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Organic Fractions of Municipal Solid waste (OFMSW) is rich in organic matter, which can be recycled through energy recovery and compost production. The move towards sustainable management of OFMSW is shifting from energy recovery alone to the integration of separation at source, feedstock selection and disposal/reuse of the residuals. The sustainable management of OFMSW presents a challenge due to policy shifts and increasing pressure on landfills. This research was proposed in this background to establish a suitable feedstock combination of source separated wastes for biogas and compost production. Little information is available on factors affecting the combined anaerobic/aerobic treatment of source separated OFMSW and the soil enhancing qualities of the resulting post treated digestate (anaerobic digestate compost). This study investigated suitability of laboratory simulated feedstock for biogas and compost production and the impacts of the compost produced on physical, chemical and biological properties of soil. The study was carried out in five stages. The first stage investigated the natural buffering capacity, biogas production and degradability of various proportions of food and green wastes in anaerobic cultures. The studies showed that a waste mixture of food waste: green waste: inoculum in the ratio 2 :2:1 as optimal for biogas production, volatile solids destruction and pH stability. The study also showed that the choice of waste mixture can be useful for pH control during anaerobic digestion of OFMSW. The second stage, investigated the factors affecting aerobic post-treatment of the anaerobic digestate obtained from the first stage. Results showed increasing solids concentration and decreasing C:N ratio with increasing aerobic treatment. Generally, the results (TS, TVS, C: N) suggest increasing digestate stability with increasing aerobic post treatment. The third stage investigated the quality and stability of the post- anaerobically treated digestate using seed germination and plant growth tests. Results showed that non-digested model feedstock and anaerobic digestates collected at various times during anaerobic digestion showed low seed germination index. On the other hand digestates collected during aerobic post-treatment showed higher seed germination indexes with increasing aeration times. No seed germination inhibition (phytotoxicity) was observed in soils amended with aerobically posttreated digestate. Generally the results indicate increased digestates stability with increasing duration and intensity of anaerobic-aerobic treatments. The fourth stage investigated the soil enhancing qualities of anaerobic digestate and aerobically post-treated digestate. Results obtained showed that anaerobic digestate is not suitable soil for amendment of arable soils. However, post aerobically treated digestate (i.e. anaerobic digestate compost) improved the physical, chemical and biological qualities of amended soils. Soil analyses showed that the anaerobic digestate compost amendment improved water retention, water infiltration, carbon mineralization and assimilation and significantly increased the soil biomass and bioactivity. Plant growth tests showed that the anaerobic digestate compost significantly increased plant heights, number o f leaves and dry matter contents. In the final stage microbial diversity was investigated in anaerobic digestate compost amended soils. The study revealed significant changes in the diversity of soil microbial populations. The results suggest greater variations in fungi indicating that anaerobic digestate compost amendments have greater impacts on soil fungal populations than bacterial communities. In general, this study demonstrated that depending on the raw waste composition and the nature and duration of biological treatment received, OFMSW could be associated with high biogas yield, soil fertility and productivity and can bring about changes in dynamics of soil populations and functions. Whilst the study indicates the suitability of anaerobic digestate compost for soil management applications, the holistic approach employed in this study if applied on a larger scale could lead to sustainability in management of OFMSW.

The mixed alkali borosilicate glass system used for high-level waste immobilisation, has been studied with different divalent additive oxides such as CaO, Srf), BaO, MnO, ZnO and PbO added to the BNFL base glass (MW). A number of techniques have been employed in order to study the effect of these oxide additives. lIB MAS NMR was performed to measure the fraction of tetrahedrally coordinated boron atoms N4 and 29Si MAS NMR to measure the Qn speciation. Durability tests were carried out and compared with electrical conduction behaviour. Densities, glass transition temperatures and thermal expansion coefficients are also reported. The change in N4 with concentration has been determined for different additive oxides. The addition of BaO, CaO and srO to the base (MW) BNFL vitrification glass caused N4 to increase with alkaline earth content, and maximum values were attained at compositions depending on the M2+ ion type. In contrast, the addition of divalent oxides such as ZnO and PbO to MW reduced the N4 values, with the rate of decrease being greater for ZnO than PbO. The 29Si NMR studies have shown the presence of significant concentrations of non-bridging oxygens which can influence the aqueous corrosion behaviour of the glass. The durability tests revealed that the alkaline earth oxides BaO, srO and CaO decrease the durability. In contrast, oxides such as ZnO and PbO improve the corrosion resistance. The presence of a surface Mn7Si012 crystallisation phase was identified on corroded MnO containing glasses. The reduction in electrical conductivity with oxide addition shows a similar trend to the corrosion behaviour for chemically resistant glasses. In contrast, the opposite trend is found for less durable glasses. UV visible transmission of MnO doped glass shows a decrease in transmittance at - 380 run. The absorption band centred at - 49Onm, moves towards longer wavelength, caused by generation ofNBOs on the [Si04] tetrahedral unit.

