Fabrication d'agrégats à partir de déchets : recherche sur l'incorporation d'argiles réactives dans des matériaux dédiés aux filières de construction de sol

Manufacturing aggregates from wastes : Research on the incorporation of reactive clays in materials dedicated to the soil construction process

• Auteur / Autrice : Safae El Farricha
• Direction : Emmanuel Joussein, Samuel Coussy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosciences
• Date : Soutenance le 25/03/2022
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie, Ecologie, Géosciences et AgroSciences Théodore Monod (Poitiers)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Agroressources, Biomolécules et Chimie pour l'Innovation en Santé (Limoges ; 2018-)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Joussein, Samuel Coussy, Fabien Hubert, Camille Dumat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Schwartz, Laure Vidal-Beaudet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Granulats

Argile

Sols -- Réhabilitation

Mots clés libres

Agrégation

Déchets

Stabilité des agrégats

Sols construits

Technosols

Argiles réactives

Croissance de la végétation

Aggregation

Waste materials

Aggregate stability

Constructed soils

Technosols

Reactive clays

Vegetation growth

Résumé

La construction de sols à partir de déchets encourage la transition d'une économie linéaire vers une économie circulaire en recyclant les matériaux pour produire des sols fertiles pour les communautés. Dans ces travaux de thèse, nous explorons l'incorporation de déchets riches en argiles réactives dans le processus de construction de sol pour mieux comprendre comment la nature des déchets, les propriétés physiques et les méthodes de construction de sol influencent l'agrégation à l'échelle du laboratoire et d’un site-pilote. Les résultats de laboratoire montrent que la minéralogie et la proportion d'argiles incorporées influencent principalement la production d'agrégats de 1 à 3 mm et la stabilité structurale à sec, tandis que l'ajout de compost mature influence principalement les agrégats de plus de 3 mm. Le mouvement rotationnel automatisé d’un disque bouletteur permet un mélange uniforme des déchets et la production significative d'agrégats entre 1 et 5 mm. Ces résultats valident le potentiel d'agrégation de la méthode de construction de sol par bouletage et son principe de fonctionnement. La stabilité structurale humide des agrégats peut être améliorée en augmentant l'humidité dans leurs espaces poreux ou en augmentant l'hydrophobicité globale pour réduire la pression interne des agrégats. L'expérience en pot à l'échelle du laboratoire démontre l'influence de la croissance de la végétation sur l'agrégation du sol. Les racines impactent la formation des agrégats au-delà de 5 mm, et le couvert végétal protège les agrégats de surface évitant ainsi une réduction de la taille des agrégats. Pour cette raison, la mise en place de végétation sur les sols construits peut être très bénéfique, car les racines peuvent favoriser l'agrégation et la stabilité, tandis que la couverture végétale peut protéger la surface du sol, lui donnant suffisamment de temps pour améliorer sa stabilité. L'étude à l'échelle du site-pilote utilise un cylindre bouletteur et examine l'impact des argiles et de la matière organique sur l'évolution de la stabilité des agrégats humides sur sept mois. La teneur en argiles peut être bénéfique pour stabiliser les microagrégats, mais seulement lorsqu'un pourcentage suffisant de compost est ajouté. L'amélioration de la stabilité des agrégats humides dans le temps est un indicateur positif de la viabilité biologique et de la fertilité de ces sols construits. Ceci est encore confirmé par la production de biomasse, principalement corrélée au pourcentage de compost ajouté. Les matériaux parentaux sélectionnés se sont révélés avoir un potentiel d'agrégation élevé et ont fourni un support végétal, remplissant le rôle d'un sol fertile.

Soil construction from wastes encourages shifting the paradigm of a linear economy towards a circular one by recycling materials and producing fertile soil for communities. In this thesis work, we explore the incorporation of reactive clay-rich wastes in the soil construction process to further understand how waste materials, physical properties, and construction methods influence aggregation on a laboratory and pilot scale. Laboratory results display that the mineralogy and proportion of incorporated clays mainly influence the production of 1-3 mm aggregates, and the dry structural stability, while mature compost addition mainly influences aggregates over 3 mm. The automated, rotational movement of the pelletizing disc allows uniform mixing of the waste, leaving only 4% of the materials unaggregated, and producing significantly more aggregates between 1 and 5 mm. These results validate the aggregation potential of the pelletizing construction method and its operating principle. Wet structural stability of aggregates can be improved by increasing the humidity in their pore spaces or increasing the overall water repellency through hydrophobicity to reduce the aggregates’ internal pressure. The laboratory-scale pot experiment demonstrates the influence of vegetation growth on soil aggregation. Roots impact the formation of aggregates above 5 mm, and the vegetation cover protects surface aggregates from weathering, thus avoiding a reduction in the size of the aggregates. For this reason, vegetating constructed soils can be very beneficial as roots can promote aggregation and stability, while vegetation cover can protect the soil surface, giving it ample time to improve its stability. The pilot-scale study uses a pelletizing cylinder and examines the impact of clays and organic matter on the evolution of wet aggregate stability over seven months. The clay content can be beneficial in stabilizing microaggregates, but only when a sufficient percentage of compost is added. The improvement of the wet aggregate stability over time is a positive indicator of these constructed soils' biological viability and fertility. This is further confirmed by the significant biomass production, mainly correlated to the percentage of compost added. The selected parent materials are found to have a high aggregation potential and provided plant support, fulfilling their role as fertile soil.