B U L L E T I N of the International Association of ENGINEERING GEOLOGY de I'Association Internationale de G#OLOGIE DE L'INGI~NIEUR Paris - No 53 - Avril 1996

M O D I F I C A T I O N D E S P R O P R I I ~ T I ~ S P H Y S I C O - M I ~ C A N I Q U E S E T S T R U C T U R A L E S D E V A S E S

D ' E S T U A I R E P A R M I ~ L A N G E A V E C U N S U P E R A B S O R B A N T

M O D I F I C A T I O N O F P H Y S I C O - M E C H A N I C A L A N D S T R U C T U R A L C H A R A C T E R I S T I C S OF E S T U A R Y

S L U D G E S BY M I X I N G W I T H A S U P E R - A B S O R B E N T

T R O A L E N J.P.*

R6sumt~

Les s~.diments rdcents et actuels annuellement dragu6s dans les ports et les estuaires repr6sentent des volumes considdrables. Ces boues et ces vases font aujourd'hui l'objet d'un rejet en met, mais cettc proc6dure est condamnde a court terme. II est done n6cessaire de r6fldchir rapidement aleur nouveau devenir. L'utilisation d'un super absorbant permet de rendre ces boues et ces vases dragu6es plus coh,Srentes, en modifiant de mani~re irr6versible leur structure ainsi que leurs propridtds physiques et mdcaniques. Le nouvel dtat physique de ces mat6riaux apporte un gain irnm6diat quant aux proc6dures de transport et de stockage, pr6alablement b. un traitement ou ,h une utiIisation dventuelle.

Abstract

Recent and current sediments dredged up annually from ports and estuaries represent considerable volumes. The current regulations allow the rejection of muds and sludges in the sea. This procedure will be forbidden in the near future. Therefore, it is necessary to consider a solution of this problem. The use of super absorbent allows an irreversible change of the consistency of these dredged sediments by modifying their structure and their physical and mechanical properties. The new physical state of these materials brings in an immediate gain to transportation and storage, before the treatment or eventual use of these modified sediments.

1. Introduction

La prise de consc ience r6cente concernant le devenir des vases et des boues de dragage des principaux estuaires franqais, nous a condui t 5. une premiere r6flexion bas6e sur la caract6risation des vases de l 'es tuaire de la Loire (Troa- len, 1994).

La variabilit6 des propridtds physiques et m6caniques de ce type de matdriau n6cessite une approche tr~s pluridiscipti- naire, 5. la fois physique, m6canique et biologique. Ceci est dfi, pr incipalement , 5. une absence de connaissance rdelle du devenir des mati~res organiques contenues dans les s6diments dragu6s. Cette approche dolt donc etre condui te sur les stocks de matdriaux draguds, c'est-5.-dire sur des maSt6riaux obl igatoi rement remani6s.

Ce mat6riau, qualifi6 le plus souvent de vase ou de boue. concerne essent ie l lement des s6diments constitu6s par le mdlange ,~ hydroplastique, organo-mindral cohdsif conti- nu et rigide, susceptible de thixotropie, fai t d 'eau et de particuIes real classdes, appartenant aux argiles G, aux poudres et aux sablons, et aux sables et graviers. Ce milieu est le si&ge d'une intense activitd microbiologique ~, (Lu- cas, Cros et Lang, 1976). Les argiles G correspondent 5. une ~poussikre quartzeuse ~, ou sont de nature mindralogique

non prdcisde, mais dans les deux cas, l 'essent ie l des cons- tituants possade une granulom6tr ie inf6rieure b. 2 p.m.

La premiere partie de ce travail consiste en une identifica- tion physique rapide du matdriau. Elle est destin6e ~a l '6ta- b l issement d 'une future mdthodologie applicable in situ, c'est-b.-dire - dans notre cas - 5. bord de la barge de dra- gage. Cette identif icat ion initiale prdalable dolt etre la base de toute orientation, de tout t ra i tement et de toute gest ion ult6rieure des vases dragudes.

