La valorisation des sédiments en domaine routier

Définition des sédiments de dragage

Selon le dictionnaire de géologie, les sédiments sont définis comme un ensemble constitué par la réunion de particules plus ou moins grosses de matières précipitées ayant séparément subi un certain transport. Les particules de sédimentation peuvent provenir de l’érosion des roches, des sols ou résulter d’une précipitation chimique (précipitation des sels Comme les chlorures, les sulfates) et biochimique (accumulation de squelettes d’organismes vivants, des coquilles). Les sédiments transportés dans l’eau jouent un rôle important dans le transport et le devenir des polluants. En effet, les substances toxiques peuvent se fixer aux particules de sédiments ou être absorbées par celles-ci, puis transportées et déposées dans un autre milieu. L’accumulation de sédiments dans des cours d’eau ou des lacs peut faire diminuer la profondeur de l’eau, ce qui rend la navigation difficile voire même impossible. Il se peut qu’il faille draguer une partie des sédiments pour assurer l’accès à un cours d’eau ou un port, ce qui peut libérer des contaminants dans l’environnement. C’est pourquoi, le prélèvement des sédiments pose un problème majeur pour les responsables des ports et des voies navigables (Pouhet, 2015).

Composition et domaine de valorisation des sédiments de dragage

La composition des sédiments de dragage est variée étant donné qu’ils sont formés. de la constitution des éléments de nature minérale, de l’eau et des matières organiques ainsi que leurs influences sur les propriétés géotechniques du sédiment (Alzieu et al. 2003).

Eléments de nature minérale

Les éléments de nature minérale influencent essentiellement sur les caractéristiques physiques et mécaniques des sédiments. Ils sont classés en fonction de leur taille, on distingue ainsi : les argiles, les limons, les sables, les graviers et les cailloux sont des indicateurs pour la décontamination. Par exemple, les travaux de recherche menant à la caractérisation des sédiments du port de Hambourg ont démontré que la fraction grossière de ces sédiments comportait une contamination pratiquement nulle alors que la fraction fine (argile et limon) contenait presque la totalité de la contamination. De même, les analyses réalisées sur des sédiments d’une zone portuaire de Montréal ont démontré qu’environ 70% des contaminants inorganiques présents étaient situés dans la portion fine (<45µm). La figure ci-dessous montre que dans le cas de contaminants inorganiques, la décontamination dépend étroitement de la granulométrie du matériau.

L’origine de la composition minérale est diverse, on peut citer ci-dessous selon leur provenance :

Les cailloux et les graviers sont des sédiments terrigènes, c’est-à-dire, issus de l’érosion des sols. Leur composition pétrographique dépend de la nature des terrains érodés.

Les sables renferment essentiellement du quartz avec présence ou non de micas, voire de feldspaths. Ils comportent souvent des minéraux lourds dont la nature dépend des formations érodées. On trouve également des sables calcaires.

Les particules les plus fines, limons, boues et vases, sont composées de minéraux argileux d’origine terrigène, et aussi des squelettes d’organismes d’origine endogène (Alzieu et al. 2003; Zerzouri 2015).

Eau dans les sédiments

La teneur en eau dans les sédiments est très variable (de l’ordre de 100% à 300%), où elle dépend de la méthode de dragage et de la position du dépôt. Généralement, on peut distinguer l’eau libre, capillaire, colloïdale et l’eau pelliculaire.

L’eau libre n’est pas liée à la matrice solide et peut donc circuler librement entre les particules. Elle s’élimine facilement par une simple décantation. L’eau capillaire est liée à la matrice solide par des forces de capillarité qui créent entre les grains des forces d’attraction. Elle s’élimine par des procédés mécaniques de séparation solide-liquide (filtration).

L’eau colloïdale permet l’hydratation des colloïdes. De même que l’eau capillaire, elle peut être éliminée par des procédés mécaniques de séparation solide-liquide.

L’eau absorbée et pelliculaire est liée à la surface des particules et constitue un film autour d’elles. Cette dernière n’est séparable de la matrice solide que par des moyens thermiques.

L’eau de constitution entre dans les formules chimiques des substances pour former les substances hydratées. Comme l’eau pelliculaire, elle peut être éliminée uniquement par des moyens thermiques.

Polluants dans les sédiments

Les activités anthropiques autour d’une rivière, comme les activités industrielles, les surfaces agricoles, les zones de baignade et de pêche engendrent des nuisances et des pollutions par des composés de nature organique (HAP, PCB, TBT,…) et inorganique (métaux) qui vont s’accumuler dans les sédiments (Alzieu et al., 2003).

Métaux lourds :Les métaux peuvent provenir en partie de l’altération de la roche mère du sous-sol. Cependant la plupart du temps leur origine est liée à l’activité humaine : stockage de déchets industriels et urbains, pratiques agricoles, pollution due aux retombées atmosphériques par l’utilisation de combustibles fossiles, d’essences au plomb, de poussières des industries métallurgiques, d’incinération.

