L’objectif de ce travail de thèse porte principalement sur la valorisation des sédiments fluviaux en couche de fondation. La caractérisation de ces sédiments nous a permis de dresser une fiche d’identité détaillée de ces sédiments incluant les propriétés physico-chimiques géotechniques et environnementales. Cette caractérisation s’avère être primordiale avant toute démarche de valorisation pour évaluer le potentiel d’utilisation des sédiments en technique routière. La déshydratation des sédiments est un prétraitement souvent indispensable. Nous avons pour cela optimisé leur déshydratation en utilisant la méthode dite de « lit de séchage ». L’influence de la déshydratation par l’ajout de polymères (adjuvant de floculation) sur les caractéristiques intrinsèques des sédiments a été explorée. Afin d’améliorer les performances mécaniques des sédiments, plusieurs traitements ont été mis aux point et expérimentés tel que les traitements aux liants hydrauliques ou l’ajout de renforts granulaires. Ces différents traitements ont été testés sur des sédiments floculés et non floculés. Pour l’optimisation de la compacité des mélanges sédiments fluviaux-ajouts granulaires (Sable Bolonnais), nous avons utilisé le modèle d’empilement compressible. Sur la base des résultats obtenus, nous avons réalisé une planche expérimentale dont l’objectif est de valider notre approche de valorisation. Un suivi mécanique et environnemental ainsi qu’une analyse des eaux de ruissèlements et de percolation ont été réalisés. Les résultats obtenus en laboratoire et in-situ nous confortent dans la perspective d’une utilisation des sédiments fluviaux en couche de fondation. / The work in this thesis focuses on the valorization of river sediments in sub-base. The characterization of these sediments allowed us to draw up their detailed identity card including physico-chemical geotechnical and environmental properties. This characterization is essential before any approach aiming to evaluate the potential use of the sediments in road engineering. The dehydration of the sediments is an essential pretreatment. Their dehydration has been optimized by using a method known as “bed of drying”. The influence of dehydration on the sediments characteristics by adding polymers (auxiliary of flocculation) was explored. In order to improve the mechanical performances of sediments, several treatments were developed and tested such as hydraulic binders or addition of granular reinforcements. These various treatments were tested on flocculated and non-flocculated sediments. To optimize the compacity of river sediments-additions (Bolonnais Sand) mixtures, we used the Compressible Packing Model. These results lead us to build an experimental board to validate our approach of valorization. A mechanical and environmental follow-up and analysis of percolation and runoff waters were carried out. The results achieved in laboratory and in-situ consolidate us to use rivers sediments in sub-base.

Thèse doct.-ing--Paris VI, 1976. / Bibliogr. p. 69-93. Résumé en diverses langues.

Le traitement des sols aux liants hydrauliques (chaux, ciment...) est un procédé de plus en plus pratiqué par les entreprises du BTP en technique routière. Il améliore les propriétés géotechniques et mécaniques des sols dits " médiocres " in situ. Les guides techniques " Traitement des sols à la chaux et/ou aux liants hydrauliques " (SETRA-LCPC, 2000 et 2007) présentent les méthodologies d'études géotechniques en laboratoire et in situ afin d'atteindre les performances requises. Cependant, l'analyse du retour d'expérience montre un certain nombre de perturbations du traitement. La présente thèse s'intéresse à : - la caractérisation physico-mécanique et physico-chimique de 3 sols types de la région Basse-Normandie avant et après un traitement mixte ; - la détermination de seuils de perturbations de la solidification dues à la présence des anions Cl-, SO42-, NO3-, PO43-dans le sol. Les concentrations seuil sont recherchées tant du point de vue des performances mécaniques que de la stabilité structurelle. A l'échelle microscopique, les perturbations sont étudiées à l'aide des analyses physico-chimiques et microstructurales des sols dopés. Il apparaît que les 4 anions présentent un potentiel de perturbation de la solidification dont l'expression diffère selon le sol, le traitement considéré, la forme chimique de l'anion, sa concentration, les conditions de cure et le type de sollicitation. Si l'introduction dans le sol d'un anion unique ne remet pas en cause une réutilisation du sol traité en techniques routières, les simulations d'interactions des anions révèlent des cas d'inaptitude fortement préjudiciables, dont le contrôle doit être poursuivi.

