Outil d'aide à la décision pour la valorisation des sédiments de barrage B. Anger EDF R&D F. Thery EDF R&D D. LEVACHER, Université de Caen
CONTEXTE Accumulation de sédiments ~10% Du mix de production d EDF en France 435 Centrales hydroélectriques sont exploitées par EDF en France avec une moyenne d âge de 60 ans 622 Barrages sont exploités par EDF en France Source de contraintes sur les activités d exploitation hydroélectriques sur les usages et usagers riverains Nécessité d une gestion des sédiments
2 µm 63 µm 2 mm 64 mm 2048 mm ARGILE LIMON SABLE GRAVIER BLOC CONTEXTE La majorité Gestion dans le milieu aquatique Sédiments fins Cadre réglementaire + Impératifs environnementaux et techniques Pas de filière «robuste» pour les sédiments fins de barrage Sédiments extraits gérés à terre Statut de déchet Anticiper les cas où les techniques usuelles ne pourraient pas être appliquées
PÉRIMÈTRE «Multi-sédiments» Sédiments fins d aménagements hydroélectriques «Multi-filières» 5 filières retenues pour être investiguées Étudier prioritairement la «fraction valorisable» La caractérisation de la fraction valorisable avant une phase d identification des polluants freinant les possibilités de valorisation OBJECTIFS Proposer une caractérisation en accord avec les spécifications techniques des filières potentielles Tendre vers une démarche d aide à la décision pour le choix de la voie de valorisation en s appuyant sur l étude de cas concrets
APPROCHE PAR ITERATION Déchet C A B Critères d acceptatio n Voie de valorisation 1 Voie de valorisation 2 Voie de valorisation 3 Voie de valorisation N
Filière de valorisation CRITÈRES D ACCEPTATION? Produit final Les critères de sortie sont connus Normes sur les produits Cahiers des charges des clients Analyse technique des filières Recherche des spécifications et critères d acceptation en entrée des filières de valorisation Bibliographie (articles scientifiques, normes et guides techniques Avis d experts Essais de caractérisation et de valorisation sur des cas concrets Matière première Critères d entrée? Savoir-faire industriel confidentiel, connaissance empirique, Spécifications difficiles à identifier
CARACTÉRISATION DES SÉDIMENTS Caractérisation physique : Analyse granulométrique, Argilosité (VBs et limites d Atterberg), Caractérisation chimique : Détermination des éléments majeurs : SiO 2, Al 2 O 3, Na 2 O, K 2 O, CaO, MgO, Fe 2 O 3, P 2 O 5, TiO 2, sulfates et soufre total Teneur en matière organique, Caractérisation minéralogique : Approche «minérale» Analyse semi-quantitative des phases cristallines : DRX poudre + DRX lame orientée Caractérisation physique : Densité apparente, Granulométrie, Caractérisation chimique : Teneurs en éléments nutritifs : N, P, K, Ca, Mg, oligo-éléments, Capacité d échanges cationiques (CEC), Teneur en matière organique (MO) et carbone organique (Corg), ph et Conductivité, Teneurs en éléments phytotoxiques : éléments traces métalliques (ETM), composés traces organiques (CTO), Approche «agronomique» Valeur neutralisante et solubilité carbonique. Caractérisation biologique : Absence de graines d invasives
Nature des sédiments selon la classification des matériaux du GTR (SETRA-LCPC, 2000) Principaux résultats Classes granulométriques des limons et des argiles (d 50 de 6,1 à 37,7 µm) Principaux minéraux : quartz, minéraux argileux et carbonates Teneur en MO variable : 3 à 9 % Classification des sédiments étudiés selon le diagramme de Gippini [1969]
