Thèse soutenue

Mécanismes physico-chimiques mis en jeu lors de la décontamination de matériaux cimentaires en profondeur par une compresse

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Auteur / Autrice : Hicham Dialla
Direction : Philippe Coussot
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences des Matériaux
Date : Soutenance le 08/12/2022
Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est) - Laboratoire Navier (Paris-Est)
Jury : Président / Présidente : Sandrine Garrault-Gauffinet
Examinateurs / Examinatrices : Philippe Coussot, Catherine A. Davy, Stéphane Poyet, Thibaud Chevalier, Alban Gossard
Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine A. Davy, Stéphane Poyet

Résumé

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Au cours des prochaines années, le nombre de chantiers d’assainissement et de démantèlement d’installations nucléaires devrait fortement croître. Diverses interventions de décontamination devront ainsi être effectuées afin de faciliter l’intervention des opérateurs et la gestion de déchets engendrés. Les matériaux cimentaires, principalement issus des matériaux d'infrastructure, représentent alors un volume important de matériaux contaminés et leur décontamination se révèle être un objectif important à atteindre. Dans le cadre de cette thèse, nous étudions la faisabilité d’un procédé de décontamination utilisant des compresses se présentant sous la forme de pâtes d’argile saturée en eau. Le procédé est divisé en deux phases principales : une phase d’imbibition du matériau cimentaire par l’eau contenue initialement dans la compresse permettant la solubilisation des contaminants contenus dans la porosité du matériau, puis une phase de séchage engendrant l’extraction du liquide imbibé (et contenant les contaminants) du matériau cimentaire vers la compresse. Une telle utilisation nécessite une bonne compréhension des mécanismes physico-chimiques qui contrôlent ces différentes phases. Plus précisément nous avons cherché à décrire les transferts de liquide entre la compresse et le mortier, de façon à préciser les possibilités d’extraction des contaminants en profondeur. Dans ce but nous nous sommes notamment appuyés sur des mesures par IRM qui permettent d’observer la distribution de l’eau au sein de chaque matériau au cours du temps. Nous avons ainsi montré que, durant la phase d’imbibition, l’eau pénètre en profondeur dans le mortier (plusieurs centimètres). Le processus physique de transport du liquide dans le mortier reste néanmoins complexe car il ne peut être décrit par un modèle d’imbibition capillaire standard, et l’état de surface du mortier le long de l’interface avec la compresse influence significativement la dynamique.Nous avons également montré que, durant la phase de séchage, l’eau est extraite en profondeur du matériau : la distribution spatiale du liquide reste sensiblement homogène alors que la saturation totale diminue. Nous avons enfin démontré que la compresse permet l’extraction de l’eau du mortier de façon analogue à ce que l’on obtient en son absence. Autrement dit, après une première phase de contraction de la compresse associée à son séchage partiel, l’eau est extraite du mortier et sa dynamique d’extraction n’est pas affectée par la présence de la compresse. Enfin, le procédé de décontamination du substrat initialement contaminé en strontium inactif a été évalué. Nous avons illustré une possible décontamination sur une profondeur estimée entre 2 et 4 mm pour un échantillon contaminé sur environ 13 mm, démontrant de cette manière la faisabilité du procédé