Mise au point d'un essai de caractérisation environnementale sur matériau monolithique par percolation ascendante, Development of an environmental characterisation test on monolithic material by upward percolating

Yixuan Han

Description

Sous la direction de Frédéric Skoczylas, Franck Agostini
Thèse soutenue le 28 juin 2010: Ecole Centrale de Lille
Les normes en vigueur de la caractérisation environnementale des déchets s’appuient sur l’analyse de granulats ou réduits en poudre. La modification de propriétés du matériau risque de fausser le relargage d’éléments polluants. L’objectif principal de ce travail de thèse est de mettre au point une méthodologie de lixiviation sur matériau monolithique.Des formulations cimentaires de type mortier ou sous-couche routière incorporant des sédiments traités par le procédé NOVOSOL® (STN) ont été réalisées. Leur caractérisation montre l’augmentation de la porosité et la surface lors de l’ajout de STN. Les caractéristiques mécaniques sont proches de celles des matériaux de type routier.Une longue phase de mise au point a permis de concevoir la cellule d’essai et le protocole permettant de tester des matériaux monolithiques en percolation à débit contrôlé. Un protocole de traçage couplé à une modélisation par un logiciel de transport permet de déterminer les caractéristiques hydrodynamiques des matériaux durant percolation.Les résultats d'essais mettent en évidence la bonne stabilité des métaux lourds contenus dans les STN comparés aux métaux apportés par le liant cimentaire. Ainsi, pour certains métaux, l’introduction de STN tend à diminuer les quantités relarguées, pour d’autres la teneur en polluant des percolats soit stable, soit en augmentation. Même si la complexité des phénomènes mis en jeu nous amène à considérer les données avec précaution, certains résultats tendent à montrer l’existence d’un lien entre surface de contact et relargage. La comparaison des résultats obtenus en laboratoire et des mesures réalisés in situ atteste de la représentativité du test mis au point
-Déchet
-Caractérisation environnementale
-Percolation
-Sédiment
-Métaux lourds
-Matériau cimentaire
The standards of environmental characterisation of wastes recommend the sieving of granular material or the crushing of monolithic material to match a required granulometry. The modification of material characteristics is likely to distort the release of pollutants. The main objective of this thesis is to develop a methodology to test monolithic material by percolation.Various mortar-type and/or under-layer road-type materials incorporating sediment treated by the process NOVOSOL® (STN) designed by the Solvay company have been designed. Their characterization has highlighted the increase of porosity, the decrease of bulk density and the increase of specific area with the addition of STN. The mechanical properties are close to those expected for road type materials.The use of a reference material has allowed designing the test cell and the protocol for testing monolithic materials in percolation with a controlled rate of flow. A breakthrough protocol using an inert salt coupled with a transport modelling software has also been defined, to determine the hydrodynamic characteristics of materials during the percolation.The results of tests showed a good stability of heavy metals contained in the STN compared to metals carried by the cement binder. Thus, for some metals, the introduction of STN tends to reduce the leached quantities, for others, the content of pollutant of leachates either stable or increasing. Despite the complexity of the involved phenomena, some results tend to prove the relation between specific area and heavy metals leaching. Comparison of laboratory results and measurements made in situ demonstrates the representativeness of the test developed
-Waste
-Environmental characterisation
-Percolation
-Sediment
-Heavy metals
-Cement materials
Source: http://www.theses.fr/2010ECLI0007/document

Sujets

• Déchet
• Sédiment
• Élément-trace métallique

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 207
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

N° d’ordre : 124
Ecole Centrale de Lille


THESE

présentée en vue
d’obtenir le grade de

DOCTEUR

en
Spécialité : Génie Civil
par
Yixuan HAN
DOCTORAT DELIVRE PAR L’ECOLE CENTRALE DE LILLE

Titre de la thèse :
Mise au point d’un essai de caractérisation environnementale sur matériau
monolithique par percolation ascendante

Soutenue le 28/06/2010 devant le jury d’examen :

Président M. Jianfu SHAO Polytech’Lille – USTL
Rapporteur M. Ahmed LOUKILI GeM, Ecole Centrale de Nantes M. Abdelkarim AIT-MOKHTAR LEPTAB–Université de la Rochelle
Invité M. Guy DEPELSENAIRE SOLVAY HSE
Invitée Mme. Françoise BODÉNAN BRGM
Directeur de thèse M. Frédéric SKOCZYLAS LML, Ecole Centrale de Lille
Co-encadrant de thèse M. Franck AGOSTINI


Thèse préparée dans le Laboratoire de Mécanique de Lille
EDSPI 072
tel-00584381, version 1 - 8 Apr 2011


































