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N° d’ordre 2012-ISAL-0012 Année 2012 Thèse Caractérisation physico-chimique d’un sédiment marin traité aux liants hydrauliques – Évaluation de la mobilité potentielle des polluants inorganiques. présentée devant L’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon pour obtenir le grade de docteur École doctorale : Chimie, Procédés, Environnement de Lyon. Formation doctorale : Sciences de l’Environnement Industriel et Urbain Par Marie LOUSTAU CAZALET Soutenue le 6 février 2012 devant la Commission d’examen Jury de BRAUER Christine Professeur (LGCIE, INSA Lyon) Directeur CHATAIN Vincent Maître de Conférences (LGCIE, INSA Lyon) Co-directeur De Windt Laurent Maître de Recherche (École des mines de Paris) Examinateur GARNIER Cédric Maître de Conférences (PROTEE, Université de Toulon) Rapporteur GERMAIN Patrick Professeur (LGCIE, INSA Lyon) Président MARNIER Nicolas Professeur (LRSAE, Université de Nice) Rapporteur Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0012/these.pdf © [M. Loustau Cazalet], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0012/these.pdf © [M. Loustau Cazalet], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés INSA Direction de la Recherche - Ecoles Doctorales – Quinquennal 2011-2015 .SIGLE ÉCOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNÉES DU RESPONSABLE CHIMIE CHIMIE DE LYON M. Jean Marc LANCELIN http://www.edchimie-lyon.fr Université de Lyon – Collège Doctoral Bâtiment ESCPE 43 bd du 11 novembre 1918 Insa : R. GOURDON 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72.43 13 95 [email protected] E.E.A. ÉLECTRONIQUE, M. Gérard SCORLETTI ÉLECTROTECHNIQUE, AUTOMATIQUE École Centrale de Lyon http://edeea.ec-lyon.fr 36 avenue Guy de Collongue 69134 ECULLY Tél : 04.72.18 60 97 Fax : 04 78 43 37 17 Secrétariat : M.C. HAVGOUDOUKIAN [email protected] [email protected] E2M2 ÉVOLUTION, ÉCOSYSTÊME, MICROBIOLOGIE, Mme Gudrun BORNETTE MODÉLISATION CNRS UMR 5023 LEHNA http://e2m2.universite-lyon.fr Université Claude Bernard Lyon 1 Bâtiment Forel 43 bd du 11 novembre 1918 Insa : H. CHARLES 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72.43.12.94 [email protected] EDISS INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES-SANTE M. Didier REVEL http://ww2.ibcp.fr/ediss Hôpital Louis Pradel Bâtiment Central 28 Avenue Doyen Lépine Sec : Safia AIT CHALAL 69677 BRON Insa : M. LAGARDE Tél : 04.72.68 49 09 Fax : 04 72 35 49 16 [email protected] INFOMATHS INFORMATIQUE ET MATHEMATIQUES M. Johannes KELLENDONK http://infomaths.univ-lyon1.fr Université Claude Bernard Lyon 1 INFOMATHS Bâtiment Braconnier 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72. 44.82.94 Fax 04 72 43 16 87 [email protected] Matériaux MATÉRIAUX DE LYON M. Jean-Yves BUFFIERE INSA de Lyon MATEIS Secrétariat : M. LABOUNE Bâtiment Saint Exupéry PM : 71.70 –Fax : 87.12 7 avenue Jean Capelle Bat. Saint Exupéry 69621 VILLEURBANNE Cedex [email protected] Tél : 04.72.43 83 18 Fax 04 72 43 85 28 [email protected] MEGA MÉCANIQUE, ÉNERGÉTIQUE, GÉNIE CIVIL, M. Philippe BOISSE ACOUSTIQUE INSA de Lyon Laboratoire LAMCOS Bâtiment Jacquard Secrétariat : M. LABOUNE 25 bis avenue Jean Capelle PM : 71.70 –Fax : 87.12 69621 VILLEURBANNE Cedex Bat. Saint Exupéry Tél : 04.72.18.71.70 Fax : 04 72 43 72 37 [email protected] [email protected] ScSo ScSo* M. OBADIA Lionel Université Lyon 2 86 rue Pasteur M. OBADIA Lionel 69365 LYON Cedex 07 Tél : 04.78.69.72.76 Fax : 04.37.28.04.48 Sec : Viviane POLSINELLI [email protected] Insa : J.Y. TOUSSAINT *ScSo : Histoire, Géographie, Aménagement, Urbanisme, Archéologie, Science politique, Sociologie, Anthropologie Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0012/these.pdf © [M. Loustau Cazalet], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0012/these.pdf © [M. Loustau Cazalet], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés En mémoire de Bruno BRUNAZZI, Parrain et oncle de cœur, parti trop tôt. Et Jean-Christophe FERNANDES, Doctorant au LGCIE, disparu lors du séisme d'Haïti. « Vous resterez à jamais dans mon cœur » Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0012/these.pdf © [M. Loustau