Conception et caractérisation géotechnique des barrières environnementales à base de poussières de four de cimenterie et de cendres volantes

Abstract

Dans le cadre de cette thèse, sont étudiés les principaux facteurs de conception et de caractérisation géotechniques des barrières environnementales à base de poussières de four de cimenterie (CKD) et de cendres volantes (CV). Pour approcher le comportement général des CKD-CV, quatre poussières les plus représentatives ont été mises à contribution lors de cette recherche: Alpena (Michigan, U.S.A.), Brookfield (Nouveau-Brunswick), Exshaw4 et Exshaw5 (Alberta). Ce choix est justifié par le fait que chaque poussière de four se caractérise par une minéralogie différente surtout en terme de chaux libre, facteur reconnu, entre autre, essentiel dans la stabilisation et la consolidation de ce type de système. Une fois qu'on a défini au laboratoire le type de mélange approprié, sa méthode de préparation et la maîtrise de la réaction d'expansion, la prochaine étape a consisté essentiellement à déterminer le mode de transport et de mise en place, ainsi que l'évaluation d'effet d'échelle sur les caractéristiques géotechniques. En effet, cette étude a permis l'élaboration d'un cheminement incorporant les paramètres pertinents à considérer en vue de l'élaboration d'un matériau stable et répondant aux critères de performance définis par la durabilité, la ductilité ainsi que par la perméabilité. Un guide de mise en place et de suivi a été produit sous la forme d'éléments nécessaires pour la surveillance et le contrôle de toutes les opérations, pendant et après la mise en place. L'étude a montré que l'utilisation d'ajouts minéraux, en remplacement d'une partie des poussières de four de cimenterie, améliore les caractéristiques géotechniques des mélanges. En effet, l'étude des propriétés mécaniques, hydrauliques et environnementales, au laboratoire et en chantier, a confirmé que les barrières développées présentent des résistances à la compression, des cohésions, des angles de frottement, des perméabilités, des éléments chimiques lessivés situés dans l'intervalle des critères de sélection. Il en ressort que leur ductilité leur permet de s'adapter aux déformations de fondations des sites d'entreposage. Les performances mécaniques développées se résument par des résistances à la compression se situent autour de 12 à 14 MPa après 56 jours de mûrissement pour les échantillons élaborés au laboratoire et de 2 à 6 MPa pour les carottes prélevées sur les bancs d'essai. Les perméabilités sont autour de 10^-8 à 10^-9 cm/s. Le lessivage au perméamètre ou par TCLP témoigne qu'une fois l'hydratation terminée, le lessivage correspond à un simple lavage des ions libérés ou restant en excès. Les résultats de l'étude expérimentale et de simulation ont montré que les coefficients de diffusion des ions chlores sont dans un intervalle de 6,5x10^-6 à 8,0x10^-6 cm²/s. Ces coefficients sont semblables à ceux développés dans les barrières en argile. Cependant, pour éviter que la barrière perde son rôle d'écran atténuateur, l'épaisseur optimale doit être de l'ordre de 1 m. Les isovaleurs de gonflement établis lors de cette étude montrent que le pourcentage en chaux libre (CaO), en groupements sulfates et en eau ont un effet significatif sur l'expansion. Quand le rapport eau/matériau augmente, le gonflement diminue. Du point de vue pratique, ces isovaleurs sont des abaques destinés à l'estimation du gonflement avant toute mise en place.