There is a demand to reestablish a healthy coastal ecosystem by rebuilding wetlands with river diversion or dredged sediments in coastal Louisiana. Land building projects using dredged sediments from adjacent canals and river beds, can be used to protect the coastal properties and infrastructure systems from flood and storm surges. To predict the sediment’s long term behavior, math models require input parameters based on sediment engineering properties and material characteristics. Proper characterization is critical for accurate design of coastal restoration projects. The dredge material sedimentation characteristics and their effects on the settlement rate of suspended solid particles and underlying foundation soil depend, among other factors, on the grain size distribution of the dredged material, salinity of the composite slurry, and slurry solid particles concentration. This research evaluated the effects of grain size distribution, salinity, and initial solids concentration on the sedimentation characteristics of fine grained dredged sediments in Coastal Louisiana.

La gestion au long terme des sédiments de dragage contaminés soulève le problème du devenir des éléments potentiellement toxiques contenus dans ces matrices. Les paramètres physicochimiques influencent la spéciation et la distribution des contaminants sur les différentes phases porteuses organiques ou minérales, ainsi lors de la gestion à terre des sédiments la modification de facteurs tels que l’aération, les cycles d’humectation/séchage et l’activité bactérienne va influencer les paramètres physico-chimiques et donc la spéciation des contaminants. Afin de préciser les mécanismes responsables de la mobilité des éléments potentiellement toxiques et d’estimer l’acceptabilité environnementale des sédiments de dragage en scénario de valorisation (p. ex. butte paysagère, remblai ou sous couche routière), l’étude a été axée sur trois principales étapes :I établir la caractérisation totale des sédiments (granulométrie, minéralogie, teneur en eau, composition de la phase solide, composition de l’eau interstitielle) et évaluer selon des procédures normaliséesl’influence de facteurs (pH, L/S, température…) sur la lixiviation des éléments et sur les mécanismes géochimiques mpliqués ; II développer un jeu de paramètres d’entrée pour le code géochimique ORCHESTRA selon des procédures normalisées (quantification des phases porteuses les plus réactives : argiles, carbonates, oxy-hydroxydes de fer ou d’aluminium et matière organique - acide fulviques et humiques) ; III modéliser et prédire les courbes de solubilité des éléments décrites lors des tests normalisés issus de l’étape (i) par l’intermédiaire du jeu de paramètres d’entrée défini dans l’étape II. Les tests de lixiviation et la réalisation de modèles sont des approches complémentaires, indispensables pour appréhender et préciser les mécanismes contrôlant la mobilité et la rétention des éléments. Les modélisations des tests de lixiviation dynamique en colonne sont très sensibles aux variations des paramètres d’entrée, c’est pourquoi les modèles pour les éléments majeurs doivent être le plus adéquats possible. En général, les prédictions pour Al, Ca, Cl, Fe, H2CO3, Mg, Si, SO4, Cu, Cr, MoO4 2- , Pb et Zn ont été proches des données expérimentales, ce qui a indiqué que les processus majoritaires contrôlant la solubilité des éléments ont été pris en compte. Par contre, les prédictions pour Ni et As n’ont pas été satisfaisantes, montrant que certains processus de rétention restent encore inconnus et qu’ils ne sont pas pris en compte par la base de données MINETEQ2A. Pour mieux décrire le comportement d'As, il semblerait intéressant d’intégrer, dans le module NiCA-Donan, la complexation potentielle d'As par la MON. / The long-term management of contaminated dredged sediments raises the problem of the fate of the potentially toxic element contained in these matrixes. The physico-chemical parameters influence the speciation and distribution of contaminants between organic or inorganic bearing phases, and the terrestrial management of sediment induces the modification of factors such as oxydation, wetting / drying cycles or bacterial activity that will influence the physico-chemical parameters and thus the contaminant speciation. In order to identify the main mechanisms responsible for the mobility ofpotentially toxic elements and to estimate the environmental acceptability of dredged sediment in valuation scenario (as hill landscape, road fill or undercoat), the study was organized following three main steps I characterizing the sediment (particle size, mineralogy, moisture content, solid phase and pore water composition) and evaluating factors (pH, L / S, temperature ...) that control the leaching of elements, according to standardized procedures, II developing a set of input parameters for the geochemical code ORCHESTRA according to standardized procedures (quantification of the most reactive carrier phases : clays, carbonates, oxyhydroxides of iron or aluminum and organic matter - fulvic and humic acid) III modeling and predicting the solubility curves of the elements described in the standardized tests from step (i) using the set of input parameters defined in step (ii). Leaching tests and implementation models are complementary approaches that are necessary to understand the mechanisms controlling the mobility and retention of elements. Modeling of column dynamic leaching tests is very sensitive to changes in input parameters, so the model for the major elements should be as adequate as possible. The obtained predictions for Al, Ca, Cl, Fe, H2CO3, Mg, Si, SO4 2-, Cu, Cr, MoO4 2-, Pb and Zn were close to the experimental data, which indicates that the main processes controlling the solubility of elements were taken into account. The predictions for Ni and As, however, were not satisfactory, showing that some retention processes are still unknown or were not taken into account by the database MINETEQ2A. A better description of As behavior would require to include inAs complexation by the MON in the module Nica-Donan.

