CONNAISSANCE DES SEDIMENTS ET DES CONSTITUANTS DES MELANGES

Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études

Les limites d’Atterberg

La teneur en eau est très importante surtout pour les sols fins. Les argiles ont la propriété d’absorber des quantités importantes d’eau. Elles affectent leur plasticité et leur cohésion.

L’état d’un sol

La consistance (et donc le comportement) d’un sol varie dans des proportions importantes en fonction de la teneur en eau. Ceci est lié à l’importance plus ou moins grande des couches d’eau adsorbées autour des grains et plus généralement aux propriétés colloïdales des argiles et à leur proportion dans le sol considéré : il y 3 états.
 Quand la teneur en eau est élevée, les forces de cohésion ne sont pas assez importantes pour maintenir en place les particules de sol. C’est similaire à l’écoulement d’un fluide (boue), c’est l’état liquide.
 Quand la teneur en eau diminue, le sol peut être modelé. Les particules sont rapprochées car l’eau adsorbée est mise en commun. Les grains sont reliés entre eux par des molécules d’eau. Le sol est alors à l’état plastique.
 Quand la teneur en eau diminue encore, les grains deviennent très rapprochés; le sol ne change plus de volume quand sa teneur en eau diminue, c’est l’état solide, (voir Figure 2.5)

Les limites d’Atterberg

En géotechnique, les limites d’Atterberg définissent à la fois un indicateur qualifiant la plasticité d’un sol et permettent de classifier les sols.
Les caractéristiques des sols fins sont complétées par l’indice de plasticité IP qui s’exprime en %. Il est donné par la formule ci-après IP=WL-WP 2.3
Les valeurs de WL, WP et IP sont fonction de la proportion et de l’activité des particules argileuses contenues dans le sol.
Pour les sols fins, il est d’usage de reporter les valeurs de IP et WL sur un diagramme ayant IP en ordonnée et WL en abscisse. Ce diagramme est appelé diagramme de Casagrande (voir Figure 2.6).

Sédiments marins

Les sédiments marins sont des dépôts qui proviennent de l’altération et de la désagrégation de roches préexistantes. Ces dépôts sont ensuite transportés par les cours d’eau et par le vent. Les sédiments marins le plus souvent sont des vases fines qui sont draguées dans les milieux estuariens et littoraux. On peut dire que les sédiments marins ont des caractéristiques similaires aux sols fins, notamment la granulométrie. D’ailleurs, l’eau de la mer est souvent polluée par la navigation des bateaux et les activités humaines dans les ports. Cette pollution se retrouve dans le sédiment : matière organique, métaux lourds, HAP, TBT…

Problématique des sédiments de dragage

Le dragage consiste à prélever des matériaux sur le fond marin pour les exploiter (granulats marins) d’une part ou pour réaliser des travaux comme le creusement de bassins ou de chenaux et l’entretien pour les débarrasser de sédiments contaminés ou non, d’autre part. Rappelons qu’il y a un total de plus 5800 km de côtes autour de l’hexagone et de nombreux ports en France. Le traitement des sédiments issus de dragage des zones portuaires et littorales est un important problème. Les quantités de matériaux ainsi dragués (Figure 2.7) représentent des volumes considérables. L’interdiction à plus au moins long terme de leur rejet systématique en mer, oblige à considérer ces volumes comme une source potentielle de matières premières, (Troalen et al, 1996).
Devant l’importance des volumes à gérer dans les années à venir, la quantité de matériaux dragués représentait, en 1991, un volume de 600Mm3 sur le plan mondial (Boutin, 1999). En France, le dragage génère au moins 50Mm3 de sédiments par an (Alzieu et al., 1999) et 6Mm3 sont extraits tous les ans. Les plus grands pays i.e. les États-Unis draguent des volumes de sédiments plus importants, voir le Tableau 2.2.
Pour ces grands volumes de sédiments dragués, il y a une proposition de sédiments pollués difficiles à gérer car non immergeables. Pour le moment, on dispose de quelques modes de gestion de sédiments en fonction des différentes caractéristiques des sédiments dragués, voir le schéma sur la Figure 2.8.

Gestion des sédiments marins

La gestion des sédiments contaminés est très compliquée. Dans ces sédiments venant des ports, estuaires et canaux : des métaux lourds et des polluants organiques tels que des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), polychlorobiphényles (PCB) s’y retrouvent finalement. Ils ne peuvent aujourd’hui être rejetés en mer en raison de la protection des environnements marins. La qualité des sédiments marins ou estuariens est appréciée selon l’Arrêté du 09/08/2006. Les critères d’évaluation se basent essentiellement sur des tests de lixiviation pour déterminer les seuils de contamination (voir les Tableaux 2.3 et 2.4). En conséquence, pour éliminer ou neutraliser la pollution, il est apparu nécessaire d’explorer toutes les voies de valorisation des sédiments. Elles sont relativement nombreuses mais peu ont débouché sur des applications réelles.
L’interprétation des niveaux seuils des Tableaux 2.3 et 2.4 est la suivante :
 Au-dessous du niveau N1, l’impact potentiel est jugé neutre ou négligeable, les valeurs observées se révélant comparables aux bruits de fond environnementaux.
 Entre les niveaux N1 et N2, une investigation complémentaire peut s’avérer nécessaire en fonction du projet considéré et du degré de dépassement du Niveau 1. Des tests sont alors pratiqués pour évaluer la toxicité globale des sédiments.
 Au-delà du niveau N2, une investigation complémentaire est généralement nécessaire car des indices peuvent laisser présager un impact potentiel de l’opération. En fonction des résultats obtenus, l’immersion est susceptible d’être interdite et la mise en place de solutions alternatives encouragées. Une étude d’impact approfondie est alors jugée indispensable.