Le manque de granulats de qualité dans certaines régions françaises tend à devenir un problème majeur pour les entreprises de travaux publics. En effet, avec une consommation annuelle de 200 millions de tonnes de granulats, la route se doit de faire face en imaginant de nouvelles solutions comme la valorisation de certains matériaux.La craie, située entre roche et sol, possède une place particulière dans le monde des travaux publics. En effet, si son usage est relativement bien maîtrisé en vue de la réalisation de remblais ou de couches de forme, il en est tout autrement des couches d'assise de chaussées.Ce type de matériau est usuellement rejeté de la conception des assises de chaussées car il ne s'insère pas dans les guides normatifs utilisés par les professionnels de la route. Les performances mécaniques et la grande sensibilité à l'eau de ce matériau ne lui permettent pas d'entrer dans les spécifications requises par les normes. Cependant, il est tout à fait envisageable que la craie trouve sa place de manière totale ou partielle en assise de chaussée.Ce matériau que l'on trouve en abondance dans certaines régions françaises pauvres en granulats "haut de gamme" (Nord-Pas de Calais, Champagne-Ardenne...), pourrait ainsi palier un certain manque, participer à la préservation de ressources naturelles et économiser frais et pollution générés par un approvisionnement lointain.Ces travaux menés en partenariat entre le Laboratoire de Génie Civil de l'Ecole Centrale de Lille et le Laboratoire Routier Eurovia de Loos ont donc pour but de proposer des pistes d'amélioration des performances mécaniques de la craie en vue de sa valorisation en assise de chaussée routière

Le dragage des sédiments est nécessaire afin de maintenir le transport et les activités maritimes mais les sédiments extraits sont souvent pollués en métaux lourds et en composés organiques. Face à la nécessité du dragage et à la pollution, la société Solvay a mis au point un procédé permettant de traiter les sédiments dragués pour envisager une valorisation : le procédé Novosol®. Ce procédé a pour but de stabiliser les métaux présents dans les sédiments par phosphatation (ajout d’acide phosphorique H3PO4) et de dégrader la matière organique par calcination à 650°C. Un acide phosphorique pur est habituellement utilisé pour l’étape de phosphatation. Cependant, dans la présente étude plusieurs acides phosphoriques de nature et de sources différentes fournis par la société PRAYON ont été utilisés. Les principales caractéristiques de deux sédiments traités avec plusieurs types d’acides phosphoriques sont présentées dans cette thèse. D’un point de vu mécanique les formulations effectuées avec les sédiments traités sont conformes aux normes routières. L’étude environnementale a montré que les quantités de métaux lourds relarguées par les matériaux formulés à partir des sédiments traités sont inférieures aux seuils fixés par la législation en vigueur. Les résultats obtenus avec les différents types d’acides sont similaires. Cela permet d’envisager l’utilisation des sédiments de dragage traité Novosol® en technique routière. / Dredging of sediments is necessary in order to maintain maritime activities and for flood prevention. However increased industrial activities are causing accumulation of pollutants in the sediments. The main contaminants are heavy metals and organic compounds. Because of the cost of storage, treatment and valorization can be economically sound. This study focuses on the technology to treat heavy metals from dredged sediments using phosphoric acid (H3PO4) (the Novosol®process developed by Solvay company) with a goal to stabilize heavy metals by capturing them in a calcium phosphate matrix and to destroy organic matter by calcination at 650°C. Several studies have been conducted in this field. The stabilized materials obtained have been used in civil engineering. However these studies have never assessed the effect of the composition of the phosphoric acid on the treatment. In this thesis dissertations the effect of two types of phosphoric acids with various purities and origins provide by PRAYON company were compared. The investigation focuses on the effect of the phosphoric acids on the environmental behavior of metals and on the geotechnical properties of the dredged sediment. The environmental study has shown that the concentration of heavy metals released by materials made from treated sediments are below the regulation limits . The results obtained with the different types of acids are comparable. This allows to consider the use of treated dredged sediment by process Novosol® as road materials.

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 CO2 atmosphérique, peut également conduire à une mobilisation des polluants à long terme.