Muddringsprojekt är en global företeelse och görs av flera olika anledningar, till exempel för miljömässiga aspekter och för breddning av farleder. För att få en hållbar utveckling är det viktigt att finna bra lösningar på frågan hur förorenade sediment skall hanteras . I Mälaren kommer olika muddringsprojekt att genomföras för att bredda farleden från slussen i Södertälje till hamnarna i Köping och Västerås. Muddringsprojekten skall genomföras av Sjöfartsverket, Köpings kommun och Västerås stad. En metod för att omhänderta muddermassorna är att stabilisera/solidifiera dem genom att blanda i ett bindemedel bestående av en blandning av cement, masugnsslagg och aktivt kol och låta dem härda. Detta görs för att förbättra materialets geotekniska egenskaper samt för att immobilisera föroreningar. Syftet med detta examensarbete var att undersöka om det går att använda krossade stabiliserade/solidifierade muddermassor ovan vattenytan till exempel i vägkonstruktioner alternativt som fyllnadsmaterial. Möjligheten för användandet av de stabiliserade/solidifierade materialet utvärderades genom att materialets geotekniska och miljömässiga egenskaper undersöktes. Den miljöpåverkan som de stabiliserade/solidifierade materialet skulle kunna ha på den omgivning där de används har undersökts genom analyser av totala föroreningshalter samtkoncentrationer vid lakning. Detta gjordes dels genom egna skakförsök och dels genom utvärdering av resultat från undersökningar som Statens geotekniska instituts (SGI)miljölaboratorium gjort. När det gäller materialets geotekniska egenskaper utvärderades resultat från undersökningar genomförda av SGIs geotekniska laboratorium. Stabiliseringen/solidifiering gjorde att de undersökta metallerna som förekommer som katjoner immobiliserades, vilket ledde till att lakningen minskade. Däremot fungerade imobiliseringen inte för anjoner; om det skulle ha förekommit höga halter av toxiska anjoner som till exemple arsenik, vanadin och molybden skulle dessa ha lakats ut. Ur ett miljömässigt perspektiv skulle det gå bra att använda det undersökta materialet då koncentrationen i lakvätskan låg under de båda gränsvärden som används; gränsvärden för inert avfall och gränsvärden för mindre än ringa risk vid användning av avfall för anläggningsändamål. När det gäller hållfasthet uppfyllde materialet efter 28 dagars härdning inte kraven som ställs för användning i vägkonstruktion. Däremot hade materialets geotekniska egenskaper förbättrats jämfört med de obehandlade sedimenten. / Dredging is a global phenomenon carried out for several different reasons, e.g. environmental remediation and expansion of shipping lanes. A sustainable solution to the problem of how contaminated sediment should be handled is thus important to achieve a more sustainable development. Several dredging projects will be implemented in the lake Mälaren to widen the shipping lane from the lock in Södertälje to the ports of Köping and Västerås. The dredging will be carried out as a joint effort by the Swedish Maritime Administration, the City of Västerås and Köping municipality. One method used for treating dredged sediments is stabilization/solidification. This is carried out to improve the geotechnical properties of the material and to immobilize contaminants. The method works as follows: Sediments are dragged form the lake, mixed with a binding agent consisting of cement, granulated blastfurnace slag and active carbon and then left to harden. The objective of this master thesis was to investigate the feasibility of using the stabilized/solidified material on land above the water surface. Examples of applications for the crushed material are in road construction or as fillers for vegetation surfaces. The stabilized/solidified material was evaluated with respect to environmental factors and geotechnical properties to determine if it was appropriate to use for these applications. To investigate the potential impact of the stabilized/solidified material on the surrounding environment, analysis of total contamination content and leaching tests were evaluated. In this thesis, batch-leaching tests for metals were performed as well as evaluation of lab results from surveys conducted in the environmental laboratory at the Swedish Geotechnical Institute. The geotechnical properties of the material were evaluated based on results from experimentsconducted by the geotechnical laboratory at the Swedish Geotechnical Institute. The results from the treatment with stabilization/solidification showed that most of the studied metals were immobilized, and the leaching of these metals decreased. From an environmental perspective it would be feasible to use the material, as the results of the leaching test were below the limit values used in the assessment; limits for inert waste and limits for less than small risk (‘mindre än ringa risk’) in use of waste for construction purposes. In terms of the geotechnical features, after 28 days of hardening the material did not meet the requirements for use in road construction. However, the material's geotechnical properties such as strength had improved compared to the untreated sediments.