tel-00584381, version 1 - 8 Apr 2011Remerciements


Tout abord, je tiens à remercier mon directeur de thèse M. Frédéric SKOCZYLAS pour
m’avoir acceptée pour le stage à la fin de Master 2 en Génie Civil et proposé un sujet de
recherche très généreux après mon stage pour que je réalise mon souhait depuis le premier
jour quand je suis arrivée en France. Un grand remerciement s’adresse à M. Franck
AGOSTINI qui est mon co-encadrant de thèse, pour les nombreuses explications techniques
et aides précieuses qu’il m’a donné. Je tiens lui remercier également pour ses patiences, sa
gentillesse et le temps surtout les weekends qu’il m’a consacrés durant la rédaction.
Je tiens aussi à exprimer toute ma reconnaissance à M. Guy DEPELSENAIRE de la
société Solvay qui m’a accordé son soutien tout au long de ces 4 années.
J’adresse mes remerciements à Messieurs Ahmed LOUKILI et Abdelkarim AIT-
MOKTHAR qui ont accepté d’être rapporteurs de ce mémoire. Je les remercie pour leurs
lectures attentives. Merci à Francoise BODENAN qui a participé à l’évaluation de ce travail,
pour les aides qu’elle m’a donné pour la partie de modélisation et analyses. J’adresse
également ma gratitude à Monsieur Jianfu SHAO pour avoir présidé le jury.
Je souhaite ensuite remercier tout l’équipe du laboratoire de Génie Civil de l’Ecole
Centrale de Lille, en particulier Thierry DUBOIS pour les matériels uniques qu’il a fabriqués
pour moi après plusieurs tests, aussi, son bon humour. Je pense à Catherine DAVY pour
son co-encadrant et aide pendant mon stage et l’enthousiasme de travail durant ma thèse, à
Laurent LECONTE pour les corrections grammaires quotidiennes qu’il m’a conseillé, à
Jaouad NADAH et Zhibo DUAN qui sont les collègues du bureau pour tous les échanges et
leurs conseils précieux, à Flore BRUE, Nadine DESSEYN, Alain LEBLANC, Sofia M’JAHAD,
Fethi SOLTANI tout simplement pour la chaleur humaine, également à Marie-Claude
WILLEMETZ pour son aide d’essais et gentillesse. Je n’oublie pas notre ancien collègue
Mazen SAMARA. Bien entendu, j’ai évidemment une pensée aux amis et collègues chinois
au laboratoire, Xiaoting CHEN, Wei CHEN et Jian LIU pour leurs aides de travail et les
délicieux repas du labo que l’on passe ensemble.
Particulièrement, je remercie nos partenaires du BRGM à l’Orléans, Hélène VIGIER-
GAILHANOUS, Arnault LASSIN, Francoise BODENAN, Patrice PIANTONE qui m’ont donné
pleins de conseils précieux et aides pour la partie de modélisation et analyses des matériaux.
J’exprime aussi toute ma sympathie aux amis et collègues de Polytech’Lille, à Jean
SEC et Jean-Pierre PARENT pour leurs aides de la réalisation des échantillons et leurs
gentillesses. Un grand remerciement à mes amis chinois : He YANG, Li CHEN, Liang CHEN,
Dayan LIU, Zheng HE et Yun HUANG… et à tous les autres.
Enfin, pour terminer, un immense remerciement à mes parents et mon chéri Songzhu
qui m’ont permis de mener à bien cette thèse, pour leurs soutiens, encouragement et grande
confiance même si de loin tout au long de ce travail.







tel-00584381, version 1 - 8 Apr 2011


































tel-00584381, version 1 - 8 Apr 2011
Table des matières

Table des matières

Introduction générale......................................................................................... 15
I Problématique de la caractérisation environnementale des déchets
traités .................................................................................................................. 20
I.1 La gestion des déchets ...............................................................................20
I.1.1 Origine et type de déchets et polluants concernés ......................... 20
I.1.1.a Classification des déchets..................................................................20
I.1.1.b Les différents types de polluants et leurs effets sur l’environnement.23
I.1.1.c Les sédiments : un aspect majeur de la problématique de la pollution
de l’eau ...........................................................................................................26
I.1.2 Traitement des déchets 28
®I.1.3 Le procédé NOVOSOL ................................................................. 30
I.1.3.a Unité A : phosphatation/séchage (cf. Figure 1-8)...............................31
I.1.3.b Unité B : la calcination (cf. Figure 1-9). ..............................................31
I.1.4 Caractérisation de la dangerosité des déchets traités .................... 33
I.1.4.a Procédure d’Evaluation Approfondie de l’ADEME (PEA)...................33
I.1.4.b Critères applicables aux déchets .......................................................33
I.1.4.c Représentativité des essais de laboratoire ........................................37
I.2 Les essais de lixiviation ..............................................................................38
I.2.1 Choix d’un essai de lixiviation ......................................................... 38
I.2.2 Essai de lixiviation en batch............................................................ 40
I.2.2.a Essai d’extraction à l’équilibre40
I.2.2.b Essai de lixiviation dynamique ...........................................................42
I.2.3 Essai de percolation (Essai de lixiviation en colonne)..................... 44
I.2.3.a Essai de percolation sur matériau granulaire .....................................44
I.2.3.b sur matériau monolithique.................................45
I.3 Conclusion sur la représentativité des essais et les manques normatifs..
.......................................................................................................................46
II Mécanismes de transport dans le réseau poreux saturé et
caractéristiques concernés............................................................................... 49
II.1 Le transport de solutés non réactifs dans les réseaux poreux saturés .49
II.1.1 L’advection...................................................................................... 49
II.1.2 La dispersion hydrodynamique ....................................................... 50
II.1.2.a La diffusion moléculaire......................................................................51
II.1.2.b La dispersion cinématique..................................................................51
II.1.3 Equation advection-dispersion........................................................ 52
II.2 Duo-porosité/Modèle à deux régions mobile-immobile (MIM) .................52
II.3 Indentification des caractéristiques influençant le transport de solutés ...
.......................................................................................................................53
II.3.1 Porosité........................................................................................... 54
II.3.2 Surface spécifique et distribution de taille de pores........................ 56
II.3.3 Perméabilité.................................................................................... 57
II.3.4 pH ................................................................................................... 60
1
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