Cazalet], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0012/these.pdf © [M. Loustau Cazalet], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés RÉSUMÉ Le dragage des ports français génère chaque année entre 25 et 40 millions de tonnes de matériaux non contaminés qui sont clapés en mer. Il existe, de plus, un stock important de sédiments contaminés (10 millions de tonnes environ) qui n’ont pas été dragués, du fait de la réglementation interdisant un rejet en mer lorsque les niveaux de contamination dépassent les seuils définis par l’arrêté du 14 juin 2000. En outre, ce stock de sédiment, qui devra impérativement être dragué dans les dix ans à venir, est quasiment orphelin de filières de traitement et de valorisation adaptées. L’urgence de mettre en place des solutions (filières), respectueuses des fondements du développement durable, a engendré de nombreux programmes de recherche. Le programme SEDiGEST (Gestion des Sédiments de dragages des ports) envisage notamment un scénario de remblaiement des cavités terrestres par des sédiments traités. Cette Thèse de Doctorat, menée dans le cadre de ce programme, contribue à l’amélioration de la compréhension du comportement géo-physico- chimique d’un sédiment marin stabilisé aux liants hydrauliques (chaux + ciment). Pour répondre à cet objectif la démarche expérimentale a été conduite en trois étapes : tout d’abord la caractérisation du solide, puis l’évaluation de la mobilité potentielle des polluants inorganiques et enfin, la modélisation du comportement à la lixiviation. La synthèse des résultats a montré que les polluants inorganiques cibles de la matrice d’étude (cuivre, plomb et zinc) étaient majoritairement associés aux carbonates, aux sulfures/sulfates, aux (oxy)hydroxydes, et/ou à la matière organique. L’étude comparative de la matrice étudiée à trois stades « d’évolution » (avant et après traitement et vieilli artificiellement) a permis de mettre en évidence que le procédé de stabilisation aux liants hydrauliques n’était pas une solution pérenne. En effet, le sédiment traité présente un risque de pollution à plus ou moins long terme, notamment par relargage de plomb et de cuivre, en cas de carbonatation de la matrice sédimentaire. En particulier, la réversibilité du procédé de stabilisation/solidification induit par la réactivité des phases cimentaires avec le CO 2 atmosphérique, peut également conduire à une mobilisation des polluants à long terme. Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0012/these.pdf © [M. Loustau Cazalet], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0012/these.pdf © [M. Loustau Cazalet], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés REMERCIEMENTS Après avoir partagé mon temps, ces trois dernières années, entre les bureaux, les salles de manip’, les salles de TP, la salle de réunion ou encore la salle café, il ne restera de mon passage à l’INSA que mon manuscrit de thèse. Et, bien que l’écriture de ce manuscrit ait été un travail solitaire, avec ses hauts (comme le point final d’un chapitre) et ses bas (comme le syndrome de la page blanche), il n’en demeure pas moins, que personne ne vient à bout de ces années, seul… En ce qui me concerne, j’ai eu la chance de rencontrer de nombreuses personnes au cours de ces années qui ont su, à différents moments de vie, m’accompagner sur le chemin de l’enseignement, m’aider à surmonter mes déboires expérimentaux, me soutenir lorsque je doutais de presque tout, concourir à la réalisation de ce mémoire, ou encore, et pas des moindres, me faire rire lorsque le moment ne s’y prêtait pas. C’est pourquoi, je profite de cet espace libre qui m’est octroyé, pour exprimer ma gratitude et ma reconnaissance envers toutes ces personnes. Bien que la ou les pages de remerciements, selon le bien vouloir de ceux qui les écrivent, peuvent être rédigées de manière fantasmagorique, certains choisiront les alexandrins, d’autres les rimes, celles-ci commenceront toujours, tradition oblige, par remercier le directeur du laboratoire, les directeurs de thèse, les membres du jury et enfin, tous les autres : collègues, amis, familles, connaissances. Commençons donc par le commencement… Mes