Calcination des sédiments de dragage contamines. Etude des propriétés physico-chimiques

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Chapitre I : Synthèse bibliographique Chapitre I Synthèse bibliographique 19 Chapitre I : Synthèse bibliographique 20 Chapitre I : Synthèse bibliographique I . Synthèse bibliographique I-1 Les sédiments de dragage I-1.1 Origine et nature des sédiments Les sédiments sont des dépôts (continentaux ou marins) qui proviennent de l’altération et de la désagrégation de roches préexistantes. Ces dépôts sont ensuite transportés par les cours d’eau et/ou par le vent, pour finalement se déposer dans des bassins de sédimentation et former des roches sédimentaires. Les sédiments ont principalement deux origines : endogène ou exogène. - L'origine endogène de la sédimentation provient de la production autochtone du milieu. Cette production primaire engendre des débris de macrophytes (plantes aquatiques, cadavres de microphytes et d'animaux) - L'origine exogène. Dans ce cas-ci, les sédiments sont issus du ruissellement des fleuves, des effluents ou de l'atmosphère. Cet apport peut être d'origine naturelle (érosion des sols, décomposition de la matière végétale), ou anthropique (apports de matière en suspension, de matières organiques, de nutriments ou de micro-polluants en raison des rejets agricoles, industriels et domestiques) [1]. La provenance des sédiments conditionne leur composition minérale : - Les sédiments terrigènes (blocs, cailloux, graviers, sables, …), ...
Publié le : vendredi 23 septembre 2011
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Chapitre I : Synthèse bibliographique
Chapitre I  Synthèse bibliographique
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Chapitre I : Synthèse bibliographique
  I . Synthèse bibliographique  
I-1 Les sédiments de dragage
 I-1.1 Origine et nature des sédiments
Chapitre I : Synthèse bibliographique
Les sédiments sont des dépôts (continentaux ou marins) qui proviennent de
l’altération et de la désagrégation de roches préexistantes. Ces dépôts sont ensuite
transportés par les cours d’eau et/ou par le vent, pour finalement se déposer dans des
bassins de sédimentation et former des roches sédimentaires.
Les sédiments ont principalement deux origines : endogène ou exogène.
-L'origine endogène la sédimentation provient de la production autochtone de
du milieu. Cette production primaire engendre des débris de macrophytes (plantes
aquatiques, cadavres de microphytes et d'animaux)
- L'origine exogène. Dans ce cas-ci, les sédiments sont issus du ruissellement
des fleuves, des effluents ou de l'atmosphère. Cet apport peut être d'origine naturelle
(érosion des sols, décomposition de la matière végétale), ou anthropique (apports de
matière en suspension, de matières organiques, de nutriments ou de micro-polluants en
raison des rejets agricoles, industriels et domestiques) [1].
 
La provenance des sédiments conditionne leur composition minérale :
- Les sédiments terrigènes (blocs, cailloux, graviers, sables, …), issus de
l’érosion des sols, traduisent fidèlement de par leur nature chimique la nature des terrains
érodés.
- Les particules les plus fines (limons, boues et vases) sont composées d’une
part des minéraux argileux d’origine terrigène et d’autre part de squelettes d’organismes
d’origine endogène [1].
 
 
 
 
Les sédiments peuvent être caractérisés par leur granulométrie :
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Taille
Supérieur à 20 cm De 2cm à 20cm De 2mm à 2cm
De 63µm à 2mm De 2µm à 63µm Inférieur à 2µ m
 
Chapitre I : Synthèse bibliographique
Dénomination
blocs Galets et cailloux Graviers Sables (grossiers et fins) Limons (ou silt) Vases, bous argileuses
 
 Tableau 1 : Classement granulométrique des sédiments
L’analyse granulométrique des vases étudiées par Boutil [2] conclut à une
dominante limoneuse (plus de 60%) et à une faible teneur en sable souvent inférieure à
20%. La fraction argileuse est d’environ 25%. La proportion d’ultra fins est estimée entre
30% et 60% de la fraction argileuse, selon les études de Vidalie [3] .
 
Le sédiment peut être classé en tenant compte de leur texture :
 Figure 1 : Diagramme triangulaire pour classer le sédiment selon leur texture [4]  
 
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Chapitre I : Synthèse bibliographique
I-1.2 La problématique des sédiments de dragage
I-1.2.1 Le dragage
Le dragage constitue une activité vitale pour l'exploitation des ports et des canaux fluviaux. En moyenne 50 millions de m3 de sédiments sont dragués par an en
France. Les trois principaux ports d’estuaires (Rouen, Nantes-St Nazaire et Bordeaux) font état d’un volume annuel d’environ 25 millions de m3de sédiments dragués. Les cinq
grands ports maritimes, Dunkerque, Calais, Boulogne, le Havre et la Rochelle, draguent un volume annuel de 6,2 millions de m3, auxquels s’ajoutent les dragages, moins
conséquents en volume, des multiples autres enclaves portuaires [5] .
 