La variabilit6 des param~tres physiques mesur6s a ensuite demand6 une approche ultrastructurale des vases au Micro- scope Electronique b. Balayage (MEB) 5. une fin interpr6ta- tive. Ces premiers rdsultats ont 6t6 ensuite utilisds pour comprendre les modif ica t ions des propri6tds et des structu- res apport6s par l ' ad jonc t ion aux vases d 'un produit ,< super absorbant , , fabriqu6 par GTI Process et pr6par6 5. diffdrents dosages.

2. Identification physico-m6canique initiale

Les vases 6tudi6es p rov iennent d ' une campagne de pr61O,- vements sur le m6me site, celui du port de plaisance de Trentemoult , sur la rive gauche de la Loire, dans I 'agglo- m6ration nantaise (Loire-Atlant ique, France).

* J.P. Troalen. Institut National Polytechnique de Lorraine. Ecole Nationale Sup6rieure de G6ologie, Laboratoire de G6om~.canique, BP n ~ 40, F-54501 Vandceuvre-I~s-Nancy Cedex.

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II s ' ag i t de deux series de prEl~vements effectu~s en fEvrier 1993, dans des cond i t ions de m a r f e s ana logues (1 heure apr~s les plus basses eaux, coef f ic ien ts de marEe ident iques 65/70).

Le premier param~tre d 'Etat phys ique , tr~s r ap idemen t ac- cessible, concerne la t e n e u r en eau n a t u r e l l e :

* 6chantil lons du 03 fEvrier 1993 : 152% < w % < 2 0 5 %

* 6chantil lons du 15 fEvrier 1993: 165% < w % < 171%

La premiere quest ion qui s ' e s t posEe a 6rE de savoir si la vat iabi l i t6 des valeurs de w % a ou n ' a pas de r6elle signi- fication.

Les premibres hypo theses formuldes a t t r ibuera ient cette variabil i t6, soit 5. des d i f fe rences d 'Etat physique, soit 7t des diffdrences de g ranu lomdt t i e , ou encore/~ des d i f ferences de compos i t ion minEralogique.

L ' inves t iga t ion a donc 6t6 poussEe sur les vases con tenues dans deux prEl~vements (carot tes ver t icales de 0 5. - 30 cm), dis tants h o r i z o n t a l e m e n t d ' i m~tre et prElevEs en fEvrier 1993. Les rEsultats f iguren t sur le tableau 1.

Tableau 1 : Valeurs des param~tres de teneur en eau naturelle (w %), de coh6sion (scissomc~tre) et de poids volumiques (u sur des vases de Loire, po~ de Trentemoult, agglomEration nantaise (Loire-Atlantique, France)

Echant i l lon 3.11.4 E c h a n t i l l o n &II .5

w% : 165,1 ~/g/cm 3 : 1,307 ~'d g/cm 3 : 0,493

cohesion : naturelle : 0,653 KPa rEsiduelle : 0,339 KPa remanide : 0,182 KPa

w % ~. 171,3 I Y g/cm3 : 1,266 ! yd g/cm 3 : 0,466 i t cohdsion :

naturelle : 0,509 KPa rEsiduelle : 0,444 KPa

! remaniEe : 0,235 KPa

La premiere rEponse est - 5. p r ime rEflexion - que la varia- bilitE apparente des param~tres phys ico-mEcaniques mesu- rEs est logique : 5. la plus forte teneur en eau naturel le cor respond le poids vo lumique sec (?'d) le plus faible et, h la plus forte cohes ion naturelle, co r responden t des vases de poids vo lumique le plus 61eve et de teneur en eau la plus faible. Cependant , une anomal ie de com por t em en t dolt fitre remarquEe : les valeurs de cohes ions rEsiduelle et remaniEe sont plus fortes pour les vases ayan t la teneur en eau la plus 6levEe et le poids vo lumique le plus faible ( tableau 1).

Les analyses d imens ionne l l e s par s d d i m e n t o m d t r i e et par S e d i g r a p h 5000 , l' a n a l y s e m i n d r a l o g i q u e par diffractomE- trie des rayons x ainsi que la mesure de la v a l e u r au b leu de m d t h y l b n e pratiquEes sur les deux pr61~vements 3.II.4 et 3.II.5 appor tent d ' au t r e s informat ions . Cel les-ci sont don- nEes sur le tableau 2 et la f igure 1.

