Mécanismes physico-chimiques impliqués dans la formation et l’évolution à l’abandon d’un matériau sédimentaire innovant généré en milieu marin par polarisation cathodique

Physico-chemical mechanisms involved in the formation and evolution at abandonment of an innovative sedimentary material generated in a marine environment by cathodic polarisation

• Auteur / Autrice : Daza Louis Zadi
• Direction : Anthony Soive, Philippe Turcry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 07/07/2022
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (La Rochelle)
• Jury : Président / Présidente : Catherine A. Davy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anthony Soive, Philippe Turcry, Catherine A. Davy, Laurent de Windt, Alexandra Bertron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent de Windt, Alexandra Bertron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aragonite

Protection cathodique

Travaux maritimes

Rivage -- Protection

Mots clés libres

Geocorail

Polarisation cathodique

Formation

Stabilité chimique

Brucite

Aragonite

Geocorail

Cathodic polarization

Formation

Chemical stability

Brucite

Aragonite

Résumé

Ce travail de thèse porte sur un matériau (le Geocorail) formé par polarisation cathodique d’un treillis en acier disposé au sein d’un milieu sédimentaire marin. L’application de ce procédé est dédiée au renforcement des ouvrages côtiers dans la lutte contre le recul du trait de côte. L’objectif de cette étude est d’apporter des réponses relatives à l’influence des paramètres du procédé sur les propriétés physico-chimiques de ce matériau ainsi que l’évolution de celui-ci en condition d’abandon, c’est-à-dire lorsque la polarisation est arrêtée. Cette étude a été réalisée à travers une démarche expérimentale couplée avec des modèles numériques. Ces travaux ont été réalisés sur un matériau modèle formé en laboratoire et ont permis de mettre en évidence l’anisotropie de diffusion au sein de ce matériau dont l’épaisseur, la porosité et la masse volumique sont essentiellement contrôlées par la densité de courant et la durée de la polarisation. Ces deux derniers paramètres favorisent la formation de liant, constitué de brucite (Mg(OH)2) et d’aragonite (CaCO3), servant à l’agglomération du sédiment en place. La géométrie de ce sédiment est en outre un facteur primordial pour l’optimisation des propriétés du matériau. En ce qui concerne sa stabilité chimique en l’absence de polarisation, les analyses expérimentales et les modèles numériques ont révélé que l’aragonite se substitue à la brucite avec un rendement massique relativement faible, probablement lié à la forte diffusivité des matériaux analysés. La faible variation de la porosité et de la masse volumique (inférieur à 5% en 18 mois) rassure cependant de la stabilité du Geocorail dont les propriétés pourraient même s’améliorer avec le temps. Enfin, des modèles numériques de croissance et d’évolution de ce matériau à l’abandon ont été élaborés. Des voies d’amélioration ont également été proposées pour une meilleure prédiction de ces propriétés, voire la prédiction des propriétés mécaniques.

This PhD work focused on the study of a material (Geocorail) formed by cathodic polarization applied in a marine sedimentary environment and used for the reinforcement of coastal structures in the fight against coastline recession. The objective of this study is to provide answers relative to the influence of the process parameters on the physico-chemical properties of this material as well as the evolution of the material under abandonment conditions, i.e. when the polarization is stopped. This was achieved through an experimental approach coupled with numerical models. This work was carried out on a laboratory material and its diffusion anisotropy within this material, the thickness, porosity and density of which are essentially controlled by the applied current density and the polarization time. These two parameters promote the formation of a binder, consisting of brucite (Mg(OH)2) and aragonite (CaCO3), which serves to agglomerate the sediments in place. The geometry of this sediment is also a key factor in optimizing the properties of this material. With regard to its chemical stability in the absence of polarization, experimental analyses and numerical models revealed that brucite substitutes for aragonite with a relatively low mass yield, probably linked to the high diffusivity of the studied materials. The small variation in porosity and density (less than 5% in 18 months) however ensures the stability of the Geocorail, whose properties could even improve with time. Finally, numerical models of the growth and evolution in abandon condition were developed. Some ways of improvement were also proposed for a better prediction of these properties, and even for the mechanical characterization using numerical methods