Procédés de stabilisation physico-chimique des contaminants inorganiques dans des matériaux alternatifs

Physico-chemical stabilization processes for inorganic contaminants in alternative materials

• Auteur / Autrice : Bader Bouzar
• Direction : Yannick Mamindy-Pajany
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil et environnement
• Date : Soutenance le 16/11/2022
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre for Materials and Processes / CERI MP - IMT Nord Europe
• Jury : Président / Présidente : Nor-Edine Abriak
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charlotte Hurel, Anne Pantet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Fabienne Baraud, Khalil Hanna

Mots clés

Mots clés libres

Déchets minéraux

Stabilisation physico-Chimique

Acceptabilité environnementale

Installation de stockage de déchets de centrales thermiques

Valorisation matière

Granulats légers

Sédiments de dragage

Sol de champs de tirs, cendres volantes, mâchefers

Cendres volantes

Mâchefers de centrales thermiques

Mineral waste

Physico-Chemical stabilization

Environmental acceptability

Waste storage installation thermal power plants

Material recovery

Lightweight aggregates

Dredging sediment

Soil shooting range, fly ash, bottom ash from

Fly ash

Bottom ash from thermal power plants

Résumé

La gestion des déchets et sous-produits industriels constitue un enjeu majeur pour les acteurs socio-économiques du territoire. En effet, le recours systématique aux filières d’élimination en installation de stockage de déchets devient de plus en plus onéreux en fonction de la nature des déchets, ce qui oblige les opérateurs du secteur à s’orienter vers des traitements innovants permettant de garantir l’innocuité environnementale de ces matériaux en cas d’élimination ou de valorisation. Cette stratégie contribue à la réduction des émissions en substances polluantes dans l’environnement et à la préservation des ressources naturelles non renouvelables lorsque qu’un scénario de recyclage est envisagé. Ce travail de thèse a pour objectif d’étudier l’efficacité de différents procédés de stabilisation physico-chimique sur l’immobilisation de contaminants inorganiques présents dans des déchets minéraux. Ainsi, des sédiments de dragage fluviaux, des cendres et des mâchefers de centrales thermiques à biomasse, des cendres volantes de boues de papeterie et des sables de champs de tir, présentant un caractère non inerte ont été prioritairement sélectionnés pour la réalisation de cette étude. Dans le premier volet de l’étude, les sédiments fluviaux, le sable de champs de tir, et les cendres volantes de biomasse ont été stabilisés par divers procédés physico-chimiques dans la perspective d’une élimination en installations de stockage. Dans un second volet, les mâchefers de centrales thermiques ont été réutilisés en tant que substrat adsorbant pour la déphosphatation des eaux usées et les cendres volantes issues de la combustion de boues de papeterie ont été granulées pour confectionner des granulats légers artificiels susceptibles d’être réutilisés en remblais ou dans des bétons/mortiers.

The management of industrial waste and by-products is a major challenge for the socio-economic actors of territories. Indeed, the systematic use of disposal option in specific storage facilities is becoming increasingly expensive depending on the nature of the waste, which forces operators in the sector to turn to innovative treatments that ensure the environmental safety of these materials in case of disposal or recovery. This strategy contributes to the reduction of pollutant emissions into the environment and to the preservation of non-renewable natural resources when a recycling scenario is considered. The objective of this thesis work is to study the efficiency of different physicochemical stabilization processes on the immobilization of inorganic contaminants within mineral wastes such as river dredging sediments, fly ash and bottom ash from biomass thermal power plants, fly ash from paper mill sludge, and soil shooting ranges. In the first part of the study, various stabilization processes were applied to the most contaminated wastes (river sediments, shooting range sand, and biomass fly ash) in order allowing their disposal in storage facilities. In a second part, bottom ash from thermal power plants were reused as an adsorbent substrate for wastewater dephosphatation and fly ash from paper mill sludge combustion as artificial lightweight aggregates for incorporation into backfill or concrete/mortar.