Ces donndes sont tout 5. fait comparab le s au portrai t d ' u n e vase moyenne d ' e s tua i r e (Grovel , 1971) 0~1 la compos i t ion minEralogique vir tuel le peut s 'Ecrire comme suit :

quartz : 43,7 % orthose : 5,6 % plagioclases (albite + anorthite) : 20,5 % muscovite : l 1,2 % biotite : 4,9 % glaucophane : 0,9 % ilmfnite : 1,2 % kaolinite : 3,6 % illite : environ 4,0% complexes, chelates, oxydes de fer : 4,3 %

Tableau 2 : REsultats de l'analyse minEralogique par diffractomdtrie des rayons x et de la mesure de la valeur au bleu de mdtbyl~ne (valeurs moyennes).

Analyse mindralogique ." ~chantillons 3.II.4 et 3.[I.5

quartz:45% calcite: 13% dolomite:9% micas:7% feldspaths (plagioclases) : 14 % kaolinite : 5 % vermiculite-montmorillonite 5 % (cette valeur peut varier de 2 & 5 % entre les 6chantillons).

Valeurs au bleu de mgthylbne

6chantillon 3.II.4 : 2,18 6chantillon 3.II.5 : 2,97

et, la compos i t ion en poids h u m i d e d ' u n e vase :

I 50 % d'eau 10 % de mati~:res organiques (celluloses et d6riv6s) 40 % de matiEres minErales

dont les 616ments les plus i m p o r t a n t s sont :

ensemble quartz + feldspaths : 25 % du total micas : 5 % argiles : 4 %

Ces rEsultats pe rme t t en t ~ g a l e m e n t d ' a p p o r t e r une rEponse aux diff~rentes hypo theses 6mises auparavan t quant 5 la s igni f ica t ion de la variabi l i t6 des valeurs de la teneur en eau naturel le et des poids vo lumiques .

En effet, la c o m p o s i t i o n m i n i r a l o g i q u e prEsente une remar- quab le cons tance du point de vue des seuls cons t i tuants minEraux. Les d i f fe rences que l ' o n observe entre les deux 6chant i l lons por tent u n i q u e m e n t sur les pourcen tages en minEraux 5. 14 A~ c'est-5.-dire su r la valeur du pourcen tage en ve rmicu l i t e -mon tmor i l l on i t e . La var ia t ion est de l 'o rdre de 2 5. 5 %. L ' a u g m e n t a t i o n de ce pourcen tage en 3.II.5 peut atre une expl ica t ion de la d i f f e r e n c e entre les valeurs au bleu de mEthyl~ne mesurEes en 3.II .4 et en 3.II.5.

De m~me, les analyses d i m e n s i o n n e l l e s par s6dimentomE- trie et par Sedigraph 5000 re f l~ ten t des d i f ferences li~es non seu lement aux pou rcen t ages relat ifs entre les par t icules minErales const i tu t ives , mais 6 g a l e m e n t b. la d imens ion mfime de ces par t icules min6 ra l e s (fig. I).

I1 est 5. noter que les courbes g ranu lomEt r iques rEalisEes par deux mEthodes di f f6rentes p r 6 s e n t e n t des d i f ferences nota- bles, en dehors du doma ine d ' a n a l y s e plus fin et plus grand ob tenu par le Sedigraph. Par sEdimentomEtr ie , les deux courbes se t angen ten t sans se croiser, alors que cel les ob tenues par le Sedigraph se c r o i s e n t sens ib lement dans la m~me zone de coupure g ranu lomEtr ique . Cependan t , l ' 6car t moyen entre les divers p o u r c e n t a g e s cumul~s reste 5. peu pros constant . [I existe d o n c un ddcalage lie au type de mEthode util is& Dans le cas d u Sedigraph, l 'Echan t i l lon peut ~tre disperse jusqu'5, un o p t i m u m , alors que la dEflo- culat ion reste fixe darts le cas de la sEdimentomEtrie classique (Mode Op6ratoire LCPC). NEanmoins , il conv iendra i t - d a n s le cas de matEriaux tr~s f ins comme les vases - de tes ter les d iverses mEthodes pos s ib l e s et de voir celle qui conv ien t le mieux en fonc t ion d e la nature minEralogique des f ichanti l lons et du r61e j o u ~ par la ou les mat i~res o rgan iques contenues . Ces d i f f e r ences de pourc 'entages cumulEs et de coupures g ranu lomEt r iques sont ~ga lement connues dans le cas de la g ranu lomEtr ie laser de type Ma lve rn appl iqu6e 5. des s e d i m e n t s ma t ins con t enan t plus

