Caractérisation, prétraitement et valorisation dans un béton prêt à l'emploi de Mâchefers d'Incinération de Déchets Non Dangereux (MIDND)

Caracterisation, pretreatment and valorisation in ready-mix concrete of Municipal Solid Waste Incineration Bottom Ash (MSWI-BA)

• Auteur / Autrice : Ola Hammoud
• Direction : Christine de Brauer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l’environnement industriel et urbain
• Date : Soutenance le 10/07/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DEEP - Déchets Eaux Environnement Pollutions, EA 7429 (Lyon, INSA)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Baup
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine de Brauer, Stéphane Baup, Nor-Edine Abriak, Khalil Hanna, Denise Blanc, Maria Lupsea-Toader
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nor-Edine Abriak, Khalil Hanna

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton

Lixiviation

Mâchefer

Déchets -- Valorisation

Mots clés libres

Environnement

MIDND - Mâchefer d'incinération de déchets non dangereux

ETM - Elément trace métallique

Déchet

Lixiviation

Matériaux de construction

Traitement des matériaux

Béton prêt à l’emploi

Traitement chimique

Traitement thermique

Valorisation des déchets

Valorisation

Environment

ETM - Elément trace métallique

Waste

Leaching

Building materials

Materials Processing

Ready-Mix concrete

Chemical treatment

Thermal treatment

Secondary raw material

Valorization

Résumé

Valoriser les mâchefers d’incinération des déchets non dangereux (MIDND) en matériaux de construction afin de réduire leur stockage couteux en centre d’enfouissement technique et de préserver les ressources naturelles constitue un challenge. Un frein à cette valorisation est le potentiel polluant des métaux (notamment des Eléments Traces Métalliques ETM) et des anions susceptibles d’être relargués en scénarios d’utilisation. Cette thèse évalue l’impact de l’incorporation de MIDND dans une formulation de béton prêt à l’emploi. Elle contribue à améliorer la compréhension du comportement des ETM et des anions dans différentes conditions de lixiviation et à trouver des solutions adéquates pour limiter leur mobilité. La première partie présente l’évaluation technique et environnementale de bétons prêt à l’emploi formulés en remplaçant partiellement les granulats naturels par diverses fractions granulométriques de mâchefers incorporées à différents taux de substitution. Les résultats démontrent la conformité environnementale du scénario aux exigences règlementaires des Pays-Bas. Par contre, la résistance à la compression est réduite de moitié par rapport à la formulation standard. Un prétraitement des MIDND pourrait améliorer les performances mécaniques. La seconde partie décrit l’influence de prétraitements thermique et chimique sur la mobilité des ETM. Les résultats montrent que l’efficacité du traitement thermique dépend de la température et de l’élément ciblé. Le traitement chimique optimisé lors de cette étude apparait plus efficace. La troisième partie, dédiée à la modélisation géochimique du comportement des mâchefers en scénarios de lixiviation, a permis d’identifier les phases minéralogiques qui contrôlent la mobilité des ETM. Elle montre que les phases majoritaires imposent les paramètres de la solution tels que le pH et par suite, influe sur le relargage des ETM. Ces connaissances facilitent la définition des prétraitements éventuels à appliquer aux MIDND avant valorisation.

Valorisation of Municipal Solid Waste Incineration Bottom Ash (MSWI-BA) in building materials in order to reduce their expansive storage in technical burying center and preserve the natural ressources constitutes a challenge. A hindrance of this valorisation is the pollutant potential of metals (especially mineral traces elements MTE) and anions likely to be released in use scenarios. This thesis evaluates the impact of incorporation of MSWI-BA into ready-mix concrete formulation. It helps to improve the understanding of MTE and anions behaviour in different leaching conditions and to find adequate solutions to limit their mobility. The first part presents the technical and environmental performances of ready-mix concrete formulated by partially replacing of the natural aggregates with different size fractions of BA incorporated at different substitution rates. The results demonstrate that the environmental performances of the scenario comply with the regulatory requirements of the Netherlands. On the other hand, the compressive strength is reduced by half compared to the standard formulation. Pretreatment of MSWI-BA could improve the mechanical performances. The second part describes the influence of thermal and chemical pretreatments on the mobility of MTE. The results show that the efficiency of the thermal treatment depends on the temperature and the target element. Optimised chemical treatment used in this study appears to be more effective. The third part, dedicated to the geochemical modeling of BA behaviour in leaching scenarios, allowed us to identify the mineralogical phases that control the mobility of MTE. It shows that the majority phases impose the parameters of the solution such as the pH and consequently, influences on the release of the MTE. This knowledge facilitates the definition of the possible pretreatments to be applied on the MSWI-BA before its valorisation.