Environ 50 millions de m3 des sédiments sont dragués chaque année des ports en France. La solution traditionnelle comme le dépôt en terre et l’immersion en mer pour les sédiments devient de plus en plus réglementée. L’utilisation des sédiments dans le domaine de construction peut non seulement résoudre les problèmes relatifs aux sédiments, mais également constituer une nouvelle source de matériaux. Les présents travaux portent sur la proposition d’une solution pour l’utilisation des sédiments marins en couche d’assise de chaussée à travers le respect d’une méthodologie générale de valorisation. Après une identification des sédiments bruts, la valorisation des sédiments par le ciment et la chaux dans le domaine routier est évaluée en point de vue de l’IPI et de la performance mécanique. L’effet du ciment et de la chaux sur le compactage, la résistance, le gonflement, la durabilité et le changement des phases minérales est étudié. Les cendres volantes peuvent être utilisées pour la valorisation des sédiments à cause de sa propriété pouzzolanique. L’ajout des cendres volantes induit certainement le changement des propriétés mécaniques et chimiques, qui sont évaluées par les essais de compaction, les essais de l’indice portant immédiat, les essais en compression et en traction, les essais du cycle au gel-dégel, les essais de l’immersion à l’eau et les essais DRX et ATD/ATG. Le potentiel d’utilisation des formulations élaborées est évalué en technique routière. Enfin, l’étude mécanique complémentaire sur les sédiments bruts et les sédiments traités à la chaux est présentée. Les performances mécaniques plus approfondies des sédiments sont prises en compte à l’aide de l’essai de compressibilité, de l’essai de cisaillement direct et de l’essai triaxial. / Nearly 50 millions m3 of sediments are dredged each year from rivers and ports in France. The traditional solution such as land deposit and ocean dumping to manage dredged sediments is increasingly restricted. The use of sediments in the field of construction can not only solve problems related to sediments, but also provide a new source of construction materials. The present work focuses on a proposed solution for use of marine sediment in roadbed layer by the respect of a general methodology. After identifying the characteristics of raw sediments, the evaluation of marine sediments by cement and lime in roadbed is assessed in terms of bearing capacity and mechanical performance. The effect of cement and lime on soil compaction, strength, swelling, durability and le change in mineral phases is studied. Fly ash can be used for the valorization of sediments because of its pozzolanic property. For treated sediments, the addition of fly ash induces certainly the change in mechanical and chemical properties, which are evaluated by the compaction tests, the bearing capacity tests, the compressive and tensile strength tests, the freezing-thawing cycle tests, the immersion in water tests and the XRD and DTA/TGA tests. The potential of the proposed formulations treated with fly ash was evaluated for the potential use in road engineering. Finally, the supplementary mechanical study on raw sediments and lime-treated sediments is presented. The mechanical performance of sediments is evaluated by using the compressibility tests, direct shear tests and triaxial tests.