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Fig. 1 : Analyses dimensionnelles par s6,Jimentomeme et Sedigraph 5000 de deux 6chantillons de vases de Loire (3.11.4 et 3.11.5) du port de plaisance de Trentemoult (agglomdration nantaise, Loire-Atlantique, France).

de 80% de silts et d'argiles (Weber et al., 199l). [1 sera donc necessaire de definir une methode produisant des resultats rcproductibles dans le cas d'une identification in situ, c'est-5-dire sur le stock drague, si on veut orienter correctement le devenir de ce stock.

D'autre part, il n 'a 6t6 considere jusqu'ici que les consti- tuants d'origine mindrale. Or la fraction organique n'est pas gt negliger. En effet, les pourcentages en mineraux donnees par l 'analyse mineralogique par diffractometrie des rayons x ne concernent que lafraction cristallis& des vases. Les differences par rapport g 100 % sont 5. rapporter

la fraction organique. Celle-ci est sensiblement plus im- portante en 3.II.4 (7%) qu'en 3.II.5 (< 2%). Ceci est net- tement visible sur les diagrammes de diffraction des rayons x : halo anamorphique ou ,, bruit de fond ,, plus marque en 3.II.4 qu'en 3.II.5.

Sur l 'ensemble de ces premiers rdsultats, on peut donc considerer que la variabilite des valeurs des differents param~tres mesures n'a de reelle signification que si l 'on tient compte des param~tres dimensionnels et de Fin- fluence de la mati~re organique. Cette signification prend tout son sens lorsque l 'on consid~re les differentes valeurs de la cohesion naturelle.

En prenant une fraction de chaque echantillon, puis en la dispersant dans de l 'eau distillee posee sur une lamelle en verre, on peut observer les diffdrents constituants mineraux et organiques "5. l 'aide d'un microscope optique a transmis- sion (MOT). Lefrottis ainsi obtenu ~, partir de l 'echantillon 3.II.4 montre que l 'ensemble des particules minerales est

lie par un gel organique. Le reseau ainsi constitud est difficilement dispersable et les liaisons sont plus difficiles b. briser (agitation du frottis ~ l 'aide d'une aiguille lanceo- lee) en 3.II.4 que dans l 'echantillon 3.II.5, m6me avec l'616vation progressive de temperature due b. la diffusion de chaleur par la lampe du microscope. L'elevation de tempe- rature a une action de dispersion (destruction progressive des liaisons dues au gel organique) tant que le frottis contient suffisamment d'eau.

Les differences observees entre les differents types de cohesion (naturelle, residuelle et remaniee) doivent donc 6tre relides h des comportements distincts : ceux de vases dont la structure est modifiee par les remaniements succes- sirs. C'est tout au moins l 'hypoth~se que l 'on peut - ~ ce stade de l ' e t u d e - poser car si l 'anomalie cohesion natu- relle/cohgsion rdsidaelle ou remanide des deux 6chan- tillons est infirmee par les valeurs au bleu de methylene et par les analyses dimensionnelles par sddimentomdtrie et par Sedigraph 5000, elle n'est en aucun cas concr~tement expliquee et aucun mecanisme du comportement n'a en- core 6te mis en evidence. Cependant, une legate augmen- tation du pourcentage en mineraux ,~ 14 A ~ (vermiculite-montmorillonite) peut 6tre responsable de l 'augmentation de la valeur au bleu de methylene dans l 'echantillon 3.I1.5. Mais, cette augmentation peut 6gale- ment etre induite par une granulomdtrie plus fine en 3.II.5 qu'en 3.II.4. C'est cette cause qu' i l faut rechercher pour en deduire si la difference est ou non significative. C'est par consequent le parametre de ,,structure,, qu'il est mainte- nant ndcessaire d'approcher.

