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Le territoire français compte 525 000 km de cours d’eau qui transportent chaque année, en moyenne 6 millions de m³ de sédiments dont une grande partie est fortement polluée [Berteau, 1993].
La contamination des sédiments est liée aux activités industrielles et urbaines qui au cours du dernier siècle ont introduit une multitude de toxiques inorganiques (métaux lourds) et organiques (hydrocarbures, HAP, PCB…) dans les eaux polluant ainsi la faune et la flore.
L’accumulation des sédiments en couches successives conduit à l’envasement des cours d’eau. Le curage constitue donc une opération de restauration et d’entretien indispensables au rétablissement du tirant d’eau pour la navigation, et aussi à la restauration du milieu naturel. Selon l’étude recommandée par le Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement (MATE) sur l’historique des opérations de curage d’entretien des sédiments continentaux en France, le coût de ces opérations est de 26 millions d’euros par an pour 2.8 M m³ de sédiments [Agence de l’Eau, 2002]. Les principaux devenirs de ces sédiments sont la mise en dépôt, la remise en suspension le réemploi, qui concerne leurs utilisation dans le domaine de génie civil (comblement, sous couche routière, …) et le régalage le long des berges. La mise en décharge monopolise un espace de plus en plus rare et entraîne la pollution de l’air et de l’eau. De plus, ces activités sont strictement contrôlées par les réglementations mises en place pour définir les seuils réglementaires qui s’appliquent aux sédiments dragués et permet de décider du devenir de ces matériaux.
L’étude menée dans le cadre de cette thèse par le Laboratoire de Génie Civil porte sur la valorisation des sédiments fluviaux traités par le procédé Novosol® dans les matériaux de terre cuite, et plus spécifiquement, les briques cuites. Nous avons cherché à comprendre les mécanismes mis en jeu lors de l’introduction de sédiments traités en substitution du sable et de l’argile naturelle actuellement utilisés dans la production des matériaux de terre cuite.
Le territoire français compte 525000 km de cours d’eau qui transportent chaque année, en moyenne 6 millions de m3 de sédiments dont une grande partie est fortement polluée [Berteau, 1993]. Leur dépôt provoque l’envasement de ces cours d’eau, des canaux, et des plans d’eau. Ce phénomène est accentué par les faibles débits, les processus d’érosion, ainsi que par les rejets industriels et urbains. Par conséquent les cours d’eau ne peuvent plus fonctionner correctement car les capacités d’écoulement se réduisent entrainant des risques d’inondation avec l’envasement progressif du lit. De plus la présence de polluants issus des industries, d’agriculture intensive et des eaux urbaines dans les sédiments aggrave la situation.
La sédimentation est un phénomène naturel, dont l’amplification quantitative est progressivement devenue problématique d’autant plus qu’une altération de la qualité des sédiments est souvent suspectée, voire observée. Le sédiment est un dépôt de matériaux détritiques minéraux et organiques. Ces dépôts sont d’origine :
➤ Soit allochtone quant ils sont issus de l’érosion du bassin versant, de ruissellement des fleuves, des effluents ou de l’atmosphère.
➤ Soit autochtone quand ils sont formés par la précipitation des composés minéraux et organique [Ramade, 1998]. Les processus physico-chimiques de floculation, agrégation et de décantation participent aussi à l’accumulation des sédiments sur le fond. Un sédiment se caractérise essentiellement par : sa composition minéralogique, sa granulométrie, et sa teneur en eau et en matière organique.
Les sédiments constituent un réservoir naturel des contaminants .Leur matrice complexe possède de multiples possibilités d’association avec les contaminants présents dans l’environnement [Förstner, 1989 ; Calmano et al., 1996 ; Chapman et al., 1998]. Ces contaminants sont d’origine naturelle ou anthropique (métaux issus des industries minières et métallurgiques, produits organiques issus des industries agro-alimentaires et des rejets industriels domestiques ou urbains). Ils sont généralement classés en deux grands groupes.
