Etude du conglomérat dépôt calcomagnésien,scories : formation, propriétés et applications

Study of the Calcomagnesian deposit conglomerate, slag : formation, properties and applications

• Auteur / Autrice : Jordan Prevot
• Direction : Peggy Gunkel-Grillon, Marc Jeannin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie de l' environnement
• Date : Soutenance le 16/12/2020
• Etablissement(s) : Nouvelle Calédonie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale du Pacifique (Faaa ; 2005-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (La Rochelle) - Institut de sciences exactes et appliquées / ISEA
• Jury : Président / Présidente : Hamid Amir
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Peggy Gunkel-Grillon, Marc Jeannin, Hamid Amir, Otávio Gil, Beate Orberger, Jean-Marc Boyer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Otávio Gil, Beate Orberger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Littoraux -- Modifications

Rivage -- Protection

Recyclage

Laitiers (métallurgie)

Granulats marins

Nouvelle-Calédonie

Plages -- Érosion

Mots clés libres

Dépôt calcomagnésien

Electrochimie

Erosion

Scories

Valorisation de déchets

Calcomagnesian deposit

Electrochemistry

Erosion

Slag

Waste recovery

Résumé

Les changements climatiques, tel que le réchauffement, accentuent les phénomènes d’érosion du littoral observables mondialement, ainsi qu’à l’échelle du Pacifique. Cette thèse propose d’étudier un matériau innovant capable de lutter contre ces phénomènes. La formation de ce matériau repose sur le procédé Géocorail™, développé sur la formation du dépôt calcomagnésien en présence de sédiments. Le dépôt calcomagnésien est connu comme la conséquence de la protection cathodique d’une structure métallique en milieu marin. Cette technique consiste à abaisser le potentiel du métal à protéger de la corrosion. Les conséquences sont la réduction du dioxygène dissous et de l’eau de mer, induisant une augmentation du pH interfacial et permettant la précipitation simultanée des ions Mg2+ et Ca2+ de l’eau de mer. Le dépôt calcomagnésien est le mélange des solides ainsi précipités, Mg(OH)2 et CaCO3. Si la structure métallique est enterrée ou entourée de sédiments (sable, gravier …), le dépôt agit comme un ciment, piégeant les particules de sédiments et forme alors un conglomérat, similaire à un béton. Ce conglomérat, aux résistances mécaniques intéressantes, pourrait constituer un moyen de lutte efficace contre l’érosion de certains lieux marins. Dans nos travaux, nous nous sommes proposés d’étudier la formation d’un conglomérat en présence de scories, résidus industriels de l’extraction de nickel en Nouvelle-Calédonie, jusqu’alors peu valorisés.Les conglomérats, formés en laboratoire et dans le lagon calédonien, l’ont été sur des structures à base d’acier galvanisé, sur des durées allant d’une semaine à plusieurs mois. Afin d’abaisser le potentiel de ces structures métalliques, plusieurs densités de courant ont été utilisées pour observer l’influence de ce paramètre, qui se révèle complexe et important. La comparaison de la masse finale et de la composition des conglomérats, sont les principaux résultats discutés. La non-dangerosité des scories, ainsi que l’évolution du conglomérat après arrêt de la polarisation ont aussi été abordés afin de saisir le potentiel de ce matériau.Il résulte que la croissance et la composition du conglomérat dépendent fortement de la densité de courant appliqué, alors que la durée ne présente un effet uniquement sur la masse finale. A faible densité, le conglomérat sera moins volumineux, mais présente une proportion en CaCO3 plus élevée (matériau plus solide mécaniquement). A forte densité, la croissance en volume est favorisée, ce qui donne lieu à de lourds blocs, effritable en surface, mais avec une structure interne renforcée par la présence des scories.

Climatic changes, as global warming, increase the coastline erosion worldwide, especially in the Pacific ocean. This thesis suggest doing the study of an innovative material able to fight erosion phenomenon. The material formation relies on the Géocorail™ process. This process is developped around the formation of calcareous deposit in presence of sediments. Calcareous deposit is known as the consequence of cathodic protection in marine environment. This method consists to lower the metal potential of a metallic structure. Results are the reduction of seawater and dissolved oxygen, leading to an increase of interfacial pH. This increasing allows the simultaneous precipitation of Mg2+ and Ca2+ ions. The mix of the precipitates, CaCO3 and Mg(OH)2, constitute the calcareous deposit. If the metallic structure is buried or surrounded by sediments, calcareous deposit acts as cement and it trapps particles to form a conglomerate. This conglomerate is then similar to a concrete, and its mechanical properties could be an efficient way to decrease coastal erosion.In this thesis, we suggested to study the formation of a conglomerate in presence of ferronickel slags. Slags are waste from ferronickel extraction in New-Caledonia.Conglomerates were developed in lab and in Caledonian lagoon on galvanised steel structures, for 1 weeks up to several months. In order to decrease the electrode potential, several current densities have been used. The main results discussed are the final weight and the final composition of conglomerates. The non-dangerosity of slags has been highlighted. After polarisation periods, the comportment of conglomerates has also been studied to understand the ageing of this material.It results the growing and composition of the conglomerates are dependent on the applied current. The polarisation period only affects the final weight of conglomerates. High current densities provide heavy blocs of conglomerate, but easily crumbled. Low densities lead to a strong conglomerate to the detriment of an important growing rate.