RESUME
L'objectif de cette étude est d'évaluer les possibilités de décontamination des vases de dragage
polluées par des métaux lourds et de déterminer leur devenir après traitement. Les travaux, qui
se scindent en trois parties, portent sur des sédiments d'estuaires et de canaux prélevés sur
différents sites français.
Dans un premier temps, la caractérisation physique, chimique et minérale de ces produits, a
montré des pollutions complexes et parfois très marquées. Une succession de séparations
physiques, d'observations binoculaires et d'analyses au microscope électronique à balayage et à
la microsonde a permis de déterminer, pour chaque sédiment, les principales formes chimiques
sous lesquelles s'expriment les métaux. C'est ainsi que nous avons montré que la contamination
des fractions fines (0/10 pm) n'est pas due uniquement aux affinités métaux - matières
organiques ou métaux - argiles, mais également à la présence de sulfures métalliques de taille
micronique. Par ailleurs, les fortes teneurs en polluant des fractions grenues de certains
sédiments sont souvent liées à des phases localisées en surface des particules. Ainsi, des
précipitations de métaux sous forme de carbonates et des adsorptions métalliques sur des
grains d'oxydes de fer et de manganèse de quelques centaines de microns ont été observées. De
plus, des éléments d'origines anthropiques, tels que des scories vitreuses, des particules
métalliques parfaitement sphériques ou encore des fragments de minerais sulfurés, ont souvent
été rencontrés.
Dans un second temps, des essais de traitement, visant à concentrer les polluants sur une
fraction pondérale réduite, ont été effectués. Pour cela, des techniques de séparations
physiques et physico-chimiques, sélectionnées à partir des résultats de la caractérisation, ont
été employées. Pour la plupart des sédiments, la fraction fine contaminée a été isolée par
hydrocyclone, afin de traiter la fraction grenue par d'autres procédés. Dans ce cadre, la
flottation a conduit à des résultats très prometteurs, malgré des contaminations initiales
importantes. Cependant, l'efficacité de cette technique de tri est très sensible à la nature des
collecteurs chimiques utilisés, et seuls des tests d'optimisation sont en mesure de parfaire leur
choix. Enfin, selon les objectifs de décontamination fixés, des séparations gravimétriques ou
densimétriques complémentaires peuvent permettre d'affiner le traitement.
L'étude du comportement mécanique des matériaux traités constitue le thème de la troisième
partie de l'étude. Les procédés de traitement conduisent d'une part à un matériau peu ou pas
contaminé et potentiellement valorisable, et d'autre part à un produit fin, argileux, riche en
matières organiques et concentrant les polluants. Pour ce dernier, la mise en dépôt dans des
bassins de confinement est l'une des solutions qui semble répondre le mieux aux
préoccupations environnementales et économiques, fcour gérer ces sites de confinement à court
terme (capacité de stockage) et à long terme (réhabilitation), la connaissance du comportement
du matériau au cours de sa consolidation est indispensable. Pour cela, des essais en
macrogravité par centrifugation ont permis de simuler l'évolution de la consolidation sous
poids propre de sédiments vierges et traités. Pour les macrogravités de 50 et 70 g que nous
avons testées, le facteur temps est multiplié par 2500 et 4900, respectivement. Les degrés de
consolidation atteints en fin d'essai (90 % après un temps équivalent supérieur à 900 jours), ont
montré la lenteur du phénomène étudié. Les résistances mécaniques restent très faibles et le
tassement de la fraction fine, estimé en fin de consolidation, représente près de 70 % de la
hauteur initiale.
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L'objectif de cette étude est d'évaluer les possibilités de décontamination des vases de dragage
polluées par des métaux lourds et de déterminer leur devenir après traitement. Les travaux, qui
se scindent en trois parties, portent sur des sédiments d'estuaires et de canaux prélevés sur
différents sites français.
Dans un premier temps, la caractérisation physique, chimique et minérale de ces produits, a
montré des pollutions complexes et parfois très marquées. Une succession de séparations
physiques, d'observations binoculaires et d'analyses au microscope électronique à balayage et à
la microsonde a permis de déterminer, pour chaque sédiment, les principales formes chimiques
sous lesquelles s'expriment les métaux. C'est ainsi que nous avons montré que la contamination
des fractions fines (0/10 pm) n'est pas due uniquement aux affinités métaux - matières
organiques ou métaux - argiles, mais également à la présence de sulfures métalliques de taille
micronique. Par ailleurs, les fortes teneurs en polluant des fractions grenues de certains
sédiments sont souvent liées à des phases localisées en surface des particules. Ainsi, des
précipitations de métaux sous forme de carbonates et des adsorptions métalliques sur des
grains d'oxydes de fer et de manganèse de quelques centaines de microns ont été observées. De
plus, des éléments d'origines anthropiques, tels que des scories vitreuses, des particules
métalliques parfaitement sphériques ou encore des fragments de minerais sulfurés, ont souvent
été rencontrés.
Dans un second temps, des essais de traitement, visant à concentrer les polluants sur une
fraction pondérale réduite, ont été effectués. Pour cela, des techniques de séparations
physiques et physico-chimiques, sélectionnées à partir des résultats de la caractérisation, ont
été employées. Pour la plupart des sédiments, la fraction fine contaminée a été isolée par
hydrocyclone, afin de traiter la fraction grenue par d'autres procédés. Dans ce cadre, la
flottation a conduit à des résultats très prometteurs, malgré des contaminations initiales
importantes. Cependant, l'efficacité de cette technique de tri est très sensible à la nature des
collecteurs chimiques utilisés, et seuls des tests d'optimisation sont en mesure de parfaire leur
choix. Enfin, selon les objectifs de décontamination fixés, des séparations gravimétriques ou
densimétriques complémentaires peuvent permettre d'affiner le traitement.
L'étude du comportement mécanique des matériaux traités constitue le thème de la troisième
partie de l'étude. Les procédés de traitement conduisent d'une part à un matériau peu ou pas
contaminé et potentiellement valorisable, et d'autre part à un produit fin, argileux, riche en
matières organiques et concentrant les polluants. Pour ce dernier, la mise en dépôt dans des
bassins de confinement est l'une des solutions qui semble répondre le mieux aux
préoccupations environnementales et économiques, fcour gérer ces sites de confinement à court
terme (capacité de stockage) et à long terme (réhabilitation), la connaissance du comportement
du matériau au cours de sa consolidation est indispensable. Pour cela, des essais en
macrogravité par centrifugation ont permis de simuler l'évolution de la consolidation sous
poids propre de sédiments vierges et traités. Pour les macrogravités de 50 et 70 g que nous
avons testées, le facteur temps est multiplié par 2500 et 4900, respectivement. Les degrés de
consolidation atteints en fin d'essai (90 % après un temps équivalent supérieur à 900 jours), ont
montré la lenteur du phénomène étudié. Les résistances mécaniques restent très faibles et le
tassement de la fraction fine, estimé en fin de consolidation, représente près de 70 % de la
hauteur initiale.
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