Valorisation des sédiments de dragage dans des matrices polymères

Valoization of dredged sediments in polymer matrix

• Auteur / Autrice : Ilyas Ennahal
• Direction : Mahfoud Benzerzour, Yannick Mamindy-Pajany
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 14/06/2019
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IMT Lille Douai
• Jury : Président / Présidente : Nor-Edine Abriak
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Gonzalez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Baley, Michèle Quéneudec T'Kint de Roodenbeke

Mots clés

Mots clés libres

Sédiments de dragage

Valorisation

Liant thermoplastique recyclé

Liant thermodurcissable

Capacité granulaire

Acceptabilité environnementale

Sediment dredging

Valorization

Recycled thermoplastic binder

Thermosetting binder

Granular compactness

Environmental acceptability

Résumé

En France, les volumes de sédiments de dragage générés chaque année pour la maintenance des ports et des voies navigables sont estimés à environ 50 millions de mètres cubes. La gestion de ces sédiments représente un enjeu économique, social et environnemental pour les gestionnaires. Aujourd’hui, l’une des solutions privilégiées est le développement de la gestion à terre de ces matériaux, qui consiste à les réutiliser comme matières premières secondaires en substitution partielle ou totale de matières nobles. De nombreux travaux de recherche ont été effectués sur la problématique de la valorisation des sédiments de dragage et de curage et de nouvelles filières sont actuellement toujours à l’étude (ciments, enrochements pour travaux maritimes et fluviaux, bétons cellulaires, granulats artificiels, etc.). Ce travail de thèse s’inscrit dans un contexte d’économie circulaire et vise à permettre le développement d’une gestion durable et responsable des ressources naturelles non renouvelables. Ceci à travers la réutilisation des sédiments de dragage dans la formulation de matériaux composites traités par des liants thermodurcissables ou thermoplastiques. Ainsi, après un travail de synthèse bibliographique sur les principales propriétés des sédiments de dragage, les méthodes de formulation des mortiers polymères et les modalités d’intégration des matériaux alternatifs dans ces matrices sont été décrites. Les expérimentations portent plus particulièrement sur la formulation de matériaux à partir de polymères thermodurcissables (résines de type Epoxy ou Polyester) et thermoplastiques (plastiques recyclés issus du tri des déchets). La validation des performances techniques des formulations optimisées pour chacun des traitements a été effectuée pour des usages en revêtements de sols ou en granulats légers dans des bétons hydrauliques. Enfin, la dernière partie de la thèse a été consacrée à l’étude de l’acceptabilité environnementale des nouveaux matériaux à travers la réalisation des essais de lixiviation dynamique sur monolithes. Les travaux menés ont permis de démontrer la faisabilité technique et environnementale de la valorisation des sédiments en tant que charge minérale dans des matrices polymères, avec des taux d’incorporation de sédiments significatifs pouvant atteindre jusqu’à 80 %. Ce qui confirme l’intérêt de cette typologie de traitement pour la valorisation des sédiments de dragage.

In France, the volume of dredged sediments generated each year through maintenance of ports and waterways, is estimated at around 50M cubic meters. The management of these sediments represents an economic, social and environmental stake for the managers of the waterways. Today, one of the solution is the onshore management of these sediments, which consists on their reuse as secondary raw materials in partial or total substitution of natural materials for civil engineering applications such as sub-base road materials, embankments, concrete, bricks/tiles, and cement production. In this context this study was initiated in order to define a long-term value chain for dredging sediments for a sustainable and responsible management of natural resources. This through the valorization of dredged sediments in polymer matrix mortar formulations. Indeed, this research presents an innovative solution that preserves natural resources by promoting the use of local resources, such as dredged sediments. In order to achieve this objective, the study included several phases : the first part is devoted to the state of the art concerning dredged sediments, polymer mortars and the recovery of waste in polymer mortars. In the second part, we studied recovery of sediment in thermosetting matrix polymers (Epoxy-Polyester). In the third part we studied the possibilities of incorporating sediments in recycled thermoplastic matrix. The materials from this combination have been used as lightweight aggregates for mortar formulation. Finally, in the last part was devoted to environmental monitoring of new formulated materials. This is done through leaching tests carried out on crushed samples and monoliths, to ensure the environmental safety of these materials. The result obtained with the different formulations tested, show the technical and environmental feasibility of valorization of sediments as mineral filler in polymer mortars, with sediments incorporation rates range between 50 and 80%. Indeed, the use of a polymer matrix makes it possible to have better physico-mechanical and chemical results with cementitious matrix mortars.