premiers remerciements s’adressent à Rémy Gourdon, directeur du LGCIE – site Carnot, pour la confiance qu’il m’a témoignée en acceptant de m’accueillir au sein du laboratoire, ainsi que pour la disponibilité dont il a fait preuve à mon égard. Mes remerciements vont ensuite vers mes deux directeurs de thèse, Vincent Chatain et Christine de Brauer, qui ont bien voulu sortir des sentiers battus, en effectuant un recrutement externe à l’INSA, pour avoir accepté la charge de m’encadrer durant toutes ces années, ainsi que pour avoir suffisamment cru en moi pour m’ouvrir les portes de la recherche et de l’enseignement. J’adresse également mes remerciements à l’ensemble des membres du jury. Ayant eu l’opportunité de faire connaissance avec la quasi-totalité du jury par le passé, je tiens à adresser mes remerciements de façon plus personnelle. Tout d’abord, il n’y aurait pas eu de soutenance, sans l’approbation des rapporteurs. Je remercie donc Nicolas Marmier et Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0012/these.pdf © [M. Loustau Cazalet], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés Cédric Garnier pour avoir accepté de juger ce travail, pour avoir lu ces quelques 200 pages pendant les fêtes de Noël, ainsi que pour leurs critiques constructives. Nicolas, n’ayant pas eu l’opportunité de vous rencontrer le jour de la soutenance (en raison des grèves), j’espère que nos chemins pourront enfin se croiser. Cédric, je pouvais déjà compter sur toi quand j’étais en master et que je cherchais ma voie, d’ailleurs, tu étais auprès de moi, quand j’ai répondu à l’offre de thèse, et je suis heureuse qu’aujourd’hui, tu fasses partie de ma vie professionnelle et personnelle. Que serait un jury sans président ? C’est pourquoi, je remercie Patrick Germain, d’avoir accepté de présider ma soutenance. Patrick, je vous remercie d’avoir également fait parti de mon comité de pilotage de thèse, d’avoir apporté vos connaissances et vos critiques sur les différentes orientations de la thèse, et notamment sur les analyses thermogravimétriques et le pilote de carbonatation. Enfin, je remercie Laurent De Windt, pour s’être impliqué au cours de cette thèse en tant que membre du comité de pilotage et examinateur. Laurent, je vous remercie pour vos conseils avisés sur mes travaux de modélisation, pour votre présence assidue aux comités de pilotage, malgré votre planning chargé et les allers-retours Paris-Lyon, certainement contraignants. En parlant du comité de pilotage, je ne peux que penser aux autres membres. C’est pourquoi, je tiens à remercier également Denise Blanc, Mathieu Gautier, Cécile Delolme, Mostafa Benzaazoua, ainsi que les membres invités : Ronan Le Hyaric, Anne Bernard et Jaime Argollo-Bautista. Merci à tous pour vos interventions constructives qui ont contribué à apporter une plus-value à ces travaux. Ce travail n’aurait jamais pu aboutir sans le travail de relecture scrupuleux de plusieurs membres du LGCIE. Je tenais à remercier, en premier lieu, mes premiers relecteurs qui ne sont autres que Vincent Chatain et Christine de Brauer. Merci à vous deux de m’avoir aidé à construire ces chapitres et surtout de m’avoir permis de hiérarchiser mes idées. Je tiens également à remercier Hélène Métivier, Aurélie Ohannessian ainsi que Denise Blanc pour avoir traqué les fautes d’orthographes et validé la pertinence de certains chapitres. Parmi les relecteurs, je me devais de faire mille et un remerciements à Claire Chottier. Claire, je te remercie pour avoir pris le temps de lire de droite à gauche, de haut en bas (et peut-être même en diagonale) tout le contenu de cette thèse, pour tes diverses questions pertinentes qui m’ont permis d’approfondir certains points, pour ta maîtrise parfaite du français et pour tes conseils rédactionnels. MERCI Claire !!!! Je ne pourrais jamais suffisamment remercier les différents acteurs du programme ANR SEDIGEST pour m’avoir accueillie si chaleureusement au sein du groupe de travail et pour Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0012/these.pdf © [M. Loustau Cazalet], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés
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