Les travaux présentés dans le cadre de cette thèse portent sur la contribution à l’étude des processus électrocinétiques appliqués aux sédiments de dragage. Deux aspects ont été étudiés ; le premier est dédié à la phase de prétraitement et développe le processus d’électrodéshydratation, tandis que le second aspect traite de l’électroremédiation. L’électrodéshydratation des sédiments de dragage par la technique électrocinétique apparait comme une technique prometteuse. Dans ce cadre, des essais ont été réalisés sous différentes conditions dans le but de fournir une compréhension générale du comportement des sédiments soumis à un champ électrique seul ou combiné avec une contrainte mécanique, et d’évaluer la performance de déshydratation du sédiment, avec un accent particulier sur la détermination des paramètres physico-chimiques. Ensuite, des études sont menées afin d’évaluer l’efficacité du procédé électrocinétique sur la décontamination d’un sédiment de dragage, en utilisant des additifs aux propriétés chimiques bien définies. Afin de cibler les deux types de contaminants organiques (HAP) et inorganiques (métaux lourds), il s’est avéré intéressant de combiner les avantages de plusieurs types d’additifs. En combinant un acide avec un tensioactif, on arrive à améliorer ainsi l’efficacité du procédé d’électroremédiation. La considération énergétique du processus permet de réduire le coût par le biais de deux paramètres ; la dépense énergétique avec le traitement périodique et la concentration de l’additif. Les résultats ont montré que cette technique allie les avantages de compétitivité vis-à-vis des autres méthodes et d’efficacité de cibler les deux types de polluants. / The works presented in this thesis focuse on the contribution to the study of electrokinetic processes applied to the dredged sediments. Two aspects have been studied ; the first one deals with the preprocessing phase and develops the dewatering process, while the second aspect is devoted toe electroremediation. Dewatering dredged sediments by electrokinetics appears as a promising technique. In this framework, tests were performed under various conditions to provide a general understanding of the behaviour of the sediment subjected to a single electric field or combined with a mechanical stresses, and also to assess the performance of the dehydratation with particular emphasis on the determination of physicochemical parameters. Subsequently, studies were conducted to assess the potential of the Electrokinetic process on a dredged-contaminated sediment using additives with well-defined chemical properties. In order to target the two types of organic and inorganic contaminants, it was interesting to combine the advantages of several types of additives. For example, combining an acid with a surfactant can improve the electroremediation process. The improvement of this process can also be carried regarding to the economic aspect through two parameters; energy consumption with the periodic voltage treatment and the concentration of the additive. Therefore this electroremediation technique combines the advantage of being more competitive and efficient for several elements (organic and inorganic) present in the solid matrix.

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.

Les travaux de cette thèse sont consacrés principalement à l'optimisation d'une méthode de remédiation électrocinétique (EK) comme une technologie appropriée pour le traitement de sédiments de dragage de faible perméabilité hydraulique et multi-contaminés (en éléments traces (ET), hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et polychlorobiphényles (PCB)). Cette étude porte également sur l’effet du traitement EK sur l’évolution de la toxicité des sédiments. Après une revue bibliographique, une seconde partie a été dédiée aux méthodes d’analyse des contaminants, avec un focus sur leur extraction de la matrice sédimentaire ; ainsi, une nouvelle méthode d’extraction par dispersion de la matrice solide (MSPD) a été développée, pour une extraction rapide et simultanée des HAP et de PCB et une purification de l’échantillon, qui s’est avérée plus efficace que la méthode d’extraction assistée par micro-ondes (MAE). Plusieurs études expérimentales (à différentes échelles) de remédiation électrocinétique ont été décrites dans une troisième partie ; ces études ont été menées sur un sédiment reconstitué ou des sédiments de dragage portuaire. De nombreuses combinaisons de tensioactifs et d’agents chélatants ont été testées comme agents d’amélioration pour abaisser simultanément la concentration en métaux (Cd, Cr, Cu, Pb, Zn) et des HAP/PCB. Le choix a été effectué en raison notamment de leur faible toxicité potentielle, en vue de pouvoir les appliquer ultérieurement pour une restauration sur site : (bio)surfactants (Rhamnolipides, Saponine et Tween 20) combinés avec des agents chélatants (acide citrique (CA) et EDDS). Les résultats obtenus montrent que les métaux (à l'exception de Cr) sont difficiles à extraire de ces sédiments de dragage portuaire à caractère réducteur, qui présentent une capacité tampon élevée, une perméabilité hydraulique très faible et une teneur en matière organique élevée. En revanche, les HAP et les PCB fournissent de meilleurs taux d'abattement (29,2% et 50,2%, respectivement). Dans une quatrième partie, l'efficacité du procédé EK a également été évaluée à travers l’évolution de la toxicité aiguë des sédiments traités sur les copépodes E. affinis exposés aux élutriats de sédiments. Les résultats ont montré que l'utilisation de CA,des biosurfactants et du Tween 20 n'a pas eu d'impact significatif sur la toxicité des sédiments traités. Cependant, les copépodes E. affinis étaient sensibles aux faibles valeurs de pH et aux conditions très oxydantes, ainsi qu’à la présence de Cu et, dans une moindre mesure, de Pb, à condition toutefois qu’ils soient rendus plus mobiles et biodisponibles. En revanche, la toxicité a été peu et même négativement corrélée aux concentrations des HAP et des PCB après le traitement EK, probablement en raison de la production de métabolites oxydés des HAP et des PCB, plus toxiques que les composés natifs. / This thesis research is mainly devoted to the optimization of an electrokinetic (EK) remediation process as a promising technology for treating multi-contaminated (trace metals, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and polychlorobiphenyles (PCBs)) dredged harbor sediments of low permeability. This study is also investigating the effect of the EK treatment on the evolution of sediment toxicity. After a bibliographic review, asecond part of this study was dedicated to the analytical methods carried out for the characterization of the sediment and its contaminants, particularly to their extraction from the sediment matrix; thus a new extraction method, through matrix solid phase dispersion (MSPD) was developed, for a fast and simultaneous extraction of both PAHs and PCBs, and a sample purification.MSPD appeared more efficient than the microwave assisted extraction (MAE) method. Thereafter many EK experiments (at different scales) were described in a third part. EK remediation tests were performed using a spiked model sediment or natural harbor dredged sediments. Many combinations of surfactants and chelators were tested as EK enhancing agents for decreasing simultaneously metal (Cd, Cr, Cu, Pb, Zn) and PAH/PCB levels. Their choice was done because of their possible low toxicity with a view to use them for future site restoration: (bio)surfactants (rhamnolipids, saponin and Tween 20) combined with chelators (citric acid (CA) and EDDS). The results showed that metals (except Cr) were difficult to remove from this kind of dredged sediment owing to its reductive character, to its high buffering capacity, to its very low hydraulic permeability and to its high organic matter content. However PAHs and PCBs showed better removal levels (29.2% and 50.2%, respectively). In a fourth part, the efficiency of the EK process was also assessed by measuring the evolution of the acute toxicity of the treated sediment on E. affinis copepods exposed to sediment elutriates. The results showed that using CA, biosurfactants or Tween 20 as enhancing agents did not significantly impact the toxicity of the treated sediment. However, E. affinis copepods were significantly sensitive to low pH values and oxidative conditions, to Cu, and to a lesser extent to Pb amounts, if they were transformed in more mobile and bioavailable forms. In contrast, acute toxicity was only slightly and even negatively correlated to PAH and PCB amounts after EK treatment, probably due to the production of oxidized metabolites of PAHs and PCBs, more toxic than the parent compounds.