Problèmes posés par la sédimentation

La sédimentation dans les barrages pose d’énormes problèmes au niveau du réservoir lui même, mais aussi en amont et en aval du réservoir. Elle entraîne la réduction de la capacité utile du barrage, le blocage des organes de vidange, la sédimentation peut mettre la stabilité de l’ouvrage en danger (Remini et Remini, 2003). Elle peut aussi accélérer l’eutrophisation du lac. Les sédiments en suspension dans l’eau distribuée par les canaux, à partir des barrages, se déposent dans ces ouvrages, réduisent leur débitante, et rendent difficile leur exploitation ayant à même un impact sur la qualité de l’eau.

Réduction de la capacité: La réduction de la capacité de stockage de l’eau est sans aucun doute la conséquence la plus dramatique de l’envasement. Chaque année, le fond vaseux évolue et se consolide avec occupation d’un volume considérable de la retenue.

Sécurité de l’ouvrage :La sédimentation des retenues a un impact sur la sécurité des barrages, du fait de l’augmentation de la force hydrostatique produite par le remplacement accéléré du volume d’eau par la vase. Ceci se traduit par l’accroissement de la masse spécifique qui peut atteindre 1,8t/m3 .

Blocage des vannes :La présence des courants de densité dans une retenue accélère la sédimentation, et peut avoir comme impact l’obturation des organes de vidange. La non maitrise du mécanisme des courants de densité peut avoir un effet néfaste sur les vannes de fond. En effet, l’ouverture tardive des vannes de fond, par rapport à l’arrivée des courants de densité, favorise la consolidation des vases près des pertuis de vidange et rend plus difficile leurs manœuvres. Accélération de l’eutrophisation :Une fois déposées, les particules solides se tassent, et se consolident suivant leur nature, et les conditions physico-chimiques du milieu. Du fait de l’eutrophisation qui en résulte, la qualité de l’eau se dégrade très sérieusement.

Sédimentation dans les canaux d’irrigation :Un autre problème délicat posé par la sédimentation qui s’étend cette fois-ci à l’aval du barrage. En effet, l’irrigation par l’eau chargée provoque le dépôt des sédiments dans les canaux. La section mouillée diminue avec le temps et par conséquent le débit d’écoulement. Ce problème impose leur entretien, et leur dévasement d’une manière périodique.

Techniques de dévasement

Avant dévasement, les sédiments se présentent à l’état consolide sous forme de couches juxtaposées, emprisonnant des formations plus grossières. Dans cet état consolidé, le sédiment aura des caractéristiques différentes selon ces propriétés et le milieu dans lequel s’effectue le tassement. Les opérations de dévasement peuvent s’effectuer suivant deux techniques en fonction de la nature et du degré de consolidation des sédiments piègés : remobilisation des sédiments par des opérations de chasse durant les périodes des crues. Dans le cas contraire, ce sont les actions mécaniques par dragage qui donnent des résultats plus satisfaisants. Néanmoins c’est l’opération la plus coûteuse. Les techniques de dévasement des barrages peuvent être résumées globalement par les deux moyens suivants :

L’utilisation des moyens de vidange dont est équipé le barrage (les soutirages). Dans ce cas, l’état avance de consolidation des sédiments, ou bien celui ou les vases sont encore en suspension, ne permettent pas l’utilisation efficace de cette technique;

L’utilisation d’un moyen d’enlèvement des matériaux adapté à leur état de consolidation en place dans la cuvette de la retenue (le dragage).

Soutirage

Le moins couteux moyen reste l’évacuation des sédiments par les pertuis de vidange du barrage, appelé par «technique de soutirage» (Remini et Remini, 2003). Cette technique qui peut contribuer effectivement à augmenter la durée de vie d’un réservoir nécessite la bonne connaissance des écoulements divers dans la retenue, en plus de la dotation des ouvrages à annexer au barrage dès sa conception initiale. En effet, un système de batteries de vannes spécialement conçues pour l’entraînement des sédiments est nécessaire. Son application est conseillée à certains sites qui favorisent l’apparition de courants de densité. Ces courants de densité sont très concentrés en sédiments, qui nécessitent l’ouverture des vannes de fond et de dégager le maximum de sédiments avec une perte d’eau minimum.

Dragage

Le dragage est une opération ayant pour objet le prélèvement de matériaux, notamment boues, limons, sables et graviers, au fond d’un cours d’eau ou d’un plan d’eau à l’aide de moyens mécanique, hydraulique ou pneumatique dans le but d’aménagement ou d’entretien, c’est-à-dire tous travaux nécessaires pour rétablir un cours d’eau dans sa largeur et sa profondeur naturelle . Cela exclut un approfondissement ou un élargissement du lit. On définit ainsi les dragages comme étant des terrassements effectués sous l’eau avec des engins flottants au moyen de procède mécanique ou par aspiration. En fait, les procédés peuvent être mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques. Cette définition correspond assez bien a l’idée que l’on se fait aujourd’hui du dragage dans notre environnement très industrialisé. Ainsi le dragage peut être défini de façon générale comme l’ensemble des actions caractérisées par un prélèvement de matière par excavation sous l’eau par un déversement de ces produits dans la veine de l’eau, coté aval de la retenue ou sur le rivage.