Le volume des sédiments dragués (ports – canaux) pour différents pays est
donné dans ce tableau [6 , 7 , 8 ] .
 
France Angleterre Pays-Bas
Allemagne Etats-Unis
Pays
Sédiments dragués (m3/an) 50 000 000 40 000 000 45 000 000 50 000 000 250 000 000
  Tableau 2 : Volume des sédiments dragués (ports-canaux) pour différents pays  
 
On distingue trois types de dragage qui diffèrent selon la nature des sédiments à
draguer et le type de travaux à réaliser : entretien, approfondissement, aménagements de
nouvelles aires portuaires.
Les dragages d'entretien sont des opérations répétitives, visant à extraire les
sédiments déposés qui gênent la navigation : ils sont quasi permanents dans les ports
d'estuaires et périodiques dans les ports ouverts sur la mer.
Les dragages d'approfondissement sont entrepris lorsqu'il devient nécessaire
d'adapter le seuil de navigation à la taille des navires. Ces travaux nécessitent de déplacer
d'importants volumes de sédiments et demandent des moyens de dragages importants.
 
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Chapitre I : Synthèse bibliographique
Les sédiments non contaminés ne posent pas de problèmes particuliers quant à
leurs effets sur l'environnement et sont dans certains cas utilisés pour la création de zones
humides, l'engraissement de plages en cours d'érosion ou la construction de routes. En
revanche, le dragage et le rejet de matériaux contaminés posent un certain nombre de
questions concernant leurs effets sur la qualité physico-chimique des eaux et le devenir
des substances toxiques pour les organismes vivants.
En 1977, Clark [9] caractérisait le dragage comme la menace la plus sérieuse
pour les écosystèmes littoraux. Les opérations de dragages posent un problème
environnemental car elles favorisent la dispersion des contaminants. En effet, la solution
la plus communément employée pour se débarrasser des sédiments dragués était le
relargage en mer.
 I-1.2.2 La réglementation relative à la gestion des sédiments de dragage
Les études sur la problématique des sédiments toxiques sont relativement
récentes. Le comportement des matériaux dans le temps, et notamment les phénomènes
de transfert de polluants sont donc mal connus. Les notions de pollution d’un cours d’eau
et de toxicité de ses sédiments sont difficiles à définir. Cela explique grandement le vide
réglementaire qui existe sur ce sujet, et par exemple, l’absence de normes de référence
pour les sédiments en France [10 , 11]. Le document de référence, lorsqu’on aborde le
problème de la gestion des sédiments contaminés, est connu sous le nom de Convention
de Londres ( Convention pour la prévention de la pollution des mers résultant de
l’immersion de déchets et autres matières : Gestion des sédiments contaminés).
Les opérations relatives au dragage des sédiments et à leur immersion ou dépôt à
terre sont soumises à des autorisations délivrées par les préfets. Elles sont basées sur des
dispositions réglementaires adoptées au niveau international dans le cadre de conventions
internationales et de la loi française.
On entend généralement par "immersion", le déversement délibéré dans la mer
de substances ou de matériaux, à partir de navires, aéronefs, engins flottants, plates-
formes fixes ou flottantes ou autres ouvrages placés en mer. Ne sont donc pas considérés
comme des immersions, les rejets de matériaux effectués directement par conduite sur le
littoral. De même, sont a priori exclues du champ des conventions, les opérations de
dragage par surverse ou par agitation.
 
