interesting in terms of incorporated dosage and length of treatment. From the durability point of view cement treatment of our sediment is more appropriate and provides a final material to be used in subgrade layer in accordance with the GTR reglementation

"De par leur volume important, la gestion des sédiments de dragage représente un grand défi pour notre société. Leur contamination en métaux lourds et en micropolluants organiques fait qu'actuellement, la plupart des sédiments sont considérés comme déchets dangereux et sont mis en décharge. Ceci va à l'encontre de la politique actuelle où, dans le cadre d'un développement durable, la loi française favorise la valorisation afin que seuls les déchets ultimes soient mis en décharge. C'est dans ce contexte que la société Solvay a développé le procédé NOVOSOL(r) pour le traitement des sédiments pollués en vue d'une valorisation " matière ". Le procédé comporte deux étapes : une immobilisation des métaux lourds par formation d'apatites lors d'une phosphatation par acide phosphorique et une destruction des matières organiques par calcination. L'objectif de cette thèse est de valoriser des sédiments fluviaux traités par le procédé NOVOSOL(r) dans des matériaux routiers pour assises de chaussée. Les études expérimentales en laboratoire comportent deux aspects : performance mécanique et comportement à la lixiviation des matériaux. Les sédiments traités NOVOSOL(r) sont introduits dans des matériaux traités aux liants hydrauliques en substitution d'une partie ou en totalité du sable traditionnel. L'élaboration des matériaux selon la méthodologie d'étude en vigueur ne présente aucune difficulté. L'augmentation de la teneur en sédiments entraîne une demande en eau accrue et les matériaux ainsi réalisés sont moins compacts que des matériaux témoins. Ceci est attribuable aux caractéristiques des sédiments traités NOVOSOL(r) : teneur en fines importante, la friabilité et la porosité des grains. Ces caractéristiques ont pour conséquence d'affaiblir le squelette granulaire, ce qui se traduit par une diminution du module d'élasticité des matériaux. . . . "
The management of dredged sediments is a challenge for our society because of their huge volume. The contamination of heavy metals and organic micro pollutants make that the majority of dredged sediments are regarded as dangerous waste and are put in discharge. This isn't in the same point of view of the durable development policy: the French law supports the valorization so that only ultimate waste is put in discharge. In this context, Solvay Company has developed the process NOVOSOL(r) for the treatment of the dredged sediments polluted. The process comprises two stages: an immobilization of heavy metals by formation of apatite under a phosphatising reaction with acid phosphoric and a destruction of the organic matter by a calcination. The goal of this thesis is to use river sediments treated by the process NOVOSOL(r) in road base materials. Experimental studies in laboratory comprise two aspects: mechanical performance and leaching behaviour. The treated sediments by NOVOSOL(r) are introduced into road base mixes treated with cementitious binders as substitute for regular sand. The preparation of materials according to the normalized methodology in laboratory does not present any difficulty. As the treated sediments content increases, the water demand increases and the materials are less compact than reference material. This is due to the characteristics of treated sediments: important ratio of fines, friability and the porosity of granular. These characteristics have as a consequence to weaken the granular skeleton, which results in a reduction in the stiffness module of materials. On the other side, the reactivity of treated sediments NOVOSOL(r) in the matrix of cimentitious binder and a better homogeneity of materials lead to an improvement of the tensile strength. Mechanical performance of all the materials with of treated sediments NOVOSOL(r) evaluated by index of elastic quality is better than that of the reference material. .

Le secteur du transport maritime assure le plus grand volume des échanges commerciaux entre la Tunisie et des pays du monde entier. L’entretien régulier des ports, particulièrement par le dragage des sédiments qui s’y accumulent, est indispensable pour garantir une circulation maritime fluide et sécuritaire. En Tunisie, les sédiments dragués sont soit rejetés en mer soit mis en dépôts terrestres. Bien que le rejet en mer soit interdit dans certains cas, par les critères environnementales adoptés, il constitue la solution la plus économique et donc la plus fréquemment utilisée. Dans le cadre de cette étude les sédiments de deux ports : le port de Radès et le port de Gabès ont été caractérisés en vue de comprendre leurs comportements et proposer au moins à un des deux cas une nouvelle alternative de gestion à savoir une valorisation dans un matériau de construction ou routier. Une telle solution doit présenter un grand intérêt économique et environnemental. Les sédiments du port de Radès sont étudiés car ils représentent le plus grand volume des sédiments dragués en Tunisie et que ce port est le plus important dans l’activité du transport marin. Les sédiments du port de Gabès sont considérés dans cette étude car ils posent un grand problème écologique à cause des rejets industriels. La caractérisation a concerné la détermination et l’analyse des propriétés physiques, minéralogiques, chimiques et environnementales des sédiments. Cette étude a permis de dresser des fiches synoptiques assez complètes des propriétés des sédiments du port de Radès et du port de Gabès
Commercial harbors, which represent the basis for numerous exchanges of goods and services at the national and international levels, play a key role in the Tunisian economy. Then, dredging of accumulated sediments has always been required to have a proper functioning of trade by sea. These sediments are either discarded at sea or landfilled. Disposal at sea is prohibited for polluted sediments but it remains the most adopted solution in Tunisia as it is the cheapest one.The objective of this research project is to study the environmental and geotechnical characteristics of sediments dredged from two Tunisian harbors: Rades and Gabes and to find new paths of management of at least one of these dredged sediments. Focus is made on the possibility of a recycling method, which consists in the reuse of sediments as added product in construction or road materials. This solution should have a great economic and environmental interest. The first harbor represents the main facility place in the national transport chain. The second one is selected as its sediments present a serious ecological constraint caused by the discharge of wastes into the marine environment. Physical, chemical, mineralogical and environmental characteristics are determined in order to draw up an accomplished synopsis of studied sediments

