Migration des ions dans un milieu poreux saturé sous l'effet d'un champ électrique : application à la dépollution de sédiments fins par des géocomposites électrocinétiques

Migration of ions in a porous saturated medium under the effect of an electric field : application to the depollution of fine sediments by electrokinetic geocomposites

• Auteur / Autrice : Banambono Wilfried Forogo
• Direction : Nathalie Touze-Foltz, Stéphane Bonelli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance le 06/05/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Risques, écosystèmes, vulnérabilité, environnement, résilience (Aix-en-Provence)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Odile Nicolas-Simonnot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hanène Souli, Guillaume Stoltz, Yves Durkheim
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yves Berthaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géocomposites

Courants électriques

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Sédiments dragués

Géocomposite

Électrocinétique

Éléments traces métalliques

Dredged sediments

Geocomposite

Electrokinetic

Trace metals

Résumé

Le travail de thèse concerne l’étude de l'effet du champ électrique sur la migration des éléments traces métalliques dans les sédiments dragués des voies d’eau navigables, par les phénomènes d'électroosmose et d'électrocinétique. D'abord, l’influence de la texture des sédiments sur les propriétés électrocinétiques du matériau a été étudiée pour des sédiments synthétiques. Une campagne d’essais en laboratoire a permis de caractériser l’influence de la texture de ce matériau et de son pH. Le coefficient de perméabilité électroosmotique est deux fois plus grand, et la conductivité électrique est cinq fois plus grande pour une composition argileuse que pour une composition limoneuse. L’électrocinétique induit dans le milieu poreux saturé constitué par les sédiments la propagation d’un front acide du côté de l’anode et d’un front basique du côté de la cathode. Cette propagation a été mise en évidence par une étude expérimentale réalisée avec un oedoperméamètre modifié, ainsi que par une modélisation numérique par éléments finis. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques obtenus a permis d’établir une méthodologie de calage des paramètres du modèle. On observe enfin que le gradient de pH a un impact majeur sur le comportement des éléments traces métalliques. Deux expériences de traitement de sédiments réels ont été menées sur le long terme (3 et 6 mois) pour voir dans quelle mesure l’électrocinétique peut rendre inertes des sédiments réels. Les analyses chimiques avant et après l’application de l’électrocinétique montrent des effets très variables en fonction de la nature du métal considéré, de sa spéciation et des conditions physico-chimiques du milieu

The thesis work concerns the study of the effect of the electric field on the migration of trace metal in dredged sediments from navigable waterways, by the phenomena of electroosmosis and electrokinetic. First, the influence of the texture of sediments on the electrokinetic properties of the material was studied for synthetic sediments. A campaign of laboratory tests allows to characterize the influence of the texture of this material and its pH. The electroosmotic permeability coefficient is twice greater, and the electrical conductivity is five times greater for a clay composition than for a silty composition. Electrokinetics induces in the saturated porous medium formed by sediments the propagation of an acid front on the anode side and a basic front on the cathode side. This propagation was highlighted by an experimental study carried out with a modified oedopermeter, as well as by numerical modeling by finite elements. The comparison of the experimental and numerical results obtained allows to establish a methodology for calibrating the parameters of the model. Finally, we observe that the pH gradient has a major impact on the behavior of trace metal. Two experiments on the treatment of real sediments have been carried out over the long term (3 and 6 months) to see to what extent electrokinetic can make real sediments inert. Chemical analyzes before and after the application of electrokinetic show very variable effects depending on the nature of the trace metals considered, its speciation and the physico-chemical conditions of the medium