La thématique sur la valorisation des sédiments est en plein essor depuis plusieurs années. Elle concerne principalement les sédiments marins et fluviaux. Quant à ces derniers, ils présentent une composition physico-chimique particulière avec des teneurs en matière organique plus élevées et en minéraux plus faibles par rapport aux sédiments marins. De plus, par comparaison avec d’autres régions du territoire Français, les sédiments de la région Nord -Pas de Calais, sont caractérisés de “contaminés”. C’est la raison pour laquelle plusieurs travaux de recherche sont entamés afin de trouver de nouvelles pistes de développement des sédiments fluviaux en génie civil. L’objectif principal de ce travail de recherche est de proposer une solution pour l’utilisation des sédiments de dragage principalement trois sédiments fluviaux provenant de la région Nord-Pas-de Calais pour une valorisation en couche d’assise routière, en éco modelé paysager et pour l’élaboration de matériaux cimentaires. Du point de vue gestion expérimentale, le choix des sédiments et des mélanges a été fixé par les exigences de chaque filière de valorisation. Pour cela, un mélange du sédiment de Croix et Deûle a été choisi pour la valorisation en butte paysagère, une formulation à base du sédiment de la Deûle et du Hem a été étudiée pour une valorisation en technique routière. Quant à la valorisation en matériaux cimentaires, on avait utilisé le sédiment de la Deûle. Le choix des différentes formulations avait été validé par un modèle mathématique d’aide à la décision.Ce travail a été réalisé en collaboration avec le GPMD et LMCU. / The topic on the use of sediments is booming for several years. It mainly concerns marine and river sediments. As for the latter, they have a particular physico-chemical composition with higher amounts of minerals and organic matter compared to marine sediments. Moreover, compared with other parts of French territory, the sediments of the region of Nord –Pas-de-Calais are characterized as "contaminated". That's why many researchs were initiated to find new avenues for development of dredged sediments in civil engineering. The main purpose of this research aims to propose a solution for the use of dredged sediment mainly three river sediments from the Nord-Pas-de Calais region for a valuation on road under layers , eco modeled landscape and the development of cementitious materials. In experimental management point of view, the choice of sediment mixtures was determined by the requirements of each reclamation operation. For this, a mixture of sediment of Deule and Croix was chosen for the valuation landscaped mound, a formulation containing sediments of Deûle and Hem has been studied for a valuation road construction. As for the valuation cementitious materials, we used the sediment of the Deule. A mathematical model of decision support validated the choice of different formulations. This work was done in collaboration with the GPMD and LMCU. The validation of the scientific method has been tested on a semi-industrial scale, through the construction of two experimental boards, which helped, initially, to assess the impact of sediments on valuation and the industrial feasibility on site.

En France, les besoins annuels en matériaux granulaires pour le secteur du BTP sont proches de 400 millions de tonnes dont 96% sont d'origine naturelle. Il est donc inéluctablement nécessaire de trouver des solutions alternatives dites éco-responsables notamment par la valorisation de sous-produits industriels (SPI) tels que les sédiments de dragage. Les sédiments de dragage marins sont désignés comme matière première secondaire dans le cadre de cette étude. Cependant, ces derniers peuvent présenter des niveaux de pollution variables, avec présence de matières organiques (5% à 30%), une teneur en eau relativement élevée (50% à 200%) et une granulométrie assez fine (≤ 300 µm). Ce qui requiert, de mettre en place, en vue d'une utilisation efficiente, des procédés de traitement qui permettront in fine d'améliorer certaines propriétés physico-chimiques du matériau. L'objectif de nos travaux porte sur le traitement physique et thermique des sédiments de dragage puis leur valorisation dans les matrices cimentaires. Nous menons d’abord une étude bibliographique autour de la problématique posée. Au plan expérimental divers études sont conduits : caractérisation physico-chimique, les effets du traitement sur les propriétés des sédiments, l'impact probable de la présence des sédiments dans les matrices cimentaires. Les matériaux cimentaires formulés seront par la suite analysés et caractérisés à quatre échelles: physico-chimique, mécanique, durabilité et environnementale. Une analyse des résultats mécaniques permet de suivre l'activité des sédiments et d'implémenter des lois de formulation adaptées. / In France, construction sector annual needings for granular materials are close to 400 million tonnes, of which 96% are natural origin. Therefore it becames highly necessary to find alternatives solutions, in particular by valorisation of industrial by-products (IBP) such as dredging sediments. Marine sediments are designated as a secondary raw material in this study. However, the latter may present some levels of pollution, with the presence of organic matter (5% to 30%), relatively high water content (50% to 200%) and a fairly fine granulometry (≤ 300 µm). Currently, research target to use them as a supplementary mineral addition in concrete after efficient methods of treatment that improve some physico-chemical properties. The aim of this this study is to establish a profitable methodology for the use of sediments in cementitious matrix. We first lead a bibliographical review on this subject. At the experimental level, a physico-chemical characterization was carried out, determining the major parameters to be considered, the effects of the treatment on material properties, the likely impact of the presence of sediments in the cementitious matrix, and an experimental methodology to quantify these various effects. The cementitious materials formulated will be analysed and characterized at four scales: physico-chemical, mechanical, durability and the environmental impact. An analysis of the mechanical results makes possible to assess the activity of this material and to implement adapted formulation laws.

