Capacité d'un sédiment à se substituer à la fraction argileuse de la matière première de l'industrie des liants hydrauliques

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Clinker, Réactivité pouzzolanique

Mots-clés

Sédiments (géologie) -- Lutte contre,

Réservoirs (lacs),

Déchets -- Valorisation,

Économie circulaire,

Ciment Portland

Les retenues hydroélectriques, au même titre que les voies navigables et les ports maritimes, peuvent être soumises à une accumulation de particules solides. Si la majorité des sédiments est gérée au sein même du cours d'eau par transfert dans le lit aval, des raisons techniques ou environnementales pourraient impliquer à l'avenir une gestion à terre des déblais. Quoique considérées comme des déchets par la réglementation, les matières issues de dragage apparaissent comme une ressource noble et renouvelable. Dans une approche d'économie circulaire, certains secteurs industriels semblent en mesure d'utiliser les sédiments fins de barrage comme des matières premières alternatives, dont l'industrie des liants hydrauliques. Deux modalités de valorisation sont considérées dans cette thèse avec, d'une part, une utilisation comme matière première du cru en vue de la fabrication de clinker et, d'autre part, un emploi comme substitut pouzzolanique au clinker en ciments composés.Par l'étude de 8 sédiments prélevés sur l'ensemble du territoire français, la démarche doit aboutir à dégager des typologies de sédiments fins. Ces matériaux sont caractérisés de façon détaillée sur les aspects physico-chimiques et minéralogiques. Ces caractérisations préalables constituent une approche obligatoire pour, ensuite, tester les deux voies de valorisation matière et vérifier l'adéquation des matériaux issus de dragage.L'emploi de sédiments dans le cru, en substitution aux ressources argileuses traditionnellement utilisées, est expérimenté en laboratoire. Des clinkers maximisant le taux d'incorporation de sédiments fins, entre 25 et 35 % selon le sédiment, sont synthétisés. Les clinkers ainsi produits présentent des particularités microstructurales qu'il faut parfois atténuer par une complémentation en argile de carrière. En somme, il est montré que, quel que soit le sédiment, une valorisation dans le cru semble envisageable tout en anticipant les propriétés du clinker in fine. En démonstration, un ciment CEM I de classe 52,5 N est fabriqué avec un taux d'incorporation de sédiment de 11,4 %.Sur le plan du développement de la réactivité pouzzolanique, un suivi de l'évolution des propriétés physiques et minéralogiques des sédiments avec la température est effectué. En parallèle de ces caractérisations, une évaluation de la réactivité pouzzolanique est conduite avec des essais chimiques et physiques par substitution partielle de ciment Portland par des sédiments calcinés. Cela conduit à déterminer, s'il y a lieu, un optimum de calcination. Les teneurs en kaolinite, de l'ordre de 10 % de certains échantillons étudiés permettent le développement d'une activité pouzzolanique qui peut être modérée à élevée (comparable à une cendre volante). Néanmoins, pour l'ensemble des sédiments riches en calcite et dont le cortège argileux ne présente que des argiles de type illite et chlorite, l'activation est faible ou nulle.