Etude du comportement physico-mécanique et caractérisation environnementale des sédiments marins : valorisation en technique routière

par Vincent Dubois

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Nor-Edine Abriak.

Soutenue en 2006

à l'Artois .


  • Résumé

    Ce travail se situe dans le contexte de l'élaboration de solutions alternatives à l'immersion des sédiments de dragage, ainsi que dans le cadre de la recherche de nouvelles sources d'approvisionnement en granulats, nécessaires au domaine du Génie Civil. En France, au moins 350 millions de tonnes de matériaux sont consommées chaque année, pendant que les ouvertures de carrières ou de ballastières sont de plus en plus réglementées. Les matériaux dragués représentent des volumes importants à gérer pour les responsables de ports (environ 50 millions de m3, en France, chaque année). L'immersion, solution traditionnelle pour les sédiments peu à non pollués, devient de plus en plus réglementée, ce qui amène les gestionnaires à trouver de nouvelles solutions de gestion. L'objectif de ce travail est, donc, de proposer une solution pour l'utilisation des sédiments marins en couche d'assise de chaussée, à travers le respect d'une méthodologie générale de valorisation, reproductible sur le plan industriel, et intéressante d'un point de vue économique. Ainsi, une étude dans les domaines physique, minéralogique, chimique, et mécanique a été réalisée, afin de mieux connaître l'influence de certains paramètres et le comportement général des sédiments. Cette étude permet de mettre en avant, premièrement, le rôle important des matières organiques sur la matrice granulaire, et deuxièmement l'utilisation du modèle Cam Clay modifié, comme première approche de loi de comportement de ces sédiments. Dans le cadre de la valorisation, un paramètre a un rôle important : la teneur en eau, qui permet d'atteindre la compacité et la portance maximales du matériau routier. En effet, les sédiments marins, après dragage, ont une teneur en eau qui, selon les procédés, peut atteindre 150 à 200 % (teneur en eau géotechnique). Il est donc nécessaire de diminuer cette teneur en eau, d'au moins 100%, pour utiliser efficacement les sédiments dans le cadre d'une formulation. Pour permettre ce changement d'état, notre choix s'est porté sur la décantation naturelle. Ce procédé est intéressant car il fait partie intégrante de l'étape de stockage, à travers la mise en dépôt des sédiments. Une étude a donc été réalisée pour mieux comprendre le phénomène de la décantation naturelle, afin d'évaluer les limites et les possibilités d'optimisation de ce procédé. L'objectif de la dernière étape a été de mettre au point des matériaux traités aux liants hydrauliques à base de sédiments marins. Les dosages en liants hydrauliques sont équivalents aux dosages habituels des chantiers. La proportion de sédiments, dans les mélanges étudiés, est volontairement minoritaire (32-33%), ce qui permet une diminution artificielle de la teneur en eau pour une utilisation plus facile à l'échelle industrielle. Une étude mécanique et environnementale a été réalisée afin d'évaluer la durabilité du matériau. Ce travail a été réalisé en collaboration avec le Port Autonome de Dunkerque et le Port Départemental de Gravelines – Grand Fort Philippe. La validation de la démarche a été testée à l'échelle semi-industrielle, grâce à une planche expérimentale, qui a permis, dans un premier temps, d'évaluer l'impact de la préparation des sédiments sur la valorisation, et la faisabilité chantier.

  • Titre traduit

    Study of physical and mechanical behaviour and environmental characterization of marine sediments : re use in road constructon techniques


  • Résumé

    This research work aims to develop alternatives solutions to the traditional practice which consists in dumping at sea of dredged materials, and to provide a new granular material source for the Civil Engineering domain: in France, each year, more than 350 M tons of granular materials are used, while opening new carriers, due to environmental constraints, is more and more difficult. Dredged materials induce large volumes to manage (approximately 50 Mm3, in France, each year). Traditionally, the chosen solution to manage lightly contaminated dredged sediments consists in dumping the sediments at sea, however with the increase of environmental awareness and the progress of national and international regulation, harbours managers are concerned by developing alternative solutions to the traditional practice. The main objective of this work is to develop an alternative solution where dredged sediments are used as a road sub-base material, in the framework of a general proposed methodology, which meets technical as environmental criterions. To develop this methodology and to enhance our understanding of the general behaviour of dredged sediments: physical, chemical, mineralogical as mechanical studies were undertaken and the influence of some key parameters were explored. This study point out the role of organic matters and salts on the behaviour and puts the first stakes for modelling the mechanical behaviour of the dredged material. N the context of beneficial reuse as a road construction material, the water content reduction constitutes an important parameter to control. After dredging, generally, the water content of marine sediments is above 150 %. In this work, the natural decantation has been chosen and studied in order to evaluate the limits of this process. The last part of this study concern design of the material, treated with hydraulic binders, based on marine sediments. The durability of defined material has been evaluated through a mechanical and environmental study. This study is in the framework of collaborative research work with Dunkerque and Gravelines / Grand Fort Philippe harbours. The methodology was tested through the achievement of experimental road. In first time, this application, allowed to confront laboratory experiments with real conditions of building site.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (p. 285)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 174-183

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université d'Artois (Béthune, Pas-de-Calais). Bibliothèque de Sciences appliquées.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2006 ARTO 0201
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