La question environnementale est désormais une préoccupation majeure pour les gouvernements et les industriels. La gestion efficace des déchets s’inscrit dans les actions prioritaires dans une optique d’économie circulaire. Cette gestion efficace préconise en premier lieu la valorisation maximale des déchets. Le domaine du génie civil est particulièrement concerné. La valorisation des matériaux alternatifs dans le domaine du génie civil connaît un essor important ces dernières années, toutefois cette pratique connait certaines limites, notamment le manque de réglementation claire et surtout le manque d’outils et méthodes de formulation adaptées et adaptables à l’utilisation des matériaux alternatifs. Dans ce contexte, le présent travail porte sur la mise en place de méthode de formulation de matériaux de construction à base de sous-produits industriels. Cette méthode hybride basée sur des outils de l’intelligence artificielle, combine les Algorithmes Génétique (AG) comme outils optimisation multiobjectifs et la Programmation Génétique (PG) dans ses deux versions, la PG classique et la MGGP (MultiGène Genetic Programming) comme outils de modélisation des problèmes complexes par Apprentissage Automatique (Machine Learning). La méthode de formulation des matériaux de construction à base de sous produits industriels, proposée dans ce travail a été testée sur deux cas d’étude (la formulation de bétons à hautes performances et la formulation de mortiers à base de matériaux alternatifs ou multi-déchets) et validée par des testes au laboratoire. Les résultats obtenus sont concluants et très prometteurs. / The environmental issue has become a major concern for governments and industry. Effective waste management is part of the priority actions in order to achieve a green circular economy. This efficient management imposes first maximum recovery of waste, knowing the large tonnage produced is different sectors. The field of civil engineering is particularly concerned. The valorization of alternative materials in the field of civil engineering has grown significantly in recent years. However, this practice knows some limitations, including the lack of clear regulations and especially the lack of tools and methods suitable for design of materials including alternatives materials. In this context, the present work focuses on the development of mix design method of building materials based on industrial by-products. This hybrid method combines the Genetic Algorithms (GA) as multi-objective optimization tools and Genetic Programming (GP) in its two versions, classical GP and MGGP (MultiGene Genetic Programming) as modeling tools for complex problems by Machine Learning approach. Specific studies were carried out also or these innovative tools, to demontrates benefits and weaknesses of these tools on these applications in civil engineering. Finally, this method of formulation of building materials based on industrial sub products proposed in this work was tested on two case studies (design of high performance concrete and mortars made of alternative materials) and validated by the laboratory tests. The results are conclusive and promising to generalize the method to other applications of Civil Engineering.

Le vermicompostage est une éco-biotechnologie relativement nouvelle qui utilise des vers de terre comme bioréacteurs naturels dans un procéssus de décomposition de la matière organique. En Europe, on utilise trois espèces d’annélides oligochètes : Eisenia fetida, Eisenia andrei et Dendrobaena veneta. Compte tenu des directives de l’Union Européenne portant sur le traitement des déchets, les contenus en métaux lourds, en composés chimiques divers et en microorganismes pathogènes des boues d’épuration ne permettent pas leur valorisation directe en agriculture. La qualité du produit obtenu après vermicompostage peut être évaluée en utilisant des paramètres agronomiques, tandis que des paramètres immunitaires et de défense mesurés chez les vers permettent d’apprécier l’impact des contaminants sur ces organismes du sol. Les objectifs de ce travail étaient: 1) apprécier l'influence des vers de terre sur la qualité du produit final dans le processus de lombricompostage, 2) examiner les mécanismes moléculaires et immunologiques mis en œuvre chez les lombrics au cours du lombricompostage de boues d'épuration urbaines, 3) de développer le compostage combiné au processus de lombricompostage. Les vers de terre utilisés dans les travaux présentés ont été classés en trois espèces grâce à la technique de barcoding moléculaire. Les fluorophores sélectionnés ont été testés comme les biomarqueurs spécifiques à l’espèce. Le contenu en riboflavine, le nombre de coelomocytes (amébocytes/éléocytes) et le niveau d’expression de gènes sélectionnés ont été utilisés comme biomarqueurs de stress permettant la bio-oisurvéillance du processus. La technique appliquée a conduit à évaluer les