Valorisation des sols fins traités

Selon les caractéristiques et les composants des sédiments, ils peuvent être valorisés. Des filières de valorisation potentielles sont actuellement envisageables comme le montre le Tableau 2.5. Ces filières de valorisation des sédiments font l’objet de nombreux travaux de recherche appliquée comme Sédimard 83 (Sannier, 2008 et Aqua et al., 2009).

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
2. BIBLIOGRAPHIE
2.1 SOLS
Structure des sols fins
Propriétés physiques des sols fins
2.1.2.1 La répartition des grains
2.1.2.2 Les limites d’Atterberg
2.1.2.2.1 L’état d’un sol
2.1.2.2.2 Les limites d’Atterberg
2.2 SEDIMENTS MARINS
Problématique des sédiments de dragage
Gestion des sédiments marins
2.3 VALORISATION DES SOLS FINS TRAITES
2.4 TRAITEMENT DES SOLS EN COUCHE ROUTIERE
Structure d’une chaussée
2.4.1.1 Les différentes couches d’une chaussée
2.4.1.2 Conception et fonctionnement de la couche de forme
2.4.1.3 Classification mécanique du matériau en couche de forme en sols fins
La technique de solidification/stabilisation
Procédés et exemples d’application du procédé de S/S
Les liants
2.4.4.1 Le ciment
2.4.4.2 La chaux
2.4.4.3 Les cendres volantes
2.4.4.4 Les fumées de silice
Les liants chimiques
2.5 FIBRES
Les fibres artificielles
Les fibres végétales
2.5.2.1 Absorption d’eau dans les fibres
2.5.2.2 Adhérence entre fibres et sols fins
2.6 FACTEURS PERTURBATEURS DANS LES TRAITEMENTS
Influence de la teneur en eau et de la salinité
Influence du pH et alcalinité
Influence des matières organiques
Influence des métaux lourds
2.7 CONCLUSION
3. CONNAISSANCE DES SEDIMENTS ET DES CONSTITUANTS DES MELANGES
3.1 SEDIMENTS MARINS ET SOLS FINS ETUDIES
Origine des sédiments marins et sols fins équivalents
Localisation et site de prélèvement
3.1.2.1 Sédiments de la Méditerranée
3.1.2.2 Sédiments de la Manche
3.1.2.3 Sédiments de l’Atlantique
3.1.2.4 Fines de carrière
Caractérisation physico-chimique des sédiments marins et sols fins 3.1.3équivalents
3.1.3.1 Etude de la répartition des grains
3.1.3.1.1 Granulolaser ou Granulométrie au laser
3.1.3.1.2 Tamisage
3.1.3.1.3 Courbes granulométriques des sédiments marins et de la fine de carrière……
3.1.3.2 Teneurs en eau initiale
3.1.3.3 Limites d’Atterberg
3.1.3.4 Teneur en matières organiques
3.1.3.5 Teneur en carbonates
Commentaires
3.2 CONSTITUANTS DES MELANGES
Liants hydrauliques de base
3.2.1.1 Ciment
3.2.1.2 Chaux
Liants pouzzolaniques de base
3.2.2.1 Cendres volantes
Autres ajouts en poudres : fumée de silice
Analyse granulométrique des constituants
Sables, correcteurs granulométriques
Produits chimiques
Fibres
3.2.7.1 Fibres végétales
3.2.7.1.1 Lin
3.2.7.2 Fibres artificielles
3.2.7.2.1 Fibres de polypropylène
3.2.7.2.2 Fibres acryliques
Commentaires
3.3 CONCLUSION
4. METHODES DE PREPARATION DES ECHANTILLONS
4.1 CHOIX DES PARAMETRES POUR LES MELANGES
4.2 PREPARATION DES ECHANTILLONS
Moule des éprouvettes
Préparation des sédiments et des fines de carrière
Mélanges réalisés et dosages des ajouts
4.2.3.1 Sédiments méditerranéens
4.2.3.2 Sédiments d’Arcachon
4.2.3.3 Sédiments de Fécamp
4.2.3.4 Sédiments de La Baule-Le Pouliguen
4.2.3.5 Fines de carrière de Bayeux
Procédure de malaxage
Confection des éprouvettes
4.2.5.1 Confection des éprouvettes par carottage
4.2.5.2 Confection des éprouvettes avec une dame Proctor
4.2.5.3 Confection des éprouvettes par piquetage
4.2.5.4 Choix de la méthode de confection des éprouvettes
Conservation des éprouvettes
4.3 ESSAI DE RESISTANCE EN COMPRESSION SIMPLE
4.4 ESSAI DE RESISTANCE EN TRACTION INDIRECTE
4.5 ESSAI DE MOUILLAGE-SECHAGE
4.6 ESSAI DE GEL-DEGEL
4.7 PROGRAMME DES ESSAIS DE DURABILITE
4.8 CONCLUSION
5. ANALYSE DE LA VALORISATION DES SEDIMENTS MARINS ET DES SOLS FINS
