Solidification/Stabilization of harbor sediments using GGBS-based hydraulic binders

L’accumulation des sédiments sur les littoraux se créée à partir des processus physiques, chimiques et biologiques. Les activités anthropiques participent fortement à l’augmentation du taux de sédimentation. Elles sont également une source de contaminants chimiques notamment des métaux lourds qui sont un risque pour l’environnement aquatique et la santé publique. Afin de dégager les voies de navigation, des opérations régulières de dragage dans les grands ports industriels sont réalisées et produisent autour de 100-200 millions m3/an de déblais de dragage contaminés. Il peut donc être nécessaire de traiter ces sédiments, notamment par Solidification/Stabilisation (S/S).L’étude actuelle s’intéresse plus particulièrement à la valorisation de sédiments provenant de Dublin (Irlande) pour une réutilisation potentielle comme matériaux de remplissage dans le cadre du projet du bassin d’Alexandra (PBA). Les sédiments contaminés en métaux lourds, doivent être stabilisés par la technologie de S/S au moyen d’un liant hydraulique. Cette recherche propose l’utilisation du laitier de haut-fourneau (LHF) comme agent liant alternatif au ciment Portland largement utilisé. L’objectif de cette étude est donc de développer un liant à base de LHF pour fournir un comportement mécanique requis pour une utilisation ultérieure du nouveau matériau en s’intéressant à comprendre les mécanismes ayant un rôle dans la solidification du sédiment traité mais également la stabilisation des métaux lourds.Les sédiments traités par liants hydrauliques à base de LHF ont fait l’objet d’un suivi de la résistance à la compression en comparaison à des sédiments traités par liant à base d’OPC. Le traitement au LHF activé par une petite quantité d’OPC a démontré une augmentation significative de la résistance au fil du temps, tandis que celle du traitement à l’OPC a montré une dégradation des propriétés mécaniques. Dans le but d’expliquer les résultats obtenus, des études de suivi de la formation des hydrates, de retrait et de microstructure ont été menées. En outre, les interactions avec les différents liants de la fraction argileuse, de la matière organique et des métaux lourds, qui constituent les sédiments de Dublin étudiés, ont été évaluées séparément et au moyen de milieux simplifiés. La thèse met en évidence par l’étude de l’impact de la fraction argileuse que le phénomène de dispersion/floculation est un des principaux mécanismes responsables de l’évolution des propriétés mécaniques du sédiment traité. L’étude des interactions entre la matière organique avec les liants montre une dégradation de certains composés organiques au cours de temps et ce d’autant plus avec l’OPC. Enfin, certains métaux lourds impactent par un retard ou une accélération significative de l’hydratation des liants considérés.La mobilité des métaux lourds du sédiment de Dublin après le traitement S/S a été examiné en utilisant un test de lixiviation standardisé. L’augmentation de la proportion de LHF induit une diminution de la quantité de métaux lourds lixiviés. En effet, l’analyse par extraction séquentielle a permis de suivre la distribution des métaux lourds parmi les principales fractions de sédiments avant et après traitement. L’emploi de LHF permet une réduction de la migration des métaux dans la fraction la moins stable après le traitement S/S. Dans le but d’explorer les mécanismes de stabilisation, en particulier les changements dans l’environnement chimique des métaux lourds (état d’oxydation/numéro de coordination etc.), la spectroscopie d’absorption aux rayons X s’est avérée être une technique pertinente. Ainsi, il a été observé que l'environnement chimique du Cu et du Zn n'a pas été modifié dans le cas des liants à forte teneur en LHF.