Les métaux, naturellement présents dans l’écorce terrestre, proviennent généralement de l’altération et de l’érosion des roches. Cependant des activités anthropogéniques particulières (métallurgie, galvanoplastie, production de teinture, industrie du textile) sont la source principale de la contamination des sédiments dans les cours d’eau par les métaux lourds. Les principaux métaux lourds sont le cadmium, le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le plomb (Pb), le mercure (Hg), le nickel (Ni), le sélénium (Se), l’arsenic (As) et le cadmium (Cd). Ils peuvent se fixer sur les sédiments par adsorption physique (liaison électrostatique), ou par adsorption chimique (liaison par force de valence). Ils peuvent également précipiter sous forme d’oxydes, d’hydroxydes de carbonates, de phosphates solubles ou de sulfures insolubles ou former des complexes organiques ou inorganiques. Ils existent sous différentes formes chimiques dans les sédiments :
➤ Forme bio-disponible : métaux dissous, métaux échangeables. Ils sont relativement disponibles pour les organismes vivants.
➤ Formes potentiellement bio-disponibles : carbonates métalliques, oxydes et hydroxydes métalliques, métaux adsorbés sur ou emprisonnés dans les oxydes de fer.
➤ Formes non bio-disponibles : métaux emprisonnés dans la structure cristalline des argiles.
Les métaux lourds dans les sédiments sont en général en équilibre avec l’eau interstitielle, mais la moindre perturbation des conditions environnementales peut entraîner des mécanismes de remobilisation des métaux. Ce relargage est d’autant plus problématique que les métaux lourds sont considérés comme dangereux pour les organismes vivants, par toxicité à court, moyen ou long terme.
Le curage constitue une opération de restauration, d’entretien voire d’assainissement indispensable à la prévention des risques d’inondation, au rétablissement du tirant d’eau pour la navigation ainsi que lors de certains travaux d’aménagement et aussi à la restauration du milieu naturel. En France, les besoins en curage d’entretien permettant d’assurer la navigabilité et l’écoulement normal des eaux sont évalués à 9 millions de m³ par an. Selon une enquête réalisée par le Service de la Navigation Nord-Pas de Calais sur les eaux intérieures (cours d’eau, étangs, lac, etc.) hors domaine maritime, environ 6 millions de m³ sont extraits tous les ans [AEAP, 2000]. Le déficit est donc de 3 millions de m³ et concerne majoritairement les cours d’eau non navigués [Bogusz et al., 1999]. Selon l’étude recommandée par le Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement (MATE) [Agence de l’Eau, 2002] sur l’historique des opérations de curage d’entretien des sédiments continentaux en France, le coût de ces opérations est de 26 millions d’euros par an pour 2.8 M m³ de sédiments. Les principaux devenirs de ces sédiments sont la mise en dépôt, la remise en suspension le réemploi (utilisation dans le domaine de génie civil : comblement, sous couche routière) et le régalage le long des berge.
Le dragage remanie les sédiments et modifie les équilibres géochimiques. La remobilisation des contaminants, au cours des opérations de dragage, peut nuire à la qualité physico-chimique de l’eau et donc à l’écosystème. Même si l’impact d’un dragage peut paraître local et temporaire, les risques d’eutrophisation dus à une turbidité excessive et la présence de conditions hydrauliques (courant) défavorables peuvent étendre ses effets bien au-delà de la zone concernée. Entre autre, la recolonisation par la végétation d’une zone draguée peut prendre plusieurs années et la remise en suspension de sédiments peut aboutir à la création de zones d’accumulation (potentiellement contaminées) en aval de la zone de dragage. Ainsi, le dragage peut engendrer une augmentation de la turbidité, une augmentation de la concentration de matières en suspension, la dispersion d’éléments nutritifs ou polluants, une baisse de la teneur en oxygène dissous un enfouissement de la faune, et une migration des polluants. En effet, la solution la plus communément employée pour se débarrasser des sédiments marins dragués était le relargage en mer. Plusieurs centaines de millions de mètre cubes de sédiments côtiers sont dragués et immergés chaque année dans le monde [Pinet, 1999].
Actuellement les sédiments dragués représentent de 80 à 90% (en volume) de tous les matériaux d’origine anthropique immergés dans les océans du globe.
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