Etude des propriétés de structuration de matériaux mixtes et fins. Application à l'envasement des systèmes naturels

par Saly Serhal

Thèse de doctorat en Génie Civil

Sous la direction de Damien Rangeard et de Fadi Hage Chehadeh.

Soutenue le 19-12-2017

à Rennes, INSA en cotutelle avec l'Université libanaise , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences pour l'ingénieur (Rennes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (Comue) et de Laboratoire de Génie Civil et Génie Mécanique / LGCGM (laboratoire) .


  • Résumé

    Les estuaires sont généralement soumis à des phénomènes de comblement sédimentaires. Dans cette partie des systèmes fluviaux du territoire, l'accumulation des matériaux fins modifie radicalement la morphologie de l'estuaire, et conditionne la présence des espèces animales et végétales et on distingue un impact fort sur le plan économique, social et industriel. Les comblements compliquent la circulation dans les estuaires, compliquent les activités de pêches, de loisirs, modifient les propriétés des écoulements et constituent un facteur risque sur les zones d'habitations voisines. Des solutions temporaires consistent à curer les estuaires et des solutions d'aménagement des estuaires peuvent être envisagées. Néanmoins, il ressort de la littérature un manque important sur la caractérisation des mélanges liquides-solides et sur les mécanismes de structuration. Ce travail s'inscrit dans le contexte de l'étude des mécanismes de structuration des matériaux sédimentaires dans les estuaires afin de mieux comprendre les remplissages des zones estuariennes et surtout d'envisager des solutions durables de « nettoyage » de ces zones. L'estuaire de la Rance est particulièrement ciblé par notre étude. Le but est de donner des éléments de réponse sur le comportement rhéologique des vases naturelles en distinguant les échelles les plus significatives afin de détecter les facteurs structurants qui influencent les paramètres rhéologiques. La rhéologie des sédiments est ainsi étudiée à l'aide du rhéomètre Kinexus, géométrie plan-plan. On a pu alors détecter un comportement visco-plastique Bighamien. L'influence du diamètre moyens et de la fraction volumique solide sur la viscosité et le seuil de la contrainte de cisaillement dynamique du modèle de Bingham sont ainsi analysés. Ensuite, nous avons étudié grâce à des sédiments sans sel et sans matière organique, l'influence de ces deux composés chimiques sur le comportement rhéologiques des sédiments et puis leurs influences sur le vieillissement des sédiments. Une étude statique est également réalisée à l'aide du Va ne test permettant le calcul de la contrainte de cisaillement seuil. •Enfin, une assimilation du piège du Lyvet est réalisée grâce à des colonnes de sédimentation dans des conditions assez proches des conditions naturelles. Un processus de sédimentation-tassement-consolidation sous poids propre est recréé en laboratoire. Les sédiments sont amenés à vieillir cette fois pour des longues durées allant jusqu'à 9 mois. Au terme de périodes de vieillissement retenues, le massif créé est caractérisé depuis l'interface fluide-sédiments. Cela nous a permis d'étudier la répartition granulaire des sédiments après structuration et la variation de la contrainte de cisaillement seuil selon la profondeur de la colonne et la durée du vieillissement. Ce type d'essai est aussi réalisé pour les sédiments sans sel et sans matières organiques.

  • Titre traduit

    Study of structuring properties of mixed and fine materials. Multi-scale approach. Application in the mundding of the natural system


  • Résumé

    Estuaries are generally subject of sedimentary filling phenomena that alter their morphology and affect subsequently the economic, social and industrial plans. In this part of the fluvial systems of the territory, the accumulation of fine materials radically modifies the morphology of the estuary, and conditions the presence of animal and plant species and cause a strong impact on the economic, social and industrial. Filling complicates navigation in estuaries, fishing, recreational activities and modifies flow properties and is a risk factor in neighboring housing areas. Temporary solutions consist of cleaning estuaries and estuarine management solutions can be considered. Nevertheless, the literature shows a significant lack of characterization of liquid-solid mixtures and structuring mechanisms. This work is in the context of the study of structuring mechanisms of sedimentary materials in estuaries to better understand the fillings estuarine areas and specially to consider sustainable solutions of "cleansing" of these areas. The Rance estuary is particularly targeted by the study. The aim is to provide answers on the rheological behavior of natural vessels by distinguishing the most significant scales to detect structural factors influencing the rheological parameters. The rheology of the sediments is studied using the Kinexus rheometer, plan-plan geometry. A Bighamien visco-plastic behavior was then detected. The influence of the mean diameter and the solid volume fraction on the viscosity and the threshold of the dynamic shear stress of the Bingham model are thus analyzed. Then, using sediments without salt and organic matter, we studied the influence of these two chemical compounds on the rheological behavior of the sediments and their influence on the aging of the sediments. A static study is also carried out using the Vane test allowing the calculation of the threshold shear stress. Finally, an assimilation of the natural filling phenomenon is achieved in columns under conditions similar to natural conditions. These columns are then filled with natural sediments, washed sediments and sediments free of organic material and left for ages ranging from one week to 9 months. Then, the columns will be disassembled and rheological tests with the Brookfield Rheometer will be performed throughout the depth of the columns as well as measurements of water content and grain size. These tests allow us to study sediment structuring in the long term and also to identify the effect of salt and organic matter on sedimentation.


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