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3 . A n a l y s e u l t r a s t r u c t u r a l e d e s v a s e s i n t a e t e s

Les Echant i l lons de vases prdlevEs pour leur analyse au MEB ont 6tE prepares selon le processus su ivant :

PrdlEvement et dEpSt d ' u n e f ract ion de vase sur un plot mdtal l ique. La vase "5. teneur en eau naturel le est laissde 5. l ' a i r libre. A ces teneurs en eau nature l les ElevEes (> 100 %) cette vase se redispose d ' e l l e - m ~ m e et erie va sEcher libre- men t 5. la tempera ture ambian te . Une fois sec, l 'Echant i l lon est mEtallisE : I couche de ca rbone + 1 couche d 'o r /pa l la - dium. Les obse rva t ions sont ensui te rEalisEes 5. l ' a ide d ' un microscope Electronique ?a ba layage de type JEOL JSM- 35C.

Au MEB, les vases du 3 fEvrier 1993, dont la teneur en eau init iale variai t entre 152 % et 205 %, se prEsentent comme un melange hEtdrogbne de debr is mindraux d ' o r i g ine orga- nique (bioclastes et mic ro faunes intactes) et d ' a m a s plus ou moins lids de par t icules minErales (photo I). La struc- ture est assez fermEe (peu de pores ou alors de grande taille) et les cons t i tuants sont de tr~s peti tes d imens ions . Il y apparaR Egalement d ' a s s ez nombreux amas bactEriens ain- si que des bactEries isoIEes (photos 4 et 5). Ces amas se prEsentent souvent en forme de rosaces, sont toujours bien localisEs et associEs 5. des zones off les par t icules ont un aspect granulaire .

Les vases de la seconde c a m p a g n e de prEl~vement (15 fEvrier 1993) se prdsentent 6ga lement c o m m e un melange tr~s hEtErog~ne de debris minEraux d ' o r i g ine organique (bioclas tes et mic ro faunes intactes) avec des zones oa la ,~ s tructure en nids d ' abe i l l e ~, (minEraux argi leux floculEs) est b ien vis ible (photos 2 et 3). Cette ul t ras t ructure d ' en - semble apparat t c o m m e assez ouver te entre des areas argi- leux auxquels s ' a s soc i en t souven t des bactEries isoldes (photo 6). Les d imens ions des par t icules minErales sont assez dta l fes et compr i ses entre 80 I.tm et 1 t.tm.

Darts les deux prElevements , la matiere o rgan ique est rela- t ivement peu abondante , ce qui conserve un aspect clair et propre 5. l ' e n s e m b l e des cons t i tuen ts qui peuven t y 6tre observes ( 1 % 5 7 % de mat iere orgnaique) , cependan t les vases du 3 fEvrier 1993 s emblen t ~tre plus r iches en mati~- res o rgan iques (gel bien obse rve lors de la rEalisation des frottis) et des colonies bactEr iennes y sont Egalement plus nombreuses .

La source pr inc ipale de mati~re organique observEe lors des deux campagnes para~t atre timitEe (en dehors de cetle

liEe aux bioclas tes) 5. des bac tEr ies . Cel les-ci appara i ssen t soit sous la forme de peti ts bS. tonnets isolEs, de rEpart i t ion diffuse, mais toujours fixes 5. d e s par t icules phyl l i t euses (photo 6), soit en areas cons t i tuEs par des co lon ies de bactEries (photos 4 et 5) dont la fo rme generale Evoque celle d ' u n e rosace (photo 5). D a n s ce d e m i e r cas, ces rosaces reposent souven t sur un suppor t granula i re tres fin qui est v r a i s e m b l a b l e m e n t cons t i tuE par une boue carbona- tee e x t r e m e m e n t f ine et mElangEe 5. un gel organique .