1. OUTIL DE PRÉ-ORIENTATION Identification des critères indicateurs 2. Critère A Critère B Critère C Critères indicateurs sélectionnés selon les filières Interprétation des critères Courbes de calcul de score 3 étapes principales : 1. Identification / Sélection des paramètres pertinents pour les filières pressenties (critères inducteurs), 2. Interprétation des critères selon les différentes filières (traduction par un score), 3. Intégration / Agrégation des scores pondérés pour aboutir aux indices d adéquation (IA) des filières 3. Calcul de l indice d adéquation (IA) "Inadéquation" "Adéquation" 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 IA = n S i X i=1 i n X i=1 i 10 Schéma conceptuel de l approche 6 applications envisagées : Matière première dans le cru de cimenterie Addition minérale pour les mortiers (filler) Matériau routier et assimilé Matière première pour l industrie céramique (terre cuite) Valorisations agronomiques Utilisation pour la confection de sols reconstitués Utilisation agricole
1. OUTIL DE PRÉ-ORIENTATION Identification des critères indicateurs Critère A Critère B Critère C Critères indicateurs sélectionnés selon les filières Exemple : Critère d 50 Matériau céramique (terre cuite) 100 75 50 25 d 50 mini = 2 µm d 50 maxi = 20 µm 2. Interprétation des critères 0 1 10 100 Bourgogne Tuile Schiste Lyon Boisseau Loess Alsace Brique perforée Marseille Tuile Sud de Paris Brique apparente perforée Lehm Nord Brique pleine Exemples de distributions granulométrique de mélanges argileux (d après Kornmann et al. 2005) 3. Courbes de calcul de score «Valeurs optimums» «Plus-est-mieux» «Moins-est-mieux» Calcul de l indice d adéquation (IA) "Inadéquation" "Adéquation" 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 n S IA = i X i=1 i n 10 X i=1 i Schéma conceptuel de l approche 0,1 1 10 100 1000 d 50 (en µm)
OUTIL DE PRÉ-ORIENTATION 0 3 6 9 SR 12 0 5 10 15 MO 20 0 3 6 9 12 15 18 21 MO 24 0,1 1 10 100 1000 d 50 0 1 1,5 2 CE 2,5 0 10 20 30 40 CaO+MgO 50 60 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 w P 0 25 50 75 %Qz 100 0 20 40 60 d80 50 0 40 80 120 160 200 240 d 50 1 0 10 20 30 40 50 %phyllo 60 4 5 6 7 8 9 10 ph 11 0 10 20 30 40 MO 50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 I P 0 100 200 300 400 d 90 0 1 2 3 VB 4 0 10 20 30 40 50 60 I P 0 1 0 10 20 30 R40 2 O+RO+Fe 50 60 2 O 3 0 5 10 15 C/N 20 0 1 2 3 max(npk) 4 5 0 5 10 MO 15 0 1 1,5 LSF 2 0 10 20 30 40 %phyllo 50 0 0 0,2 0,4 0,6 Al 0,8 2 O 3 /SiO 1 2 0 10 20 30 MO 40
1. OUTIL DE PRÉ-ORIENTATION Identification des critères indicateurs Critère A Critère B Critère C Matière première pour la fabrication de clinker Addition minérale pour les mortiers (filler) 2. Critères indicateurs sélectionnés selon les filières Interprétation des critères Courbes de calcul de score Matériau routier et assimilé Matière première pour la fabrication de produits céramiques 3. Calcul de l indice d adéquation (IA) "Inadéquation" "Adéquation" 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Valorisation agricole (épandage) n S IA = i X i=1 i n 10 X i=1 i Schéma conceptuel de l approche Construction de sol
CONCLUSION Apports du point de vue pratique : 2 points forts Caractérisation minimale (fiche d identité) Mise au point d un outil décisionnel Inscription des travaux de recherche scientifique dans un projet industriel Actions dans l entreprise amorcées depuis 1 an SIG Polluants 2 thèses + Liants hydrauliques + Agronomie Séchage
Adéquation spatiale Iso distances routières pour le sédiment GAR et les destinations potentielles 50km transport maximal pour les granulats Cas des sédiments implique un calcul en considérant notamment : La comparaison avec un transport vers l ISD adaptée la plus proche La prise en compte de la perte de production d électricité liée à la sédimentation
AgroCampus Ouest Agronomie
MERCI DE VOTRE ATTENTION Mémoire de thèse disponible en ligne : http://chercheurs.edf.com/publications/theses-en-ligne/caracterisationde-sediments-fins-de-retenues-hydroelectriques-en-vue-dyuneorientation-vers-des-filieres-de-valorisation-matiere-293677.html