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N°57 - Janvier-Février-Mars 2010
1. WASCON (Lyon, juin 2009) : où en est la valorisation des déchets en génie civil ?
2. Synthesis of binders using waste material
Les industries produisent une large quantité de déchets contenant des fractions élevées de silice et de chaux : boues de stations d'épuration, boues de papeterie, boues chaulées, sables de fonderie, etc. La plupart de ces déchets sont actuellement mis en décharge, utilisés en épandage agricole, ou incinérés. Deux raisons principales mènent à proposer des alternatives plus respectueuses de l'environnement par rapport aux usages actuels : la Directive Européenne 1999/CE du 26 avril 1999 pour limiter les effets néfastes de la mise en décharge des déchets, et la diminution progressive de l'épandage due à l'évolution de la règlementation.L'objectif du projet présenté dans cet article est de recycler des déchets contenant de larges quantités de ressources minérales afin de synthétiser des liants hydrauliques à des températures n'excédant pas 1000°C. Le procédé vise à économiser les ressources minérales nobles généralement utilisées dans la production des liants. Le but ultime est de fabriquer des liants hydrauliques en utilisant 100 % de déchets recyclés, pour des applications principalement dans le domaine routier (remblai, sous-couches, graves traitées, etc.). L'énergie requise pour la fabrication des liants est principalement obtenue de combustibles de substitution produits à partir de déchets recyclés.Ce travail a été effectué dans le cadre d'un projet LIFE, LIFE étant l'instrument […]
3. Gas adsorption capacity of Municipal Solid Waste Incineration Bottom Ashes based materials
La présente étude porte sur la détermination des capacités d’adsorption des mâchefers d’incinération d’ordures ménagères (MIOM). Deux échantillons contenant des mâchefers ont été caractérisés vis-à-vis de leur propriétés physico-chimiques et structurales : analyse élémentaire, pH de surface, volume poreux et surface spécifique, observation microscopique couplée spectrométrie X. Les propriétés d’adsorption de ces matériaux vis-à-vis de l’H2S ont été déduites de mesures d’isotherme et cinétique en réacteur batch et leur performance en réacteur continu a été évaluée à partir de courbes de percée réalisées en lit fixe.Les résultats des caractérisations physico-chimique et structurale indiquent que les deux matériaux testés présentent des structures poreuses ainsi que des compositions et chimie de surface très proches et favorables à l’adsorption de gaz acide tel que l’H2S.Les isothermes et cinétiques d’adsorption de l’H2S ont été réalisées pour différentes conditions d’humidité et de température du gaz et pour différentes teneurs en eau des matériaux. Les résultats obtenus montrent l’influence globale de l’eau (humidité de l’air mais surtout teneur en eau de l’échantillon) sur les performances d’adsorption. Ainsi, pour les teneurs en eau élevées, les matériaux présentent des capacités d’adsorption du H2S équivalentes à celles de charbon actif mais pour des temps de contact […]
4. The study of the physico mechanical behaviour of a concrete with limestone sand renforced by synthetic fibers
Laghouat (400 km vers le sud d'Alger) est parmi les villes de l’Algérie qui possèdent des grands gisements de matériaux de nature lithologique calcaire, qui couvrent presque la totalité de la partie sud de l’Atlas Saharien et une partie du Sud Algérien. L’exploitation de ces matériaux dans l’industrie des granulats pour béton et travaux routiers génère des quantités importantes de résidus D<3mm, actuellement mal ou peu exploités et constituent à la fois une gêne environnementale et une perte de matière première. L’importance de gisement que constituent ces déchets de nature souvent calcaire a conduit vers une valorisation susceptible de répondre aux besoins en matériaux de construction et de satisfaire les objectifs de protection de l'environnement. L'accent est mis sur l'utilisation de ces résidus comme composants du béton en substitution du sable siliceux naturel. Ce travail a donc comme premier objectif la valorisation du sable calcaire issu des résidus des stations de concassage pour la mise au point de béton de sable calcaire.Comme les bétons présentent une faible résistance à la traction et à la fissuration, l'idée d'incorporer des fibres dans la matrice cimentaire en vue de pallier ces problèmes est parmi les solutions adoptées par nombreux chercheurs. Dans l'optique de valorisation des déchets en fibres de polypropylène provenant de l'industrie des brosses et balaies ménagères, […]
