Caractérisation des sédiments fins des retenues hydroélectriques en vue d’une orientation vers des filières de valorisation matière

Hydroelectric reservoir fine sediment characterization for wide-ranging usage of matter

• Auteur / Autrice : Baptiste Anger
• Direction : Daniel Levacher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Caen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Morphodynamique continentale et côtière (Caen1996-....)
• Jury : Président / Présidente : François Buyle-Bodin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Levacher, François Buyle-Bodin, Irini Djeran-Maigre, Bernard Husson, Miren Etxeberria, Didier Marot, Claire Peyratout, François Thery
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Irini Djeran-Maigre, Bernard Husson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes d'aide à la décision

Technique routière

Clinkers (ciments)

Céramique

Mortier

Déblais de dragage

Déchets -- Valorisation

Sédiments fluviaux

Résumé

Les opérations de dragage de sédiments sont nécessaires pour garantir une bonne exploitation des ports, des voies navigables et des retenues d’eau pour la navigabilité ou pour la production d’énergie. Le peu de retour d’expériences positives sur les voies de valorisation à terre des sédiments fins de dragage marins et fluviaux révèle l’absence de solutions durables. La gestion à terre des sédiments fins de retenues hydroélectriques nécessite une vision intégratrice de l’ensemble des potentialités de valorisation sur le territoire. Une approche durable en matière de gestion des matériaux de dragage exige notamment un changement de point de vue. Même si ces derniers ont un statut de déchet, ces matériaux méritent d’être considérés comme une ressource alternative potentielle qui peut être précieuse dans un contexte de raréfaction de matière première minérale naturelle. Ainsi, une approche globale adaptée aux sédiments de barrages est proposée pour aboutir à la mise en œuvre d’un outil décisionnel de pré-orientation des sédiments vers des filières de valorisation. Un examen de 5 voies de valorisation potentielles, à savoir, en cimenterie, en intégration dans le béton, en matériau routier et assimilé, en matériau céramique et en valorisation agronomique, a été mené avec mise en évidence des spécifications d’entrée dans le cas des sédiments fins de barrage, la recherche des paramètres clés, consolidant un inventaire des travaux de recherche et applications dans chaque filière. Ces 5 filières ont été mises en œuvre à l’échelle du laboratoire pour quatre sédiments fins provenant de retenues hydroélectriques, représentatifs de différentes typologies. Tout d’abord une caractérisation minérale, géotechnique et agronomique a permis de discuter de l’adéquation sédiments – filières au regard des critères d’entrée dans les voies de valorisation. S’ensuivent les essais de valorisation i. E. Fabrication d’un clinker, addition de sédiments dans un mortier, élaboration d’un matériau routier et confection d’un matériau céramique, mettant en avant les caractéristiques favorables ou défavorables des sédiments fins en relation avec la filière étudiée. Un outil de décision a été conçu pour pré sélectionner les voies de valorisation. Il a été construit à partir de l’identification et l’interprétation de critères techniques indicateurs, et à partir d’une caractérisation minimale. Enfin l’accent est mis sur l’importance de prendre en compte la proximité des sites de valorisation possibles.

Sediment dredging is needed to ensure good operation of ports, waterways and reservoirs insofar as navigation or energy production is concerned. The analysis of feedback from experiments concerning beneficial uses of fine sediments dredged from marine and river environments, shows that sustainable solutions are very limited or do not exist. Land-based management of hydro-electric dams with sediments requires the integration of all resources existing in a given area. A sustainable approach to management of dredged material requires, inter alia, a change of point of view. Even if their status is that of waste, these materials deserve to be considered as a valuable potential alternative resource, bearing in mind the scarcity of natural mineral material. Therefore, this thesis proposes a global approach, adapted to dam fine sediments, to implement a decision-making tool in order to pre-screen sediments towards re-use channels. A study of five potential industrial sectors for reusing fine dam sediments was conducted, including cement works, concrete admixtures, road building, ceramics, and agriculture. It highlighted input specifications of fine dam sediments, and research on key parameters. An inventory was established for each of these industrial sectors, quoting related research works and applied engineering. These five sectors or channels were implemented and investigated in laboratory conditions using four hydroelectric dam fine sediments, representative of various typologies. First, a mineral, geotechnical and agronomic characterization was conducted, allowing to weigh sediments - industrial sectors or channels, considering input specifications of re-use objectives. Then, re-use tests followed, namely, manufacturing of a clinker, addition of sediments to a mortar, development of road material and manufacturing of a ceramic material, highlighting positive or negative characteristics of fine sediments in relation to various channels studied. A decision tool was implemented for preselecting re-use channels. It was designed from the identification and interpretation of pertinent technical criteria, and from minimal characterization of fine dam sediments. Finally, it is stressed that geographical proximity for possible re-use is of paramount importance.