L’objectif de ce travail de thèse porte principalement sur la valorisation des sédiments fluviaux en couche de fondation. La caractérisation de ces sédiments nous a permis de dresser une fiche d’identité détaillée de ces sédiments incluant les propriétés physico-chimiques géotechniques et environnementales. Cette caractérisation s’avère être primordiale avant toute démarche de valorisation pour évaluer le potentiel d’utilisation des sédiments en technique routière. La déshydratation des sédiments est un prétraitement souvent indispensable. Nous avons pour cela optimisé leur déshydratation en utilisant la méthode dite de « lit de séchage ». L’influence de la déshydratation par l’ajout de polymères (adjuvant de floculation) sur les caractéristiques intrinsèques des sédiments a été explorée. Afin d’améliorer les performances mécaniques des sédiments, plusieurs traitements ont été mis aux point et expérimentés tel que les traitements aux liants hydrauliques ou l’ajout de renforts granulaires. Ces différents traitements ont été testés sur des sédiments floculés et non floculés. Pour l’optimisation de la compacité des mélanges sédiments fluviaux-ajouts granulaires (Sable Bolonnais), nous avons utilisé le modèle d’empilement compressible. Sur la base des résultats obtenus, nous avons réalisé une planche expérimentale dont l’objectif est de valider notre approche de valorisation. Un suivi mécanique et environnemental ainsi qu’une analyse des eaux de ruissèlements et de percolation ont été réalisés. Les résultats obtenus en laboratoire et in-situ nous confortent dans la perspective d’une utilisation des sédiments fluviaux en couche de fondation
The work in this thesis focuses on the valorization of river sediments in sub-base. The characterization of these sediments allowed us to draw up their detailed identity card including physico-chemical geotechnical and environmental properties. This characterization is essential before any approach aiming to evaluate the potential use of the sediments in road engineering. The dehydration of the sediments is an essential pretreatment. Their dehydration has been optimized by using a method known as “bed of drying”. The influence of dehydration on the sediments characteristics by adding polymers (auxiliary of flocculation) was explored. In order to improve the mechanical performances of sediments, several treatments were developed and tested such as hydraulic binders or addition of granular reinforcements. These various treatments were tested on flocculated and non-flocculated sediments. To optimize the compacity of river sediments-additions (Bolonnais Sand) mixtures, we used the Compressible Packing Model. These results lead us to build an experimental board to validate our approach of valorization. A mechanical and environmental follow-up and analysis of percolation and runoff waters were carried out. The results achieved in laboratory and in-situ consolidate us to use rivers sediments in sub-base

Le secteur du transport maritime assure le plus grand volume des échanges commerciaux entre la Tunisie et des pays du monde entier. L'entretien régulier des ports, particulièrement par le dragage des sédiments qui s'y accumulent, est indispensable pour garantir une circulation maritime fluide et sécuritaire. En Tunisie, les sédiments dragués sont soit rejetés en mer soit mis en dépôts terrestres. Bien que le rejet en mer soit interdit dans certains cas, par les critères environnementales adoptés, il constitue la solution la plus économique et donc la plus fréquemment utilisée. Dans le cadre de cette étude les sédiments de deux ports : le port de Radès et le port de Gabès ont été caractérisés en vue de comprendre leurs comportements et proposer au moins à un des deux cas une nouvelle alternative de gestion à savoir une valorisation dans un matériau de construction ou routier. Une telle solution doit présenter un grand intérêt économique et environnemental. Les sédiments du port de Radès sont étudiés car ils représentent le plus grand volume des sédiments dragués en Tunisie et que ce port est le plus important dans l'activité du transport marin. Les sédiments du port de Gabès sont considérés dans cette étude car ils posent un grand problème écologique à cause des rejets industriels. La caractérisation a concerné la détermination et l'analyse des propriétés physiques, minéralogiques, chimiques et environnementales des sédiments. Cette étude a permis de dresser des fiches synoptiques assez complètes des propriétés des sédiments du port de Radès et du port de Gabès