5. Potential mobilization of inorganic contaminants in a french harbor sediment
Dans le cadre d’un PRogramme de recherche sur les ECOtechnologies et le Développement Durable (PRECODD) financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) et intitulé “SEDiGEST” (GESTion durable des SEDiments de dragages des ports), les travaux présentés dans ce papier concernent plus particulièrement l’évaluation physico-chimique de la mobilisation potentielle des polluants inorganiques présents dans une matrice sédimentaire.Dans cet objectif, une méthodologie, basée sur l’utilisation de tests de lixiviation et complétée par des analyses minéralogiques et texturales, a été développée et appliquée sur un sédiment fin sablo-argileux riche en matière organique (environ 12 %) dragué dans un port français. L’analyse minérale multi-élémentaire a tout d’abord montré que ce sédiment présentait des teneurs importantes, principalement en calcium (109 000 mg.kg-1), fer (32 170 mg.kg-1), et soufre (19 660 mg.kg-1); ainsi qu’en zinc (2 120 mg.kg--1), cuivre (1 730 mg.kg-1), plomb (860 mg.kg-1).Les principaux résultats obtenus permettent ainsi de répondre qualitativement à la question du risque de mobilisation des polluants cibles minéraux (As, Cu, Pb et Zn) présents dans cette matrice. Ce risque de mobilisation lors d’un contact à l’eau est très faible (moins de 0,1 % du contenu total), du fait d’une part, du pH neutre à légèrement basique de la solution de sédiment dans ces conditions dites « naturelles », et du fait […]
6. Use of waste glass in cement-based materials
La demande pour le verre recyclé a chuté considérablement au cours de ces dernières années plus particulièrement pour le verre mixte. Parce qu’entreposer le verre mixte revient moins cher que son recyclage, les conditionneurs exigent, depuis quelques années, des frais pour le recycler. Actuellement, plusieurs centres de tri refusent de payer des frais pour acheminer le verre mixte auprès des conditionneurs et par conséquent, la plupart d’entre eux accumulent ce type de verre.Plusieurs alternatives de réutilisation de verre mixte existent. Une fois conditionné, ce verre peut être utilisé dans la fabrication de la laine de verre, les filtrations municipales et de piscines, l’abrasion au jet …etc.D’après des études faites tous ces débouchés, qui nécessitent un pré-conditionnement, y compris un broyage, sont plus au moins limités et ne parviennent pas à absorber ces quantités de verre récupérées. Afin d’apporter une solution durable à la problématique de verre entreposé, une autre piste potentielle et encourageante, consiste à le valoriser dans les bétons.Une fois utilisé dans le béton et en fonction de sa grosseur, il a été montré que le verre peut conduire à deux types de comportement à conséquences complètements antagonistes : la réaction alcali-silice entraînant des effets néfastes et la réaction pouzzolanique bénéfique pour la structure.Ce travail, traite de l’utilisation des fines et des granulats de verre dans des […]
7. Identification of leaching-controlling process by differential analysis of acid neutralization for geochemical modeling – application to metal hydroxide sludge stabilization with coal fly ash –