 
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Chapitre I : Synthèse bibliographique
1-1.2.2.1 Réglementations internationales et européennes
L’importante disposition existantau plan mondialest la Convention de Londres
du 29 décembre 1972, réglementant la prévention de la pollution des mers par
l'immersion des déchets.
A régionalu plan(Nord Europe), la prévention de la pollution des mers par les
opérations d'immersion est cadrée par la Convention d'Oslo du 15 février 1972, à laquelle
s'est substituée, depuis le 25 mars 1998 [12] , la Convention de Paris du 22 septembre
1992 pour la protection du milieu marin de l'Atlantique du Nord-Est. Cette convention a
été ratifiée par l’Allemagne, la Belgique, le Danemark, la Finlande, la France, l’Irlande,
l’Islande, le Luxembourg, la Norvège, les Pays-bas, le Portugal, le Royaume-Uni,
l’Irlande du nord, la Suède, la Suisse et approuvée par l’Espagne et l’Union Européenne. 
Dans une approche globale, la Convention de Paris de 1992 stipule que peuvent
être immergés les matériaux de dragages, pour autant que ceux-ci répondent aux critères,
lignes directrices et procédures adoptés par les parties contractantes.
Toute substance dont l'immersion est envisagée doit faire l'objet de la part des
autorités nationales compétentes soit d'un permis au titre de la Convention de Londres
1972 et du protocole "Immersion" de la Convention de Barcelone, soit d'une autorisation,
au titre de la Convention de Paris de 1992 ou d'une réglementation conforme aux critères,
lignes directrices et procédures adoptés par les parties à la dite convention. Quatre types
de permis peuvent être attribués : permis spécifique, permis spécifique dérogatoire au
principe d'interdiction, permis spécifique en cas d'urgence, permis général.
L’Union Européenne ne dispose pas à ce jour de réglementation spécifique
commune à tous les Etats membres sur les sédiments de dragage [13]. Elle considère ces
matériaux comme des déchets et ils doivent suivre les directives propres aux déchets
(directive 75/422/EEC du 1975, modifiée par la directive 91/156/EEC de 1991).
La directive 99/31/EEC du 1999 définit des valeurs seuils pour les essais de
lixiviation et de percolation qui permettent de classer les déchets en trois catégories :
inerte, non dangereux et dangereux.
En conséquence de ces directives, l’analyse de la gestion des sédiments après
enlèvement se heurte à la définition de la notion de déchet.
 
 
 
 
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Chapitre I : Synthèse bibliographique
La notion de déchet appliquée aux sédiments : D’après le décret n° 2002-540 du 18 avril 2002 qui reprend la nomenclature des
déchets, les sédiments y apparaissent dans la catégorie des déchets industriels banals
(DIB) sous la rubrique 17 05 05* comme boues de dragage contenant des substances
dangereuses ou 17 05 06 comme boue de dragage autre que celles visées à la rubrique 17
05 05* dans la classification des déchets ( DMA, déchets des collectivités locales, DIB,
DIS) .
La difficulté est de définir les seuils qui permettent de classifier les sédiments de
dragage comme dangereux ou non. En l’absence de réglementation européenne
spécifique, les acteurs de la gestion des curages/dragages ont été amenés à développer
leurs propres valeurs guides [14].
Kribi [11] a repris un exemple de classification de la qualité des produits de
dragage continentaux pour le port autonome de Rouen. Les sédiments sont classés en 6
catégories selon les indices de qualité.
Dans certaines conditions, l’enlèvement des sédiments ne crée pas forcément de
déchet :
- Extraction de matériau de carrière : les matériaux extraits sont considérés
comme des matières brutes et non pas des déchets.
- Remise en suspension : les dispositions sur les déchets ne sont pas adaptées,
les sédiments ne sont pas dans ce cas considérés comme déchet.
 L’épandage et le relargage : abandon du sédiment de dragage, de ce fait la -
dénomination déchet est adaptée.
- L’utilisation en travaux publics, remblais : les sédiments sont des déchets mais
cette qualification n’interdit pas leur utilisation dans les différentes opérations de travaux
publics.
- Dépôt ou stockage, hors décharge : les sédiments sont des déchets et
réglementés par le code de l’urbanisme.
- La mise en décharge : une décision du conseil de l’union européenne du 19
décembre 2002 établissait les critères et les procédures d’admission des déchets dans les
décharges. Trois types de décharges ont été définis pour les déchets inertes, non
dangereux et dangereux. Ces critères se basent essentiellement sur les tests de lixiviation.
Les valeurs limite sont regroupées dans le tableau 3.
 
 
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  Composant (mg/kg ms)
As Ba Cd Cr Cu Hg Mo Ni Pb Sb Se Zn Chlorures Fluorures Sulfates Indices phénols COT Fraction soluble
Chapitre I : Synthèse bibliographique
Valeurs limites pour mise en décharge
Déchet inerte
0,5 20 0,04 0,5 2 0,01 0,5 0,4 0,5 0,06 0,1 4 800 10 1000 1 500 400
 