Ce travail de thèse a porté sur l’étude des méthodes de traitement des sédiments de dragage en vue de leur remédiation et leur valorisation : la méthode électrocinétique et la méthode solidification/stabilisation. Deux dispositifs expérimentaux (à deux échelles différentes) ont été développés et une série d’essais électrocinétiques ont été effectués sous différentes conditions (valeurs du potentiel électrique, système ouvert/fermé, solutions d’électrolyte : EDTA, EDDS, NTA et Acide citrique). Chaque chélatant fournit une efficacité d’extraction sur un métal donné. Les résultats obtenus montrent que le contrôle de pH à la cathode par l’acide citrique et l’ajout d’un tensio-actif (Tween 20) peuvent augmenter l’effet de remédiation des métaux. Par ailleurs, lorsque le système est fermé, l’efficacité d’électroremédiation est plus élevée. Les abattements obtenus pour les métaux dans la matrice des sédiments sous des conditions optimales peuvent atteindre 60 %. Pour ce qui est de la solidification/stabilisation, plusieurs formulations (de chaux, de ciment et de fumée de silice) associées au sédiment ont été testées dans le but de reconstituer un matériau résistant et durable dans l’objectif de son utilisation dans les remblais routiers. Les éprouvettes de sédiment traitées ont été soumises à des conditions sévères de température et d’humidité. Des essais de lixiviation ont été effectués sur le matériau obtenu afin de déterminer la capacité des formulations à stabiliser les éléments polluants contenus dans le sédiment. Les résultats obtenus avec 12 différentes formulations ont montré que la résistance requise est obtenue avec des proportions raisonnables d’ajouts, tandis que l’exigence de durabilité nécessite une plus grande proportion de chaux. / This thesis research is devoted to investigate the treatment methods of dredged sediments in order their restoration and valorisation: electroremediation and solidification/stabilization. Two experimental set-up (at two different scales) have been designed and a series of tests were performed under different conditions (electric potential values, opened/closed system, electrolyte solutions: EDTA, EDDS, NTA and Citric Acid). Each chelating agent provides an extraction efficiency for a given metal. The obtained results show that the pH control at the cathode by citric acid and its combinations with a surfactant (Tween 20) can increase the metal removal effect. Moreover, under closed system condition, metal removal efficiency became stronger. The obtained metal removals values within the matrix of sediment under optimal conditions can reach 60%. As regard to the solidification/stabilization, serval formulations (of lime, cement and silica fume) associated to the sediment were tested in order to create a resistant and sustainable material forwarding to be used as a road embankments. The specimens of treated sediment were submitted to severe conditions of temperature and wettability. Leaching tests were carried out on the obtained material in order to assess a capability of used formulations to stabilize pollutant elements contained in the sediment. The obtained results from 12 different formulations showed that the required resistance is obtained with the reasonable proportions of binders, while the sustainability requirement need higher lime content in the formulation.