L’identification des principales phases minérales contenues dans ces matériaux est nécessaire car ce sont ces phases minérales qui, en contact avec la phase aqueuse, vont réagir avec la phase aqueuse et libérer en solution les éléments polluants. Cette identification est très complexe du fait de l’influence du contexte géochimique sur la stabilité des hydrates cimentaires. La minéralogie du matériau peut être déterminée par des techniques d’observation microscopique (diffractométrie, analyse thermogravimétrique, microscopie électronique).Cette approche est cependant limitée et une modélisation géochimique basée sur les résultats de tests de lixiviation est nécessaire. En particulier, l’analyse différentielle des résultats du test de neutralisation acide permet de mettre en évidence les dissolutions de ces phases au cours de l’acidification de la matrice solide. Sur la base de ces résultats expérimentaux, un modèle géochimique peut être proposé. Après validation, les simulations permettent alors de considérer des conditions diverses d’exposition du matériau et de faire apparaître les points clé qui régissent le comportement du matériau.Les travaux présentés ici ont porté sur de boues d’hydroxydes synthétiques stabilisées/solidifiées par des liants hydrauliques. Les modélisations géochimiques ont été développées avec PHREEQC, logiciel bien adapté à l’étude des matériaux cimentaires.La mise en ouvre […]
8. Ecotoxic evaluation of mortar leachate using the amphibian larvae (Xenopus laevis)
De nos jours, de nombreux travaux visent à valoriser les sous-produits (cendres de boues de station d’épuration, sédiments de dragage, REFIOM…) dans les matériaux cimentaires. Aussi, cette voie de valorisation soulève des questions concernant les impacts environnementaux lors de leur utilisation dans les matériaux du BTP.Les matériaux cimentaires (applications dans le bâtiment et les travaux routiers) sont soumis au lessivage par les eaux de pluie ou les eaux souterraines. Par ces lixiviations, les éléments hydro-extractibles se retrouvent par infiltration dans le sol, dans les eaux de surface et les nappes phréatiques, et sont en contact avec les organismes peuplant ces milieux.Aujourd’hui, les contraintes réglementaires dans le domaine des déchets reposent principalement sur leur composition chimique ou la quantité d’éléments rejetés. Cependant la quantité d’éléments potentiellement lixiviables d’un déchet ne reflète pas son caractère écotoxique dans l’environnement. En effet, l’impact d’un lixiviat dépend de nombreux facteurs dont la toxicité intrinsèque des éléments en présence, la spéciation des métaux, la nature du milieu, les interactions physicochimiques pouvant modifier la biodisponibilité des polluants.Afin d’évaluer l’impact du potentiel écotoxique des cendres de farines animales valorisées dans les matériaux cimentaires, nous avons mis en œuvre des expérimentations visant à mesurer les effets de […]
9. Phosphorus speciation in dicalcium silicate polymorphs of basic oxygen furnace (BOF) slag - Preliminary results
Cet article discute de premiers résultats de localisation du phosphore dans les phases calciques des laitiers d’aciérie, sujet assez peu documenté mais d’importance en terme de recyclage de sous-produits, disponibles en grandes quantités. Les laitiers d’aciérie sont riches en oxydes de fer, ferrites de calcium, chaux mais aussi en silicates calciques qui concentrent majoritairement le phosphore, pénalisant largement un recyclage interne en aciérie. A ce stade, les techniques mises en œuvre concernent la diffraction des rayons-X (DRX), la microscopie électronique à balayage (MEB) et la microsonde électronique (MSE) cartographie élémentaire et analyses quantitatives ponctuelles – couplées à de l’analyse chimique globale.
10. Environmental assessment of a BOF steel slag used in road construction : The ECLAIR research program
La fabrication de l’acier s’accompagne d’une production d’importantes quantités de co-produits, les laitiers d’aciérie. Contrairement aux laitiers de haut-fourneau, l’utilisation des laitiers d’aciérie de conversion (laitiers LD) a été limitée en raison de leur instabilité volumique et de l’absence de réglementation environnementale. L’objectif de cette étude est d’étudier le relargage potentiel et l’impact des polluants, plus particulièrement de Cr et V qui sont présents à des concentrations assez élevées dans les laitiers, par un laitier LD utilisé dans une structure de génie civil (plateforme industrielle) à l’aide d’une approche multi-échelles.
