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

Ramaroson Jocelyn

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Introduction générale Parmi les substances chimiques rejetées dans l’environnement, nombre d’entre elles s’accumulent dans les vases ou les boues constituant les sédiments, au fond des rivières et des lacs ainsi que dans les estuaires et les fonds marins. Ces polluants persistent parfois longtemps dans les sédiments et peuvent entraîner des effets néfastes tant sur l’écosystème que sur la santé humaine. Les dégâts écologiques et sanitaires causés par la contamination des sédiments ont un coût social réel: il s’agit de la diminution de la diversité des communautés aquatiques, avec des conséquences indirectes sur le peuplement des poissons et de la perte de leur comestibilité. Les contaminants les plus fréquemment cités sont les métaux lourds (cadmium, plomb, arsenic, cuivre, mercure, zinc,…) et les matières organiques (les PCBs, les HAP, les TBT,…). Aux Etats-Unis, on estime qu’environ 10% des 250 millions des sédiments dragués par an sont contaminés au point de causer un risque écologique et sanitaire sérieux. On ne dispose pas d’estimation similaire en France ; par contre le volume dragué 3 annuellement est estimé à 50 millions de m. Les dépôts de sédiments, contaminés ou non, peuvent induire des besoins du curage lorsqu’ils augmentent le risque d’inondation, ou diminuent le tirant d’eau des parties navigables et des ports. Les problèmes de contamination des matériaux extraits, rencontrés par tous les pays industrialisés, ont très tôt suscité la mise au point de procédures et de méthodes d’évaluation, permettant ensuite la prise de décisions de gestion. Depuis quelques décennies, de nombreux travaux ont été menés et développés, dans plusieurs pays, dans le but de mettre au point des traitements et des voies de valorisation mais les résultats restent néanmoins insignifiants: seulement 3% en masse des sédiments sont actuellement traités par an. C’est dans ce contexte que la société SOLVAY S.A. a développé vers la fin des  années 90 le procédé NOVOSOL. Les chercheurs de la société SOLVAY S.A. entourés de divers partenaires institutionnels, industriels et universitaires ontdéveloppé un

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procédé innovant dans le but de traiter et de valoriser les résidus minéraux contaminés en métaux lourds et en matières organiques tels que les sédiments de dragage. Le procédé a déjà donné des résultats très intéressants à l’échelle pilote. L’effort consenti par la société  SOLVAY S.A. porte aujourd’hui à l’industrialisation du procédé NOVOSOL . Le premier traitement est chimique: la phosphatation; il s’agit de stabiliser les métaux lourds par ajout d’acide phosphorique. Le deuxième traitement est thermique, dans le but de dégrader les polluants organiques et en même temps de renforcer la stabilisation des métaux lourds. Cette étape permet aussi de contrôler les propriétés physiques du sédiment en vue de la valorisation. La thèse deKribi (2005), réalisée dans notre laboratoire en collaboration avec la société SOLVAY S.A. avait porté sur la stabilisation des métaux lourds et l’étude de la distribution des phosphates dans la matrice traitée. L’étude menée dans le cadre de cette thèse CIFRE est focalisée sur le traitement thermique (calcination) des sédiments phosphatés fournis par la société SOLVAY S.A. Il s’agit du sédiment de Vraimont (Belgique) et du sédiment de Dampremy (Belgique). Il faut noter que les deux sédiments ont des compositions différentes en composés organiques et en métaux lourds. Notre objectif est de comprendre le comportement physico-chimique du sédiment pendant la calcination. Il s’agit notamment d’étudier l’évolution des propriétés physiques telles que la surface spécifique, la densité et la granulométrie lors de la calcination. L’évaluation de la mobilité des métaux lourds a été étudiée. La connaissance des ces propriétés étudiées permettra d’adapter l’utilisation des sédiments calcinés dans différentes filières de valorisation, notamment le génie civil. Ce mémoire est divisé en quatre grandes parties : Le premier chapitre est consacré à une synthèse bibliographique des thèmes abordés. La problématiquegénérale des sédiments, le dragage de même que la nature et le comportement de différents contaminants métalliques et organiques sont présentés. Le comportement physico-chimique et thermique des fractions constituant le sédiment lors du traitement est discuté. Le deuxième chapitre est consacré à la caractérisation chimique, physique et thermique du sédiment de dragage phosphaté. Les dispositifs permettant la réalisation de ces caractérisations ainsi que les normes utilisées seront présentés. Le troisième chapitre est consacré à la calcination des sédiments. Le comportement de la phase organique et de la matrice minérale constituant le sédiment

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est discuté. L’évolution de la phase organique sous l’influence de la température est analysée, ensuite, la répartition des métaux lourds entre le résidu solide et le gaz pendant la calcination est détaillée, suivie d’une étude sur la stabilisation des métaux lourds. Un accent particulier est mis sur l’influence de la température de calcination et du temps de séjour sur la granulométrie, la densité et la surface spécifique. Le quatrième chapitre est consacré à la calcination du sédiment dans un four pilote. Dans cette partie, l’évolution des propriétés physiques en fonction des paramètres de fonctionnement du four pilote est présentée. Ces résultats montrent une variabilité intéressante des caractéristiques du sédiment et ouvrent des perspectives intéressantes pour la valorisation. Une comparaison est également faite avec les résultats obtenus avec l’échelle laboratoire.

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