Résumé: La valorisation des sédiments marins non-immergeable du Grand Port Maritime de Dunkerque comme un nouveau granulat présente une solution alternative dans le domaine de génie civil pour une meilleure gestion. Les travaux de cette thèse se focalisent sur l’étude de valorisation de sédiment marin en technique routière (étude en laboratoire et in situ) et l’étude de durabilité de blocs béton à base de sédiment marins destinés à la protection des ouvrages portuaires. La première partie de la thèse fait l’objet de la valorisation des sédiments marins en technique routière. Cette partie est devisée en trois étapes : La première étape a été consacrée à une caractérisation physique, minéralogique et mécanique des sédiments dragués du GPMD afin de mieux connaître le comportement général des sédiments. La deuxième étape présente la méthodologie de valorisation des sédiments par la mise au point d’une formulation en laboratoire. Une étude du comportement mécanique et environnementale a été réalisée afin d’évaluer la durabilité du matériau. La dernière étape concerne la réalisation d’un ouvrage routier à l’échelle 1 à base de sédiment à Dunkerque. La phase de suivi in situ de l’aspect mécanique et environnemental de l’ouvrage est également traitée. La deuxième partie de la thèse fait l’objet d’une étude de durabilité de deux blocs en béton à base de sédiment marin. Cette partie est divisée en trois étapes. La première étape est consacrée à une caractérisation non destructive et destructive des deux bétons contenant 12,5% et 20% de sédiment associé à une caractérisation microstructurale. La concerne l’une étude de durabilité de ces bétons face au attaque sulfatique externe ; soumission aux cycles gel/dégel et à la réaction alcali-granulats afin d’évaluer l’effet de l’incorporation des sédiments dans les bétons et le comportement de ces derniers. Enfin, la troisième étape traite du volet impact environnemental par des essais de lixiviation sur les deux types de bétons. L’étude de durabilité des bétons à base de sédiment présentée dans cette partie peut servir de base à des futurs travaux visant à mieux comprendre l’impact d’incorporation de sédiment dans le béton (taux d’incorporation, porosité....) sur la résistance mécanique, ainsi que sur les mécanismes de dégradation. Ce travail a été réalisé en collaboration entre Mines de Douai et l’Université de Sherbrooke (Canada) avec le soutien Grand Port Maritime de Dunkerque et de la Région. Mots-clés : Sédiments marins, valorisation, technique routière, performance mécanique, évaluation environnementale, durabilité du béton à base de sédiment, contrôles destructifs et non destructifs||Abstract: The valorization of non-submersible marine sediments of the Grand Port Maritime de Dunkerque GPMD as a new aggregate presents alternative solutions in the field of civil engineering for a better management. The work of this thesis focus on the valorization study of marine sediment in road engineering (laboratory and in situ) and the study of the durability of concrete blocks made with marine sediment for the protection of harbour structures. The first part of valorization non-submeresible sediments in road engineering is divided into three steps: The first step was devoted to the physical, mechanical and mineralogical characteristics of these materials, as well as their chemical composition and environmental effects, in an attempt to characterize their behavior and their potential as material in road engineering. The second step presents an experimental methodology for the development of a road foundation made from dredged fine sediment, dredged sand, lime and hydraulic binder. The last step describes the construction of an experimental road and analyses the mechanical properties of cores drilled from the road and the results of deflection tests. An environmental assessment, based on leaching tests, was also performed. The second part of the thesis focuses on a durability study of two concrete blocks with two different percentages of sediment. This part is divided into three steps: In the first step, mechanical, physical and chemical characteristics of two types of concrete containing 12,5% and 20% of dredged marine sediments are presented and discussed. In the second step, we have examined the durability of these types of concrete with regards to alkali-aggregate reaction, sulphate attack and frezing and thawing cycles. The results of this study will serve in order to better understand the impact of the incorporation of sediments into the concrete (percentage of incorporation, porosity...) and the effect on the mechanical resistance and the degradation mechanisms. This study is the framework of collaborative research work between Mines de Douai and the University of Sherbrooke (Canada) with the support GPMD and the Region. Keywords: Dredged sédiments, Valorisation, environmental assessment, expérimental road construction, mechanical performance, durability of concrète made from marine sediment, destructive and non destructive testing

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).

Les routes sont le moyen de transport le plus utilisé dans le monde et le développement d'un pays est souvent mesuré en termes de kilométrage total des routes revêtues. Les chaussées sont essentielles à notre réseau social et l’enrobé bitumineux est le matériau le plus utilisé pour leur fabrication. À l'heure actuelle, le réseau routier européen n’est plus en forte croissance et nécessite surtout un entretien. Dans un contexte de développement durable de plus en plus exigeant,la route pourrait donc représenter sa propre source d’approvisionnement en tirant parti du recyclage. Elle doit aussi limiter les quantités d’énergies et de ressources naturelles nécessaires à sa propre maintenance.La combinaison des techniques d’enrobés tièdes (WMA) et de taux de recyclage élevés d’agrégats d’enrobés (RAP) apparaît comme une solution permettant d’économiser à la fois l’énergie et les ressources naturelles. Mais sa durabilité doit être éprouvée. Un programme expérimental a donc été mis en place pour montrer l'évolution des performances de ces enrobés bitumineux avec le temps, mettant en évidence la notion de vieillissement essentiellement lié à la fraction bitumineuse. A l'échelle du bitume, l'évaluation à long terme est effectuée notamment en appliquant la δ-méthode et en comparant avec les mesures de masses moléculaires par GPC à la fois sur des échantillons modèles à teneur en asphaltènes controllée et sur des échantillons de laboratoire. A l’échelle de l’enrobé bitumineux, une étude comparative a été réalisée entre un enrobé à chaud traditionnel et des WMAs incluant 0% ou 50% de RAP soumis à une procédure de vieillissement en laboratoire. Les performances à long terme des mélanges sont comparées au moyen d’essais de module complexe et de fatigue.Les résultats montrent une relation entre l’évolution de la structure des bitumes par vieillissement et les performances mécaniques. Le vieillissement à court terme au moment de la fabrication est beaucoup moins marqué pour les procédés tièdes. Après vieillissement à long terme, les tendances générales sont similaires pour tous les procédés. / Roads are the most widely used mode of transportation in the world, and a country’s development is often measured in terms of its total paved roads mile age. Pavements are an essential part of our social network and asphalt concrete is the main material used for manufacturing them. Currently, the European road network is not much growing anymore and mostly needs only maintenance. In a context of increasing demand of performance and durability of asphalt mixtures, a sustainable, durable and economical conceptionis required. Indeed it could be oriented towards a self sufficient road providing its own raw materials through recycling while limiting the use of energy and other natural resources for its maintenance.The combination of warm mix asphalts (WMA) technologies and high rates of reclaimed asphalt pavements (RAP)appears as a solution to achieve both energy and natural resources savings. But it is still ambiguous in terms of durability. Therefore, an experimental program is set up to show the evolution of the performances of such asphalt concretes with time, highlighting the notion of ageing mostly related to the bituminous fraction. At the bitumen scale, the long term assessment is carried out in particular by applying the δ-method compare with GPC measurements both on model samples with controlled asphaltene content and laboratory aged ones. At the asphalt mixture scale, a comparison studyis carried out between a reference HMA and WMAs with 0%- 50% of RAP submitted to a laboratory ageing procedure. The long term performances of the mixtures are compared by means of complex modulus and fatigue testing. Results show a relation between the evolution of the structure of the bitumen with ageing and the mechanical performances. Short term ageing is less important for warm processes. After ageing, the overall tendencies are similar for all processes.

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