4 . T r a i t e m e n t d e s v a s e s

Des dchant i l lons de vases in t ac t e s , donc h leur teneur en eau naturel le a w e s Emersion, p r o v e n a n t des deux campa- gnes de prEl6vement (3 et 15 fEvr i e r 1993) ont Ere traitEes

l ' a ide d ' un ,< supe r - abso rban t ~>, se lon d i f f f ren ts dosages.

Ce produit , le <,79 RN 10,, c o n q u e t fabrique par G.T.I. Process peut etre, en un p r e m i e r temps, considErE c o m m e Etant un <,polymere actif , , et la reac t ion a t tendue avec les vases peut atre qual i f iee de <, g r e f f a g e organique ~,.

Les processus et les ca rac tEr i s t iques dEveloppEs par le melange V A S E / 7 9 RN 10 n ' E t a i e n t nu l l ement prEvisibles et aucun autre test n ' ava i t 6re tentE auparavant .

En raison du coot ElevE actuel d u 79 RN 10 sous la forme d ' u n e poudre, il n ' a EtE e n v i s a g e que des dosages 5. trbs fa ibles concen t ra t ions pour rEal i s e r l ' ob j ec t i f de cette pre- miere approche.

Mode op~ratoire

A un poids humide donnd de vase, il est ajoute, puis melange , un poids en poudre de 79 RN 10 Equivalent h �9

[ ~chantil lons p o u r c e n t a g e s : 0,1% 0,2 % 0,3 %

i 3.II.41 (3/02/1993) teneur e n eau w.,t = t84,5 %

t 3.II.51 (15/02/1993) teneur e n eau w,,t = 168,3 %

Les prEl~vements de vases (3 . I I .4 et 3.II.5) des t ines 5. fitre traitEs par le supe r - abso rban t p e s a i e n t chacun 200 g. Ces Echant i l lons ont EtE ensui te p l a c e s dans des petits bacs en a lumin ium, puis soupoudres pa r les quantitEs de 79 RN 10 co r re spondan t aux diffErents d o s a g e s 5. obtenir . Le me lange vase / supe r -abso rban t est realis6 p a r malaxage, immedia te - ment aprEs le soupoudrage , h l ' a i d e d ' u n e spatule d ' ac ie r .

Planche photographique 1 : Ultrastructure de vases de Loire rEcentes (port de plaisance de Trentemoult. agglomeration nantaise. Loire-Atlantique), Microscopie Etectronique b. Balayage (JEOL JSM-35C, FacultE des Sciences et des Techniques, Nantes.

photo 1 : Echantillon 3/02/93, grandissement x 2000, melange hEtErogfne de debris carbonates et siticeux d'origine organique (bioclastes, be, bs), d'amas rninEraux carbonates (ac) ou argileux (aa). Les espaces poreux sont assez rEguliers et de forme circulaire (pores, p).

photo 2 : 6chantillon 15/02/93, grandissement x 720, melange hdtErogfne de debris d'origine organique (bioclastes. bc, bs) et d'amas riches en silts (< 1 ~tm) (s) ou argileux (aa). Presence d'un cristal automorphe (na). sans doute (NaCI), en bordure d'un rEseau ouvert constituant le type de porositE le mieux marque (pro).

photo 3 : Echantillon 15/02/93, grandissement x 2000. detail montrant le rEseau poreux ouvert (pm), un bioclaste (b), un ames bactErien (ab) dans une microstructure argileuse en ,~ nids d'abeilles ~ (ma).

photo 4 : Echantillon 3/02/93. grandissement • 3600, areas bactEriens (ab) et bactEries isolEes en forme de b&tonnets (bb). Support carbonate (boue rrricritique de cristallinitE < 1 p.m) pour l'amas bactdfien et support phylliteux b. argileux pour les hactEries isolEes en forme de bhtonnets.

photo 5 : Echantilton 3/02/93. grandissement x 32000, colonie bactErienne disposEe en rosaces.

photo 6 : Echantillon 15/02/93, grandissement x I0000. bactfries en b,atonnets sur un support argileux.

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Le melange fait tr~s rapidement prise et la cohesion du melange cro~t rEguli~rement.