The Vůznice Reservoir is located in the Protected Landscape Area Křivoklátsko. The thesis took advantage of the special possibilities to sample bottom sediment from the drained reservoir's space. The Vůznice Reservoir is discharged only exceptionally. Concentrations of heavy metals were evaluated in the sediments' samples. Given values were compared with pollution limits under current legislation of the Czech Republic for possible application of sediments on agricultural land resources. In addition, the values were compared with the U.S. EPA limits, particularly with PEC and TEC. Selected heavy metals meet the required limits of Decree No. 257/2009 Coll. placed on the sediment. Key words: toxic metals, Vuznice, bottom sediment, application of dredged sediments on land

Une réutilisation des sédiments issus du dragage en tant que matière première dans la fabrication d’un béton directement sur le site du dragage est une voie de valorisation économique et écologique. La présente étude a pour but de valoriser la partie fine des sédiments qui ne trouve pas de solutions de valorisation efficaces. En effet la structure en feuillet de l’argile la rend sensible aux conditions hydriques et lui confère une importante capacité de rétention des polluants. Afin d’optimiser les volumes à valoriser, le béton est envisagé en substitution totale des granulats par la fraction fine des sédiments. Les résultats apportés par la littérature tendent à privilégier une application en remblai tels que le remplissage entre deux rideaux de palplanches, un remblaiement géotechnique ou de carrières. Un procédé d’incorporation d’une mousse à base de protéine animale lors de la fabrication du béton est utilisé dans le cadre de cette étude pour alléger le matériau (densité comprise entre 1,1 et 1,3). Ce type de matériau fait donc partie de la catégorie des bétons légers de mousse plus communément appelée LWFC (LightWeight Foamed Concrete). Dans cette étude le matériau est désigné par le sigle BAMS (Béton Allégé par l’incorporation d’une Mousse et à base de Sédiments). L’étude a été réalisée sur un sol modèle constitué de 80% de bentonite et de 20% de sable correcteur de diamètre 0,125mm. La méthode de formulation est basée sur la limite de liquidité du sol afin de prendre en compte l’absorption de l’eau. La caractérisation du BAMS se scinde en trois parties ; La première partie correspond à la caractérisation à l’état frais du BAMS. Elle met en exergue une optimisation de l’abaissement de la densité à partir d’une certaine quantité d’eau apportée par rapport à la limite de liquidité du sol. L’allégement du matériau par l’incorporation d’une mousse modifie les propriétés du matériau à l’état frais ; elle améliore la fluidité et retarde la prise du ciment. La deuxième partie correspond à la caractérisation mécanique du BAMS ; l’eau apportée pour optimiser l’allégement du matériau impacte la résistance mécanique qui est jugée acceptable à partir de 0,5MPa. Celle-ci peut être améliorée en augmentant la quantité de ciment qui doit cependant rester faible pour rentabiliser la voie de valorisation. Il y a donc un compromis inévitable entre résistance mécanique et densité. Les combinaisons (densité ; résistance mécanique) possibles et les paramètres de formulations permettant de les atteindre ont été étudiés. Des essais non-destructifs sont effectués afin de contrôler la résistance mécanique in situ. L‘étude du retrait linéaire indique une variation dimensionnelle importante du BAMS de l’ordre du cm/m qui peut être divisé par 100 avec une cure humide. La troisième partie correspond à la durabilité par l’étude des propriétés de transfert du BAMS dont les résultats mettent en avant une accessibilité partielle du réseau poreux crée par la mousse incorporée.Le relargage des polluants dans les sédiments est évalué par un essai de lixiviation effectué sur un sol modèle pollué artificiellement (cas non-immergeable). Cet essai permet de valider l’efficacité de leur inertage par le traitement au ciment et l’utilisation du matériau sans impact environnemental selon le critère PH14. / A re-use of dredged sediments as raw material in the process of making of concrete directly onthe site of the dredging is an interesting valorization as regards economy and environment.The present study aims at valuing the thin particles of sediments because they create aproblem in the valorization of dredged sediments. Indeed, the layer structure of the claymakes it prone to react to humidity conditions and confers it an important capacity to retainpolluting agents. To optimize the valued volumes, a total substitution of aggregates in theconcrete by the thin particles of sediments is envisaged. The results from the literature tend tofavor an application in embankment such as the filling between two sheet pile walls, a geotechnical embankment, a quarry embankment. An incorporation of an air-foam made ofanimal protein during the making of the concrete is used to reduce the density of the material(density between 1.1 and 1.3). This material is classified in the category of lightweight foam concrete called by the English abbreviation LWFC (LightWeight