Chaque année, prés de 50 millions de m3 de sédiments sont extraits des ports et des cours d'eau français. Dans le Nord-Pas de Calais, région ayant connu un important essor industriel au XXe siècle, une proportion importante des boues draguées présente des teneurs en métaux lourds et/ou en matière organique élevées. Les filières d'élimination classiques telles que l'épandage ou le stockage n'étant pas ou peu adaptées aux matériaux fortement pollués, des procédés de traitement ont été mis au point. Une fois traités, il est possible d'envisager la valorisation des sédiments dans les matériaux du Génie Civil.<br /><br />L'objet de ce travail de thèse concerne la valorisation de sédiments fluviaux, pollués et traités par le procédé Novosol®, développé par la société Solvay, dans le domaine de la construction routière. Une première étape de caractérisation physico-chimique et géotechnique des sédiments traités Novosol® (STN) a établi la faisabilité de leur valorisation en couche de forme. Il a également été mis en évidence qu'ils présentaient une réactivité hydrique et pouzzolanique. L'influence de la nature du liant sur le traitement des STN a ensuite été abordée. D'après les résultats des essais mis en œuvre (aptitude au traitement, gonflement, portance, résistance en compression et en traction Brésilienne), 2 des 5 liants testés se distinguent particulièrement et présentent un niveau de performance de classe 3 selon le Guide du Traitement des Sols. Il s'agit du Roc Sol et la chaux vive.<br /><br />Enfin, une étude complémentaire a montré qu'il était également possible de valoriser les STN en remblais autocompactant. Cependant, cette voie nécessiterait d'être approfondie.

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.

L'objectif de la thèse est de traiter des sédiments marins et des sols fins équivalents (fines de carrière) considérés comme des déchets, par un procédé de solidification/stabilisation et de les valoriser en matériau pour des sous couches routières. Ces traitements ont donné lieu à des mélanges composites sédiments-liants et/ou ajouts de cendres volantes, de fumée de silice, de produits chimiques réactifs et de fibres suivis d'une analyse comportementale des performances mécaniques et de durabilité. Après avoir sélectionné un panel représentatif de sédiments marins et une fine de carrière, une phase de caractérisation a été entreprise sur les paramètres déterminants en vue de traiter ces sédiments. Elle repose sur l'étude des propriétés physiques (répartition des grains, limites d'Atterberg) et chimiques (la teneur en matière organique et en carbonates). Les différentes caractéristiques, dosages et paramètres dimensionnels des constituants (ciment, chaux, cendre volante, fumée de silice, sables correcteur, produit chimique réactif et fibres naturelle et géosynthétiques) des mélanges sont déterminés. Le programme expérimental complet est présenté, il intéresse les sédiments marins à stabiliser ou solidifier. Les essais mécaniques de résistance et de durabilité (compression simple, traction indirecte, mouillage-séchage) ont été effectués sur échantillons cylindriques. L'analyse et l'interprétation des résultats ont permis de mieux cerner les différents facteurs influant sur la résistance à la compression et à la traction indirecte des mélanges traités avec des additions de liants hydrauliques et de liant pouzzolanique, puis avec des ajouts spécifiques de fumée de silice, de sable correcteur et de produits chimiques réactifs. Une phase innovante a porté sur l'utilisation de fibres déchets dans les mélanges. Ces fibres naturelle (lin) et artificielles (géosynthétiques) ont été proposées pour améliorer le comportement mécanique des mélanges de sédiments marins et/ou fine de carrière. En conclusion, pour les dosages économiques retenus et les mélanges étudiés, une application en sous couche routière est possible (classes S1à S5). La teneur en matière organique des sédiments marins a une forte influence sur l'efficacité des traitements des sédiments marins aux liants. Les renforts fibreux sont tout à fait prometteurs et l'idée de covaloriser deux déchets constitue une avancée dans la gestion durable et la valorisation des sédiments.