Méthodologie de valorisation et de caractérisation d un matériau routier à base des sédiments de dragage

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1 Journée technique La croissance verte s applique (aussi) aux sédiments! Caractériser - Valoriser Transformer Méthodologie de valorisation et de caractérisation d un matériau routier à base des sédiments de dragage Présentée par Raouf ACHOUR Raouf.achour@mines-douai.fr

2 Plan de la présentation I. Contexte II. III. IV. Caractérisation des sédiments du GPMD Valorisation des sédiments en couche de fondation Application in Situ: Construction d une route à base de sédiments à Dunkerque 2

3 I. Contexte En France la consommation des granulats en génie civil présente: 400 à 500 Mt/an [UNPG,2013]. 96% d origine naturelles. Aujourd'hui les réserves de granulats posent un problème pour les raisons suivantes: Sites inaccessibles; Exploitation trop coûteuse; Sensibilité de l environnement. Solutions: Dans une logique de Développement Durable, la valorisation des déchets devient incontournable afin de réduire les incidences liées à l utilisation des ressources naturelles. Une nouvelle source de matériaux en génie civil: Utilisation des matériaux de dragage. Sédiments générés annuellement: 600 Mm 3 de sédiments/an dans le monde (Boutin, 1999); 50 Mm 3 de sédiments/an en France (Alzieu et al., 1999) 4 Mm 3 de sédiments/an du GPMD,2012 En France: Sédiments immergeables 95 % restitués au milieu aquatique: (Immersion, remise en suspension, rechargement côtier,,) Sédiments non-immergeables 5 % gérés à terre: (Stockage temporaire, valorisation). 3

4 I. Contexte Contexte réglementaire relatif à la gestion des sédiments de dragage. Nouvelle réglementation pour la valorisation Octobre 2012: Guide méthodologique d acceptabilité des matériaux alternatifs en technique routière, Evaluation environnementale. 4

5 I. Contexte Voies expérimentales de valorisation Intérêt de la valorisation: Economique: pour les gestionnaires des ports et pour les industriels de granulats. Environnemental: lutte contre l'appauvrissement des ressources, économie d'énergie liée à l'extraction et au transport des granulats. 5

6 I. Contexte Programme National Sédimatériaux Mise en œuvre de plusieurs opérations pilote à taille «réelle» sur le littoral français intégrant : conditions de réalisation des remblais portuaires; conditions de réemploi en sous-couche routière ; fabrication des blocs béton, granulats Objectifs: proposer une méthodologie réglementée de réemploi; développer des sous-produits de substitution aux granulats; sortir du statut des déchets. 6

7 Démarche et méthodologie d étude Valorisation, instrumentation et suivi d un ouvrage routier à base des sédiments marins Etude en laboratoire Caractérisation physique Classification du matériau selon le Guide GTR, 1992 Évaluation environnementale Guide Sétra 2012: Acceptabilité des matériaux alternatifs en technique routière Formulation d un matériau routier à base de sédiments Guide GTS 2000: Traitement des sols à la chaux et/ou aux liants hydrauliques Réalisation d une route à base d un sédiment marin Etude In situ Instrumentation et outils du suivi de la route Suivi mécanique et environnemental de la route 7

9 II. Caractérisation des sédiments du GPMD Présentation des matériaux Bassin de décantation Sédiment marin Caractérisation physique des sédiments marins bruts Paramètres Value Test standard Teneur en eau (%) à 105 C 60 NF P Teneur en matière organique(%) à 450 C 9.4 XP P Masse volumique ρs 2.56 NF EN VBS (g/100g) 3.76 NF P Limite de plasticité PL (%) 29 NF P Limite de liquidité LL (%) 45 NF P IP (%) 16 NF P Grains < 2µm (%) 10 ISO µm <Grains <63µm (%) 55 ISO Grains >63 µm (%) 35 ISO Proctor modifié WOP (%) 19.8 NF P ρ d Proctor modifié OPM (g/cm 3 ) 1.6 NF P IPI 30 NF P

10 II. Caractérisation des sédiments du GPMD Caractérisation minéralogique DRX Phases minérales P1 et P2: Quartz, calcite, halite, illite et pyrite. marine sediment Q:Quartz Ca:Calcite H:Halite I:Illite Py:Pyrite K:Kaolinite Q Counts Q Ca I K I Ca I I H Ca IH Py I Ca Q PyK I Q H Ca Q K H Q I H Q I Ca Ca Position [ 2 Theta] 10

11 II. Caractérisation des sédiments du GPMD Classification des sédiments selon le GTR Matière organique: 3%<M.O<10% Class F11. Granulométrie: Passant à 80µm >35% Class A. Ip=32.54 Class A3. Cette première classification nous permet d identifier le potentiel d utilisation de nos sédiments en sous couches routières. 11