Foamed Concrete). In thisstudy the material is named BAMS acronym for “Béton Allégé par l’incorporation d’uneMousse et à base de Sédiments”. The study was realized with a model soil composed of 80%of bentonite clay and 20% of calibrated sand (diameter 0.125mm). The mix design method isbased on the liquidity limit of the soil considering its swelling. The characterization of theBAMS is split into three parts. The first part corresponds to the characterization of the freshstate of the BAMS. It highlights the optimization of the reduction of the density from aquantity of added water with regard to the liquidity limit of the soil. The incorporation of airfoam modifies the characteristics of the fresh state of the material. It improves the workability and delays the setting of cement. The second part corresponds to the mechanical characterization of the BAMS. The added water which optimizes the reduction of the density impacts the mechanical resistance which has to be over 0.5MPa. There is thus an inevitablecompromise between mechanical resistance and density. The possible combinations and themix design to get them have been studied. Non-destructive tests are done to simply check the mechanical performances on construction site. The study of the linear shrinkage highlights an important variation of the dimension of the BAMS. This can be limited by a wet cure. The third part corresponds to the durability by the study of the transfer properties of the BAMS.The results highlight a limited accessibility of the porous network. The release of polluting agents in sediments is estimated by a lixiviation test realized on BAMS made with a model soilartificially polluted (non immersible case). From the results we can conclude on the efficiency of the inerting of polluting agents by the cement treatment and therefore the use of the material is allowed without having an impact on environment (PH14).

Chaque année, 65 millions de m3 de sédiments sont extraits par dragage des ports, des canaux, des rivières et des fleuves français. Ces matériaux sont souvent contaminés par des métaux lourds, pesticides et autres polluants organiques accumulés au cours du temps, et doivent être stockés à terre. La valorisation des sédiments contaminés est encadrée par des guides techniques et par la réglementation en vigueur. Ces guides proposent une méthodologie d’évaluation et des valeurs seuils protectrices pour la santé humaine et l’environnement, utilisant les teneurs totales en composé organique hydrophobe (COH). Ce travail évalue le comportement environnemental à long terme de sédiments contaminés et précise quels sont les paramètres et les mécanismes contrôlant la mobilité des polluants organiques, afin de passer dans les études du danger au risque. 5 sédiments de natures différentes ont été suivis au laboratoire pendant 18 mois, et diverses méthodes de mesure des fractions solides, colloïdales et dissoutes ont été pratiquées. La matière organique des sédiments est hétérogène et possède une multitude de sites de sorption. La présence d’origine exogène de suie et de matières organiques condensées (Black Carbon) et d’hydrocarbures est responsable de la forte rétention des COH dans le sédiment (coefficients de partage Kd élevés et cinétiques de désorption très lentes).Une modélisation à partir des coefficients de partage, même avec des estimations très fines, peut largement sous-évaluer le risque environnemental (facteur 1000) car la mobilité des COH au travers des colloïdes ou macromolécules dissoutes n’est pas prise en compte dans les modèles d’émission et de transport classiques. / Each year, 65 million m3 of sediment are removed by dredging of harbors, canals, rivers and French rivers. These materials are often contaminated with heavy metals, pesticides and other organic pollutants accumulated over time, and should be stored ashore. The re-use of contaminated sediments under various scenarii is supervised by technical guidelines and regulations. These guides offer an evaluation methodology and thresholds for protecting human health and the environment, using the total solid concentrations of hydrophobic organic compound (HOC). This work evaluates the long-term environmental behavior of contaminated sediments and precisely what are the parameters and mechanisms controlling the mobility of organic pollutants, to assess risk rather than hazard. 5 sediments were monitored in the laboratory for 18 months, and various methods of measuring solid, colloidal and dissolved fractions were performed. The organic matter in sediments is heterogeneous and has a multitude of sorption sites. The presence of exogenous origin of soot and condensed organic matter (Black Carbon) and hydrocarbons is responsible for the high retention of HOC in the sediment (high partition coefficients Kd and very slow desorption kinetics). Classical modeling of the dissolved phase by partition coefficients, even refined, may significantly under-estimate the environmental risk (factor up to 1000) because the mobility of COH through colloids or dissolved macromolecules is not taken into account in the conventional transmission and transport models.