possibilités de valorisation des boues d'épuration. / Vermicomposting is a relatively new eco-biotechnology using earthworms as natural bioreactors in the process of decomposition of organic matter. Eisenia andrei, Eisenia fetida and Dendrobaena veneta are detrivorous organisms that enhance the decomposition of complex organic compounds and influence circulation of organic matter. This eco-technique is a non-expensive method of biodegradation of organic wastes, inter alia sewage sludge. Due to the high content of various pollutants, including heavy metals, chemicals and pathogenic microorganisms, sewage sludge cannot be directly used in agriculture. The quality of the product can be assessed using agronomic parameters, while immune and defense parameters can be measured as stress biomarkers. Aims of this work were: 1) to determine the influence of earthworms on the quality of the product obtained in vermicomposting process, 2) to investigate the molecular and immunological mechanisms occurring in earthworms during vermicomposting of municipal sewage sludge, 3) to develop the combined composting – vermicomposting process. Earthworms were segragated into three separate groups basing on DNA barcoding and selected fluorophores were tested as non-invasively retrieved biomarkers allowing distinction between morphologically similar composting earthworm species. Riboflavin, coelomocytes (amoebocytes/eleocytes) composition and particular gene expression levels were selected as biomarkers of stress useful in biomonitoring of the vermicomposting process. Applied technique has led to assess the possibilities of valorization of sewage sludge.

Les boues rouges sont des sous-produits industriels issus de l’extraction d’alumine à partir de minerais de bauxite via le procédé Bayer. Le traitement de ces boues par filtre presse permet de réduire leur teneur en eau et d’obtenir un produit pelletable dénommé Bauxaline par l’usine Alteo de Gardanne, le tonnage annuel est de 300 000 t/an. Plusieurs applications ont été envisagées pour ce sous-produit industriel: matériaux de terres cuites, coulis, granulats légers et médias filtrants de dépollution. L’incorporation de la Bauxaline dans les matériaux de terres cuites vise la fabrication de tuiles. Les essais réalisés à l’échelle du laboratoire ont permis de mettre en évidence que l’argile naturelle est substituable par de la Bauxaline à hauteur de 30%. Ce taux de substitution permet de répondre aux exigences mécaniques et environnementales, aux contraintes sanitaires liées à la radioactivité naturelle de la Bauxaline. Aussi, l’incorporation de Bauxaline apporte une valeur ajoutée aux matériaux de terres cuites en permettant d’obtenir une teinte intéressante pour un fabricant de tuiles souhaitant élargir sa gamme. L’étude de formulation de coulis auto-compactants et de granulats légers a permis de démontrer la faisabilité aux niveaux mécaniques et environnementaux de l’incorporation de la Bauxaline avec des taux de substitution significatifs. La filière dépollution est également une voie intéressante : les granulés formulés à partir de Bauxaline présentent une bonne réactivité vis-à-vis des ions phosphates. Economiquement, cette piste de valorisation est aussi prometteuse : la Bauxaline constitue un matériau peu onéreux en comparaison aux médias filtrants du marché. / Red mud is an industrial by-product from the extraction of alumina from bauxite ores via the Bayer process. The treatment of these sludges with a filter press makes it possible to reduce their water content and to obtain an excavable product called Bauxaline by the Alteo de Gardanne plant, the annual tonnage is 300 000 t / year. Several applications have been considered for this industrial by-product: ceramic materials, grout, lightweight aggregates and depollution filter media. The incorporation of Bauxaline into the ceramic materials is aimed at the manufacture of tiles. Tests carried out on the scale of the laboratory made it possible to demonstrate that the natural clay is substitutable by Bauxaline for 30%. This substitution rate makes it possible to meet the mechanical and environmental requirements and the health constraints linked to the natural radioactivity of Bauxaline. Also, the incorporation of Bauxaline adds value to the materials of ceramic by allowing to obtain an interesting shade for a manufacturer of tiles wishing to widen its range. The study of the formulation of self-compacting grouts and light aggregates made it possible to demonstrate the feasibility at mechanical and environmental levels of the incorporation of Bauxaline with significant substitution rates. The process of depollution is also an interesting way: the granules formulated from Bauxaline have a good reactivity with respect to the phosphate ions. Economically, this upgrade path is also promising: the Bauxaline is a low-cost material compared to the filter media on the market.