13 II. Caractérisation des sédiments du GPMD Evaluation environnementale pour une valorisation en technique routière selon le guide d acceptabilité des matériaux alternatifs en technique routière Quantité relarguée cumulée à L/S=10l/kg (Essai de lixiviation NF EN ) Valeurs limites à Valeur à Valeur en ne pas dépasser respecter par au mg/kg MS en lixiviation Éléments moins 100% des Sédiment pour être candidat échantillons P2 à une utilisation (mg/kg de MS) TR Validation pour T.R As <0,10 1,5 2 Oui Ba 1, Oui Cd 0,04 0,12 1 Oui Cr 0,10 1,5 10 Oui Cu 0, Oui Hg 0,002 0, Oui Mo 0,76 1,5 10 Oui Ni <0,10 1,2 10 Oui Pb <0,10 1,5 10 Oui Sb 0,16 0,18 0,7 Oui Se 0,01 0,3 0,5 Oui Zn 0, Oui Fluorure 0, Oui Chlorure (*) Oui/Non Sulfate (*) Oui/Non Fraction soluble Oui ph 7,69 Valeurs limites à ne pas dépasser en contenu total pour être candidat à une utilisation en T.R COT 20, Oui PCB 0,24 1 Oui BTEX <0,05 6 Oui HAP 5,34 50 Oui Le relargage des métaux est inférieur aux valeurs seuils Niveau 1 définies par le guide SETRA; Caractérisation environnementale Niveau 1 validée; Les sédiments peuvent être candidats pour une valorisation en technique routière. 13

15 III. Valorisation des sédiments en couche de fondation Choix de la formulation: Substitution du sable en volume (2/3 Sable de dragage+ 1/3 sédiment +1% chaux + 6% liant hydraulique) Evaluer l impact: Du taux de substitution De la granulométrie de la substitution Sur : Les propriétés mécaniques et environnementales Distribution granulométrique de formulation proposée Paramètres de compactage et de portance du mélange 15

16 III. Valorisation des sédiments en couche de fondation Etudes des performances mécaniques Résistance à la compression Résistance à la traction Classification de la formulation Évaluation environnementale de la formulation ( 28, 90 et 360 jours) L impact environnemental des mélanges est vérifié à travers l essai de lixiviation sur des matériaux broyés et des monolithes. Niveau 1 validé. 16

18 IV. Application in Situ: Construction d une route à base de sédiments à Dunkerque Afin de pouvoir valider la démarche méthodologique élaborée en laboratoire, une route a été réalisée à DUNKERQUE. L objectif est : De vérifier la faisabilité de mise en place des sédiments, avec les engins de chantier; D atteindre les proportions des sédiments marins fixées en laboratoire; Et de suivre, en perspective de ce travail de recherche, l évolution de la structure pendant une année, sur le plan mécanique et environnemental. 18

19 IV. Application in Situ: Construction d une route à base de sédiments à Dunkerque C. Application in Situ: Construction d une route à base de sédiments à Dunkerque Hypothèses de la conception de la structure Classe de plateforme PF 2 Trafic 100 Pl/par jour Durée 15 années Réalisation de la structure routière à base des sédiments marins Couche de roulement (5 cm) BBME Couche de base (6 cm) EME Couche de fondation (30 cm) à base de sédiment marin Malaxage des 3 constituants 19

21 IV. Application in Situ: Construction d une route à base de sédiments à Dunkerque Instrumentation et outils de suivi de la route Campagne de carottage et de déflexion à 60 et 360 jours Réalisation d un plot pour un suivi environnemental de la route à base de sédiments 21

23 IV. Application in Situ: Construction d une route à base de sédiments à Dunkerque Suivi mécanique de la route expérimentale à 60 jours et 360 jours Mesure de la déflexion de la route expérimentale à 60 et 360 jours 23

24 IV. Application in Situ: Construction d une route à base de sédiments à Dunkerque Suivi environnemental de la route Résultats des analyses de lixiviation des carottes (60 et 360 jours) L impact environnemental des carottes prélevées à 60 et 360 jours est vérifié à travers l essai de lixiviation à l eau (L/S =10). Résultats des analyses des eaux de prélèvement de la cuve 24

25 Conclusions Bilan de valorisation des sédiments du GPMD en technique routière Formulation élaborée en laboratoire présente: un bon classement mécanique à 360 jours; un matériau respectant les critères environnementaux. Faisabilité et validation de l utilisation des sédiments non-immergeables en condition réelle; Bonne performance mécanique à 360 jours classant la route en S3; Pas d impact sur l environnement selon le guide Sétra, 2012; Compatibilité entre les performances In situ et en laboratoire; L utilisation des sédiments en construction routière à grande échelle est possible. 25

26 Merci pour votre attention 26