5.1 TRAITEMENT DES SEDIMENTS MEDITERRANEENS
Développement de la résistance Rc à court terme en fonction de 3 liants 5.1.1hydrauliques
5.1.1.1 Impact de la teneur en matière organique sur la résistance Rc
5.1.1.2 Impact de la teneur en carbonates sur la résistance Rc
5.1.1.3 Bilan d’un traitement des sédiments avec liants hydrauliques
Développement du module d’Young E apparent à court terme en 5.1.2fonction de 3 liants hydrauliques
Tentative d’addition d’un produit chimique réactif PCR
5.1.3.1 Développement de la résistance Rc à court terme en fonction d’un ajout de type produit chimique réactif PCR
5.1.3.2 Développement du module d’Young E apparent à court terme en fonction d’un ajout de type produit chimique réactif PCR
5.1.3.3 Bilan d’un traitement d’un sédiment avec des produits chimiques réactifs
5.2 TRAITEMENT DU SEDIMENT D’ARCACHON
Développement de la résistance Rc à court terme
Analyse et influence de la chaux
Analyse et rôle d’un apport granulaire
5.3 TRAITEMENT DES SEDIMENTS DE FECAMP
Développement de la résistance en compression Rc des mélanges 5.3.1fibrés ou non
Développement de la résistance en traction indirecte Rt des mélanges 5.3.2fibrés ou non
5.4 TRAITEMENT DES SEDIMENTS DE LA BAULE – LE POULIGUEN
Introduction
Développement des résistances Rc et Rt en fonction de 3 liants 5.4.2hydrauliques
Etude des mélanges avec apport de fibres
5.4.3.1 Développement des résistances Rc pour les mélanges à matrice cimentaire avec incorporation de fibres
5.4.3.1.1 Analyse des valeurs Rc28 en fonction du dosage en fibres
5.4.3.1.2 Analyse des valeurs Rc28 en fonction de la longueur de fibres
5.4.3.2 Développement des résistances Rt28 pour les mélanges à matrice cimentaire avec incorporation de fibres
5.4.3.2.1 Analyse des valeurs Rt28 en fonction du dosage en fibres
5.4.3.2.2 Analyse des valeurs Rt28 en fonction de la longueur de fibres
5.4.3.3 Effet de l’apport des fibres sur le comportement mécanique des mélanges
Analyse des valeurs de Rc28 et de Rt28 résultant des essais de 5.4.4mouillage-séchage
Détermination des performances des sédiments traités pour une 5.4.5application en couche routière
5.5 TRAITEMENT DES FINES DE CARRIERE A BAYEUX
Introduction
Développement des résistances Rc pour les mélanges à base de 5.5.2ciment et chaux
Développement des résistances Rc pour les mélanges à base de 5.5.3ciment et des sables correcteurs
Développement des résistances Rc et Rt pour les mélanges de fibres à 5.5.4base de ciment
5.5.4.1 Etude du comportement mécanique en compression des mélanges à base de fibres de polypropylène
5.5.4.2 Effet du comportement mécanique en compression des mélanges à base de fibres de lin
5.5.4.3 Effet du comportement mécanique en compression des mélanges à base de fibres de polyacrylonitrile
5.5.4.4 Effet du comportement mécanique des mélanges en traction à base de fibres
5.5.4.5 Influence des essais de mouillage-séchage sur les résistances Rc28 et Rt28
Détermination des performances des fines traitées traités pour une 5.5.5application en sous couche routière
6. BILAN GENERAL DES TRAVAUX DE RECHERCHE
6.1 CONCLUSIONS GENERALES
6.2 PERSPECTIVES ET VOIES DE DEVELOPPEMENT
Sur les mélanges sédiments-liants hydrauliques et/ou 6.2.1pouzzolaniques
Sur les mélanges sédiments-liants à base de fibres
Vers les applications industrielles
Vers un outil de décision sédiment/filière
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
NORMES UTILISEES
LISTE DES FIGURES ET TABLEAUX
LISTE DES SYMBOLES ET ABREVIATIONS
ANNEXES
ANNEXE A : ARRETE DU 28 OCTOBRE 2010 RELATIF AUX INSTALLATIONS DE STOCKAGE DE DECHETS INERTES (ANNEXE II)
ANNEXE B : CONVERSION DIMENSIONNELLE DES DISTRIBUTIONS GRANULAIRES
ANNEXE C : ESSAI DE PERTE AU FEU
ANNEXE D : CLASSIFICATION DES SOLS SELON NF P 11-300

Télécharger le rapport complet