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 CO2 atmosphérique, peut également conduire à une mobilisation des polluants à long terme. / The dredging of French ports generates each year between 25 to 40 million tons of uncontaminated materials which are piled onto sea. Moreover, an important stock of contaminated sediments (about 10 million tons), which has to been dredged, exists. Indeed, the decree of June 14th, 2000 prohibits disposal to sea when levels of contamination exceed regulations. This important stock of sediment, which must be imperatively dredged within 10 years, is almost orphan of adapted treatment and valorization. In this context many research program appear to propose and to develop solutions. The SEDiGEST program (Management of the dredging sediments of ports) intends a scenario of filling terrestrial cavities with treated sediments. This Ph.D. thesis, carried out within the framework of this program, contributes to the improvement in understanding the geo-physico-chemical behavior of marine sediment stabilized with hydraulic binders (cement + lime). In this objective, the experimental approach was conducted in three steps. Firstly, a characterization of the solid was realized. An evaluation of the potential mobility of inorganic pollutants have was then determined. Finally, a modeling of the behavior towards leaching was operated. Data shown that target's inorganic pollutants of the matrix of study (copper, lead and zinc) were mainly associated with carbonates, sulfides/sulfates, (oxy)hydroxides, and/or with organic matter. Comparative study of the matrix at three levels “of evolution” (before and after treatment and artificially aged) highlights the reversibility of the stabilization by hydraulic binders. Indeed, treated sediment presents a pollution risk to less or more long term, leaching of copper and lead, during carbonation.

Le manque de granulats de qualité dans certaines régions françaises tend à devenir un problème majeur pour les entreprises de travaux publics. En effet, avec une consommation annuelle de 200 millions de tonnes de granulats, la route se doit de faire face en imaginant de nouvelles solutions comme la valorisation de certains matériaux.La craie, située entre roche et sol, possède une place particulière dans le monde des travaux publics. En effet, si son usage est relativement bien maîtrisé en vue de la réalisation de remblais ou de couches de forme, il en est tout autrement des couches d’assise de chaussées.Ce type de matériau est usuellement rejeté de la conception des assises de chaussées car il ne s’insère pas dans les guides normatifs utilisés par les professionnels de la route. Les performances mécaniques et la grande sensibilité à l’eau de ce matériau ne lui permettent pas d’entrer dans les spécifications requises par les normes. Cependant, il est tout à fait envisageable que la craie trouve sa place de manière totale ou partielle en assise de chaussée.Ce matériau que l’on trouve en abondance dans certaines régions françaises pauvres en granulats "haut de gamme" (Nord-Pas de Calais, Champagne-Ardenne…), pourrait ainsi palier un certain manque, participer à la préservation de ressources naturelles et économiser frais et pollution générés par un approvisionnement lointain.Ces travaux menés en partenariat entre le Laboratoire de Génie Civil de l’Ecole Centrale de Lille et le Laboratoire Routier Eurovia de Loos ont donc pour but de proposer des pistes d’amélioration des performances mécaniques de la craie en vue de sa valorisation en assise de chaussée routière / The lack of high quality aggregates in some French regions seems to become a main issue for road work firms. With an annual consumption of 200 millions tonnes of aggregates, road professionals must square up finding new solutions like the valorisation of some forgotten materials. Between rock and soil, chalk has a particular position in road work. While its use is relatively well managed for the realisation of fills and subgrade courses, the same certainly cannot be said for base courses. This kind of material is usually rejected for the design of road base courses because it is not approved within the current standards used by road professionals. Indeed, the low mechanical performances and the high water sensibility of chalk do not allow this material to be used. However, it seems possible to find some pre-treatments to harden chalk for a use in road base courses.This material is found profusely in some French regions otherwise limited in upscale aggregates (Nord-Pas de Calais, Champagne-Ardenne…). Therefore, valorising chalk may overcome the lack of aggregates, contribute to the preservation of natural resources, save up money and avoid pollution due to distant supplying.The study presented here is conducted in partnership between the Ecole Centrale de Lille Civil Engineering Laboratory and the Eurovia Roadworks Laboratory of Loos. We provide several trails aimed at improving the mechanical properties of chalk for its use in road base courses