Mise au point d'un essai de caractérisation environnementale sur matériau monolithique par percolation ascendante, Development of an environmental characterisation test on monolithic material by upward percolating

N° d’ordre : 124
Ecole Centrale de Lille


THESE

présentée en vue
d’obtenir le grade de

DOCTEUR

en
Spécialité : Génie Civil
par
Yixuan HAN
DOCTORAT DELIVRE PAR L’ECOLE CENTRALE DE LILLE

Titre de la thèse :
Mise au point d’un essai de caractérisation environnementale sur matériau
monolithique par percolation ascendante

Soutenue le 28/06/2010 devant le jury d’examen :

Président M. Jianfu SHAO Polytech’Lille – USTL
Rapporteur M. Ahmed LOUKILI GeM, Ecole Centrale de Nantes M. Abdelkarim AIT-MOKHTAR LEPTAB–Université de la Rochelle
Invité M. Guy DEPELSENAIRE SOLVAY HSE
Invitée Mme. Françoise BODÉNAN BRGM
Directeur de thèse M. Frédéric SKOCZYLAS LML, Ecole Centrale de Lille
Co-encadrant de thèse M. Franck AGOSTINI


Thèse préparée dans le Laboratoire de Mécanique de Lille
EDSPI 072
tel-00584381, version 1 - 8 Apr 2011


































tel-00584381, version 1 - 8 Apr 2011Remerciements


Tout abord, je tiens à remercier mon directeur de thèse M. Frédéric SKOCZYLAS pour
m’avoir acceptée pour le stage à la fin de Master 2 en Génie Civil et proposé un sujet de
recherche très généreux après mon stage pour que je réalise mon souhait depuis le premier
jour quand je suis arrivée en France. Un grand remerciement s’adresse à M. Franck
AGOSTINI qui est mon co-encadrant de thèse, pour les nombreuses explications techniques
et aides précieuses qu’il m’a donné. Je tiens lui remercier également pour ses patiences, sa
gentillesse et le temps surtout les weekends qu’il m’a consacrés durant la rédaction.
Je tiens aussi à exprimer toute ma reconnaissance à M. Guy DEPELSENAIRE de la
société Solvay qui m’a accordé son soutien tout au long de ces 4 années.
J’adresse mes remerciements à Messieurs Ahmed LOUKILI et Abdelkarim AIT-
MOKTHAR qui ont accepté d’être rapporteurs de ce mémoire. Je les remercie pour leurs
lectures attentives. Merci à Francoise BODENAN qui a participé à l’évaluation de ce travail,
pour les aides qu’elle m’a donné pour la partie de modélisation et analyses. J’adresse
également ma gratitude à Monsieur Jianfu SHAO pour avoir présidé le jury.
Je souhaite ensuite remercier tout l’équipe du laboratoire de Génie Civil de l’Ecole
Centrale de Lille, en particulier Thierry DUBOIS pour les matériels uniques qu’il a fabriqués
pour moi après plusieurs tests, aussi, son bon humour. Je pense à Catherine DAVY pour
son co-encadrant et aide pendant mon stage et l’enthousiasme de travail durant ma thèse, à
Laurent LECONTE pour les corrections grammaires quotidiennes qu’il m’a conseillé, à
Jaouad NADAH et Zhibo DUAN qui sont les collègues du bureau pour tous les échanges et
leurs conseils précieux, à Flore BRUE, Nadine DESSEYN, Alain LEBLANC, Sofia M’JAHAD,
Fethi SOLTANI tout simplement pour la chaleur humaine, également à Marie-Claude
WILLEMETZ pour son aide d’essais et gentillesse. Je n’oublie pas notre ancien collègue
Mazen SAMARA. Bien entendu, j’ai évidemment une pensée aux amis et collègues chinois
au laboratoire, Xiaoting CHEN, Wei CHEN et Jian LIU pour leurs aides de travail et les
délicieux repas du labo que l’on passe ensemble.
Particulièrement, je remercie nos partenaires du BRGM à l’Orléans, Hélène VIGIER-
GAILHANOUS, Arnault LASSIN, Francoise BODENAN, Patrice PIANTONE qui m’ont donné
pleins de conseils précieux et aides pour la partie de modélisation et analyses des matériaux.
J’exprime aussi toute ma sympathie aux amis et collègues de Polytech’Lille, à Jean
SEC et Jean-Pierre PARENT pour leurs aides de la réalisation des échantillons et leurs
gentillesses. Un grand remerciement à mes amis chinois : He YANG, Li CHEN, Liang CHEN,
Dayan LIU, Zheng HE et Yun HUANG… et à tous les autres.
Enfin, pour terminer, un immense remerciement à mes parents et mon chéri Songzhu
qui m’ont permis de mener à bien cette thèse, pour leurs soutiens, encouragement et grande
confiance même si de loin tout au long de ce travail.







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Table des matières

Table des matières

Introduction générale......................................................................................... 15
I Problématique de la caractérisation environnementale des déchets
traités .................................................................................................................. 20
I.1 La gestion des déchets ...............................................................................20
I.1.1 Origine et type de déchets et polluants concernés ......................... 20
I.1.1.a Classification des déchets..................................................................20
I.1.1.b Les différents types de polluants et leurs effets sur l’environnement.23
I.1.1.c Les sédiments : un aspect majeur de la problématique de la pollution
de l’eau ...........................................................................................................26
I.1.2 Traitement des déchets 28
®I.1.3 Le procédé NOVOSOL ................................................................. 30
I.1.3.a Unité A : phosphatation/séchage (cf. Figure 1-8)...............................31
I.1.3.b Unité B : la calcination (cf. Figure 1-9). ..............................................31
I.1.4 Caractérisation de la dangerosité des déchets traités .................... 33
I.1.4.a Procédure d’Evaluation Approfondie de l’ADEME (PEA)...................33
I.1.4.b Critères applicables aux déchets .......................................................33
I.1.4.c Représentativité des essais de laboratoire ........................................37
I.2 Les essais de lixiviation ..............................................................................38
I.2.1 Choix d’un essai de lixiviation ......................................................... 38
I.2.2 Essai de lixiviation en batch............................................................ 40
I.2.2.a Essai d’extraction à l’équilibre40
I.2.2.b Essai de lixiviation dynamique ...........................................................42
I.2.3 Essai de percolation (Essai de lixiviation en colonne)..................... 44
I.2.3.a Essai de percolation sur matériau granulaire .....................................44
I.2.3.b sur matériau monolithique.................................45
I.3 Conclusion sur la représentativité des essais et les manques normatifs..
.......................................................................................................................46
II Mécanismes de transport dans le réseau poreux saturé et
caractéristiques concernés............................................................................... 49
II.1 Le transport de solutés non réactifs dans les réseaux poreux saturés .49
II.1.1 L’advection...................................................................................... 49
II.1.2 La dispersion hydrodynamique ....................................................... 50
II.1.2.a La diffusion moléculaire......................................................................51
II.1.2.b La dispersion cinématique..................................................................51
II.1.3 Equation advection-dispersion........................................................ 52
II.2 Duo-porosité/Modèle à deux régions mobile-immobile (MIM) .................52
II.3 Indentification des caractéristiques influençant le transport de solutés ...
.......................................................................................................................53
II.3.1 Porosité........................................................................................... 54
II.3.2 Surface spécifique et distribution de taille de pores........................ 56
II.3.3 Perméabilité.................................................................................... 57
II.3.4 pH ................................................................................................... 60
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