Déchet non dangereux 2 100 1 10 50 0,2 10 10 10 0,7 0,5 50 15000 150 20000 - 800 60000
Déchet dangereux
25 300 5 70 100 2 30 40 50 5 7 200 25000 500 50000 - 1000 100000
Tableau 3 : Valeur limites de lixiviation pour les trois déchets (test de lixiviation sur la base d’un ratio liquide solide de 10 l/kg)   
I-1.2.2.2 Réglementations nationales
Toute opération d'immersion effectuée à partir d'un port français relève de la loi
n° 76-599 du 7 juillet 1976 relative à la prévention et à la répression de la pollution
marine par les opérations d'immersion.
Le dossier de demande d'autorisation d'immersion est adressé au préfet du
département territorialement concerné par les opérations de dragage ou, si l'opération de
dragage doit être effectuée à l'intérieur de la circonscription d'un port autonome (D. n°
82-842 du 29 septembre 1982).
La réglementation française en matière de dragage et d’immersion s’appuie,
actuellement, sur le nouvel arrêté du 14 juin 2000, relatif aux niveaux de référence à
prendre en compte lors d’une analyse de sédiments marins ou estuariens présents en
milieu naturel ou portuaire, publié au J.O. le 10 août 2000 [15] . Ce texte en accord avec
les lignes directrices OSPAR, fixe des seuils de contamination à partir desquels doit être
appréciée l’incidence de l’opération sur le milieu [16] :
 
 
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Chapitre I : Synthèse bibliographique
Niveau 1 : valeur au-dessous de laquelle l'immersion peut être autorisée sans
étude particulière, mais au-dessus de laquelle des études plus approfondies que la simple
analyse physico-chimique doivent être entreprises. Dans ce dernier cas, une évaluation
écotoxicologique globale du sédiment par un ou plusieurs tests de laboratoire peut être
demandée par les services chargés d'instruire la demande du permis d'immersion,
Niveau 2 valeur au-dessus de laquelle l'immersion est susceptible d'être :
interdite s'il n'est pas apporté la preuve qu'elle constitue la solution la moins préjudiciable
pour l'environnement.
 
Métaux As Cd Cr Cu Hg Pb Ni Zn
 
 
Ces niveaux de référence sont regroupés dans le tableau 4.
Niveau 1 Niveau 2 Polychlorobiphényles Niveau 1 Niveau 2 25 50 CB 28 0,025 0,05 1,2 2,4 CB 52 0,025 0,05 90 180 CB 101 0,05 0,1 45 90 CB 118 0,025 0,05 0,4 0,8 CB 138 0,05 0,1 100 200 CB 153 0,05 0,1 37 74 CB 180 0,025 0,05 276 552 PCB totaux 0,5 1  Tableau 4: Niveaux de référence (mg/kg sédiment sec) pour les métaux et Polychlorobiphényles selon l’arrêté du 14 juin 2000
 I-1.2.3 Le devenir des sédiments dragués
Bien que très largement pratiquée, l'immersion n’est pas obligatoirement la
destination finale de tous les matériaux dragués. En effet, selon leurs caractéristiques
physico-chimiques et leur niveau de contamination, les déblais peuvent être valorisés,
déposés ou confinés à terre et en mer, ou être soumis à des traitements spécifiques de
dépollution[12].
 
I-1.2.3.1 Les mises en dépôts
Les sédiments peuvent techniquement être mis en dépôt à terre, sous l'eau ou sur
des îles. Toutefois, les dispositions liées à la protection de l'environnement marin contre
les risques écologiques potentiels des immersions tendent à privilégier les dépôts
terrestres.  
 
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I-1.2.3.2 Le lagunage
Chapitre I : Synthèse bibliographique
Le lagunage consiste à déposer de manière temporaire sur un faible épaisseur
des sédiments en vue de leur utilisation ultérieure. Différents processus interviennent au
cours de l'opération qui débute par une perte irréversible d'eau.
 
I-1.2.3.3 Remblaiement et construction d'îles artificielles
Lorsque les sites le permettent, d'importants dépôts à terre peuvent être
construits par remblaiements côtiers ou création d'îles artificielles : dépôts de Papegaaiebek et Slufter (Pays - Bas) dont la capacité est de 0,9 millions de m3sur une
surface de 29 Ha, île artificielle de Bilho dans l'estuaire de la Loire.
 
I-1.2.3.4 Les dépôts sous-marins confinés
La technique la plus courante consiste à recouvrir les sédiments déposés au fond
de la mer par une importante couche de sable (1 m) destinée à les isoler de la colonne
d'eau sus-jacente. Connue sous le nom de "capping" cette pratique est peu courante en
Europe.
 
I-1.2.3.5 La valorisation des déblais de dragage
Elle est souvent recherchée pour réduire les coûts de dragage et répondre à un
besoin en matériaux. Trois types d'utilisation sont envisageables : amendements pour les
sols agricoles (épandage), emploi comme matériaux de construction primaires (sables) ou
élaborés (briques), remblaiement pour la réalisation d'infrastructures.
Cette figure montre les devenir des s
contamination des polluants :
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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édiments de dragages selon le taux de
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