Valorisation des sédiments de dragage dans les constructions en terre

Valorization of dredged sediments in earth constructions

• Auteur / Autrice : Sarah Nassar
• Direction : Nadia Saiyouri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 29/11/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Anne Pantet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Baudrit, Alexandra Bourdot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Rozière, Rachid Zentar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique

Réactions chimiques

Méthodes de simulation

Fibres naturelles

Analyse du cycle de vie

Apprentissage automatique

Contrôle non destructif

Constructions en terre

Déchets -- Valorisation

Sédiments (géologie)

Mots clés libres

Valorisation

Sédiments

Bloc de terre comprimée

Caractérisation non destructive

Apprentissage automatique

Analyse de cycle de vie

Fibres naturelles

Géopolymérisation

Simulation thermique

Mécanique

Valorization

Sediments

Compressed earth blocks

Nondestructive testing

Machine learning

Life cycle assessment

Natural fibers

Geopolymerization

Thermal simulation

Mechanics

Résumé

Dans le contexte de la transition écologique, il y a une sensibilisation sur les pratiques éco-responsables et la France s’engage à répondre à l’enjeu climatique par des politiques environnementales. Au niveau du secteur de la construction, des mesures sont indispensables pour réduire l’impact environnemental. Les constructions en terre permettent de substituer aux matériaux conventionnels et offrent plusieurs avantages. En maçonnerie, les blocs de terre comprimée (BTC) sont à l’état cru et ne nécessitent pas une cuisson à de hautes températures comme les briques cuites ou une fabrication polluante comme les blocs de béton. Afin de favoriser l’économie circulaire, la réduction des déchets et leur valorisation est assez recommandée. Les sédiments de dragage sont stockés en grande quantité et leur trouver des voies de gestion est indispensable notamment à la veille de l’évolution des lois de dragage.Ainsi, des blocs de terre comprimée à base de sédiments de dragage du bassin d’Arcachon font l’objet de cette étude. Des sédiments sont d’abord prélevés de huit ports du bassin et sont caractérisés par différents essais géotechniques et de terrain. Ceux du port d’Audenge sont les plus adaptés à la fabrication des BTC et sont utilisés dans la suite de l’étude.Différentes formulations de BTC, fabriqués au laboratoire, ont permis d’étudier les effets de la pression de compactage, du type et quantité des fibres naturelles et de la quantité d’activateur. Ainsi, les BTC non stabilisés, fibrés et géopolymérisés sont caractérisés par plusieurs essais pour étudier leurs propriétés mécaniques, thermiques, microscopiques et de durabilité. Ils sont également caractérisés par des essais non destructifs qui s’avèrent pratiques et efficaces pour évaluer les BTC de manière qualitative sans les endommager.D’autre part, des modèles d’apprentissage automatique sont utilisés pour prédire la résistance à la compression des BTC. Ils sont entrainés par une base de données collectée de la littérature ayant comme paramètres d’entrée, la texture de la terre, l’eau, les stabilisants et la pression de compactage. Des classifieurs sont comparés entre eux et celui de vote a été le plus performant. Une explicabilité des prédictions est également recherchée par les valeurs de Shapley. Cette approche sert d’outil d’aide à la prise de décision pour des futurs BTC, notamment en raison de la variabilité des sols.Enfin, une analyse environnementale est menée à travers une analyse de cycle de vie, du berceau à la porte, et une simulation thermique. Elles ont permis de proposer des améliorations aux procédés de fabrication et de montrer l’intérêt de l’usage des BTC en construction pour réduire les besoins énergétiques.

In the context of the ecological transition, there is an awareness about the eco-responsible practices, and France is engaged to face the climate challenge through environmental policies. In the construction sector, it is necessary to take measures to reduce the environmental impact.Earth constructions could substitute the conventional materials and offer many advantages. In masonry, compressed earth blocks (CEB) are used in their raw state and are not fired at high temperatures like fired bricks. In addition, their fabrication is not as energy-consuming as that of concrete blocks. To promote circular economy, waste reduction and valorization are very recommended. Dredged sediments are stored in large quantities, and it is necessary to manage them, especially in light of upcoming changes in dredging regulations.Therefore, CEB made from dredged sediments of Arcachon bay are the focus of this study. First, sediments are collected from eight ports of the bay and are characterized through different geotechnical and in-situ testing. The sediments from the port of Audenge are the most suitable for CEB manufacturing and are used for the CEB in this study.Different CEB compositions, manufactured in the laboratory, enabled the study of the effects of compacting pressure, the type and fraction of natural fibers, and the quantity of activator. Hence, non-stabilized, fiber-reinforced and geopolymerised CEB are tested to investigate their mechanical, thermal, microscopic and durability properties. They are also characterized through nondestructive testing, which was practical and efficient for the qualitative, non-damaging evaluation.Furthermore, machine learning models are used to predict the compressive strength of CEB. They are trained by using a database collected from the literature with input parameters including the soil texture, water, stabilizers and compacting pressure. Some classifiers were compared, and the voting classifier performed the best. Explicability of the predictions is also investigated through the Shapley values. This approach serves as a decision-making support tool for future CEB manufacturing, given the variability of the soil.Finally, an environmental analysis is carried out through a life cycle assessment, from cradle to gate, and a thermal simulation. They made it possible to propose improvements to manufacturing processes and to show the interest of using CEB in the construction to reduce energy needs.