11. Groundwater impact simulations for establishing criteria for the recycling of alternative materials in road construction
L’objectif de cet article est de présenter les résultats d’une modélisation des impacts potentiels sur la qualité des eaux souterraines liés à l’utilisation de matériaux alternatifs ou hors spécifications en sous couches routières ou en parking. Ces impacts potentiels ont été calculés dans le cadre des travaux du groupe de travail relatif à l'acceptabilité de matériaux alternatifs ou hors spécifications en techniques routières, mis en place par le Ministère de l’Ecologie de l’Energie du Développement Durable et de l’Aménagement du Territoire (MEEDDAT). Cet article présente les résultats de plusieurs scénarios d’utilisation : assise de chaussée de voirie ; assise de chaussée de parking ; remblai technique.Les modélisations ont été effectuées avec les codes de calcul du domaine public ModFLOW 2000 de l’USGS (pour la simulation des écoulements) et MT3DMS de l’US EPA (pour la simulation et le transport des polluants) en considérant 2 configurations hydrologiques, ainsi qu’une recharge de 300 mm/an et une recharge de 100 mm/an. Les modélisations de transport ont été réalisées en supposant plusieurs hypothèses sécuritaires : (1) infiltration des éluats issus de la lixiviation des matériaux considérés par les eaux de pluie directement dans les eaux souterraines à une « concentration source », notée Co, supposée constante et de durée illimitée ; (2) absence d’atténuation dans la zone non saturée) ; (3) […]
12. Ecotoxicological risks of road runoff water sediments on aquatic ecosystems
La gestion des résidus de l'assainissement routier (sédiments récupérés au fond des ouvrages de collecte des eaux de chaussées, balayures de chaussées, résidus de fossés) est un enjeu important sur les plans environnemental et socioéconomique. En plus du renforcement de la législation en matière de gestion des déchets, la valorisation de ces matériaux hétérogènes, produits en grandes quantités sur l'ensemble du territoire national, est limitée du fait de leurs caractéristiques physico-chimiques et de leur charge polluante (métaux lourds, hydrocarbures...).Le LCPC de Nantes a développé un procédé de traitement des résidus de l'assainissement routier dans le but d'aider à leur valorisation en travaux publics (Pétavy et al., 2007). Le procédé consiste en un criblage granulométrique des sédiments en fractions valorisables et en fractions non valorisables du fait de leur contamination et de la taille des particules (fines < 60 μm).Dans l'étude présentée dans cet article, des résidus bruts et traités ont été caractérisés sur le plan physico-chimique et soumis à des tests de lixiviation pour simuler le contact avec les eaux météoriques des matériaux mis en œuvre et l'extraction des polluants par l'eau. Des essais écotoxicologiques monoet plurispécifiques (microcosmes composés d'algues microscopiques, de lentilles d'eau, de daphnies, d'amphipodes et de chironomes) ont été […]
13. The GeDSeT project: constitution of a decision support tool (DST) for the management and material recovery of waterways sediments in Belgium and Northern France
Le projet InterReg IV GeDSeT (2008-2011) est une contribution à une gestion globale durable des sédiments des voies d’eau, au développement du transport régional fluvial et de bonnes pratiques pour la protection des ressources en eau et de l’espace urbain.Les sédiments des voies d’eau sont un enjeu majeur en Europe, et particulièrement dans la région transfrontalière Belgique Wallonie – Nord de la France pour plusieurs raisons, toutes liées à la densité de l’habitat, du tissu industriel passé et présent, et du réseau de voies d’eau. Non seulement les sédiments affectent la navigabilité, mais aussi la qualité des ressources en eau, par la pollution, et la gestion des inondations. Le curage régulier des sédiments permet le développement d’un transport régional fluvial éco-favorable, mais génère d’importants volumes de déchets potentiels. La réutilisation des sédiments pour la construction ou les infrastructures est donc un enjeu clé, en combinant réduction des déchets et des besoins en ressources naturelles pour le même usage.Afin de prendre en compte la problématique des sédiments fluviaux dans sa globalité, le projet GeDSeT va capitaliser l’état de l’art sur les critères pertinents pour une gestion durable, et les incorporer dans une méthodologie d’aide à la décision applicable au contexte transfrontalier. Cette méthodologie vise à développer des bonnes pratiques en harmonie avec la gestion des ressources en eau, […]
14. Influence of the cooling conditions on the nature and the size of the mineral phases in a Basic Oxygen Furnace (BOF) slag
Les laitiers sont des déchets produits par les procédés de fabrication de la fonte et de l’acier. Alors que les laitiers de hauts fourneaux ont un taux de valorisation proche de 100 %, ce taux est beaucoup plus bas pour les laitiers d’aciérie de conversion. Les tonnages produits sont extrêmement importants, puisque environ 100 kg de laitiers sont générés lors de la fabrication d’une tonne d’acier.Les voies de valorisation actuelles des laitiers d’aciérie sont principalement les marchés de granulats pour les routes, remblais ou travaux portuaires. Cette application, très bas de gamme, permet principalement d’éviter la mise en décharge mais ne consiste pas réellement en une vraie valorisation. Elle se heurte de plus, pour les applications enrobées (asphalte, bétons,…), au problème de gonflement dû à l’hydratation et à la carbonatation de la chaux et de la magnésie libres contenues dans les laitiers. Les laitiers non valorisés en France représentent environ un tiers de la production, soit 330 000 tonnes par an, qui sont généralement stockés sur site. Pourtant, les laitiers d’aciérie contiennent des éléments chimiques très intéressants pour la valorisation comme matières premières (Fe, Si, Ca notamment).