L’opération de dragage peut se décomposer en plusieurs étapes : Etudes préalables et caractérisation des sédiments, choix de la filière de destination, extraction des boues, transport des matériaux de dragage, et traitement, mais selon certains auteurs, la récupération de la capacité de stockage par dragage est une opération très couteuse qui n’est pas économique pour les grandes retenues. Depuis les années 2000, plus de 20 millions de m3 de sédiments ont été extraits de nos barrages où un nombre important de ces barrages ont été récupérés par la technique de dragage et leur durée de vie se trouvent prolongée de plusieurs années (Remini et Remini, 2003).

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
Chapitre 1 : Les sédiments de barrages: Contexte général et bibliographique
1.1 Introduction
1.2 Définition des sédiments de dragage
1.3 Définition du dragage
1.4 Composition et domaine de valorisation des sédiments de dragage
1.4.1 Eléments de nature minérale
1.4.2 Eau dans les sédiments
1.4.3 Matières organiques dans les sédiments
1.4.4 Polluants dans les sédiments
1.4.4.1 Métaux lourds
1.4.4.2 Micropolluants organiques
1.4.4.3 Eléments nutritifs
1.5 Problèmes posés par la sédimentation
1.6 Techniques de dévasement
1.6.1 Soutirage
1.6.2 Dragage
1.6.2.1 Types de dragage
1.7 Conclusion
Chapitre 2 : Valorisation des sédiments
2.1 Introduction
2.2 Valorisations des sédiments de dragage
2.3 Valorisation des sédiments en technique routière
2.3.1 Définition d’une structure de chaussée
2.3.2 Différentes types de structures des chaussées
2.3.3 Description des matériaux de chaussée
2.3.4 Les familles de granulats
2.3.5 Matériaux hors normes
2.3.6 Matériaux recyclés
2.3.7 Paramètres de classification des sols en domaine routier
2.3.8 Les paramètres de comportement mécanique du sol en domaine routier
2.3.9 Synthèse bibliographique des études faites sur la valorisation des sédiments en domaine routier
2.4 Valorisation des sédiments dans le béton et mortier
2.5 Valorisation des sédiments dans la fabrication du ciment
2.6 Valorisation des sédiments comme couche étanche pour un bassin de lagunage
2.7 Valorisation des sédiments dans l’industrie des matériaux rouges
2.8 Conclusion
Chapitre 3 : Traitement des sols par utilisation des fibres
3.1 Introduction
3.2 Les fibres
3.3 Types de fibres
3.3.1 Les fibres naturelles
3.3.2 Les fibres artificielles
3.4 Comportement mécanique des sols traités aux fibres
3.4.1 Travaux de Marandi et al.2008
3.4.2 Travaux de Abessolo et al.2020
3.4.3 Travaux de Ghavami et al.1999
3.4.4 Travaux de Millogo et al.2014
3.4.5 Travaux de Cai et al.2006
3.4.6 Travaux d’Al-Akhras et al.2008
3.4.7 Travaux de Boukemmoum et Nouaouria (2019)
3.4.8 Travaux de Santhi et al.2009; Maity et al. 2011
3.4.9 Travaux de Gray et Al-Refeai. (1986)
3.4.10 Travaux de Sivakumar babu et al. (2008), Ahmad et al. (2010)
3.5 Conclusion
Chapitre 4 : Traitement des sols en Algérie par les fibres du palmier dattier et les fibres en caoutchouc
4.1 Introduction
4.2 Traitement par les fibres du palmier dattier
4.2.1 Le palmier dattier
4.2.2 La composition des fibres du palmier dattier
4.2.3 Les fibres de palmier dattier
4.2.4 Traitement des sols algériens par les fibres du palmier dattier
4.2.4.1 Travaux de Taallah et al.2014
4.2.4.2 Travaux de Kazi-Tani (2016)
4.2.4.3 Travaux de Zamoum (2019)
4.3 Traitement par les fibres en caoutchouc
4.3.1 Définition et types du caoutchouc
4.3.2 Propriétés du caoutchouc
4.3.3 Caractéristiques des fibres de caoutchouc
4.3.4 Traitement des sols algériens par les fibres en caoutchouc.
4.3.4.1 Travaux de Bekhiti et al.2016
4.3.4.2 Travaux de Layeb et Halbaoui (2017)
4.3.4.3 Travaux de Meddah et Merzouk (2016)
4.4 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES

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