La premiere modification physique apportEe par l 'adjonc- tion de 79 RN 10 conceme la teneur en eau. Pour l 'ensem- ble des vases traitEes, la teneur en eau finale apparente est nettement infErieure h la teneur en eau initiale (Tableau 3).

Tableau 3 : Evolution de la teneur en eau initiale avec le traitement par le 79 tLN 10 (vases de Trentemouit, agglomeration nantaise, Loire-Atlantique).

t e n e u r en eau init iale 7 9 RN 10 t e n e u r en eau f inale

3.II.42 184,9 (%) 3.II.43 184,9 (%) 3.11.44 184,9 (%)

3.II.52 168,3 (%) 3.II.53 168,3 (%) 3.II.54 t68,3 (%)

0,1% 0,2 % 0,3 %

0,1% 0,2 % 0,3 %

80,48 (%) 79,14 (%) 74,12 (%)

78,87 (%) 76,57 (%) 71,91 (%)

Ces rEsultats ont ErE obtenus en respectant le mode opera- toire habituel de la mesure de la teneur en eau, apr~s passage ?a l'Etuve 105~ pendant 48 h (jusqu'h poids cons- tant) et remise ~t temperature ambiante dans une cure "~ dessiccateur. I1 n 'a donc pas EtE tenu compte de l'Eventuel comportement en temperature du 79 RN 10.

Si l 'on consid~re les valeurs (en pourcentage) de la dimi- nution de teneur en eau obtenues pour les diffErents dosa- ges de 79 RN 10, on remarque que la teneur en eau initiale (naturelle) a EtE globalement diminuEe de moitiE (ta- bleau 4).

Tableau 4: Pourcentages de diminution de la teneur en eau naturelle initiale par adjonction de super-absorbant (79 RN 10). Vases de Trentemoult (agglomEration nantaise. Loire-Atlantique).

Echanti l lons w nature l l e 9 RN 10

3.II.42 3.II.43 3.II.44

3.II.52 3.II.53 3.II.54

d i m i n u t i o n w

I84,9 % ] 56,5 % 184,9 % / 58,0 % 184,9% 6 0 , 0 %

168,3 % 53,1% 168,3 % i 54,5 % 168,3 % ~. 57,3 %

0,1% 0,2% 0,3%

0,1% 0,2% 0,3%

Les valeurs des pourcentages de diminution de la teneur en eau ne sont pas ou peu dispersEes et elles sont peu diffEren- tes selon les dosages de 79 RN 10 utilisEs (0,1-0,2-0,3 %).

Au regard des deux teneurs en eau initiales, il semble que se soient les vases de plus forte teneur en eau qui soient celles qui rEagissent le mieux au traitement par 79 RN 10. Cependant, la reaction vase/super-absorbant Etant liEe b. la lois ?a l 'eau contenue, ~ la nature minEralogique et granu- lomEtrique des vases (et, sans doute au pourcentage de mati~res organiques contenues), il convient donc d'exami- ner de fa~on plus approfondie ce point.

CStE minEralogie (tableau 2), il a EtE note que seuls les pourcentages relatifs en minEraux changeaient, notamment la valeur des pourcentages en minEraux ~ 14 A ~ (vermicu- lite-montmorillonite). En effet, les Echantillons 3.[I.5 en contiennent 2 h 5 % de plus, soit entre 7 et 10 %, contre 5 %

en 3.II.4. Ces valeurs sont confirmEes (ou expliquEes) par les rEsultats de la valeur au b leu de methylene (tableau 2). De plus, le pourcentage en mati~res organiques est plus fort darts l'Echantillon 3.II.4 (7 %) que dans l'Echantillon 3.II.5 (< 2%). Ces differences peuvent 8tre rEsumdes clans le tableau suivant (tableau 5).

Tableau 5 : DiffErences mesurEes et observEes dans les structures, les compositions minEralogique et organique et quelques propriE- tEs physiques des vases (3.11.4 - 3/02/1993 et 3.II.5 - 15/02/1993"), Port de Trentemoult (agglomEration nantaise, Loire-Atlantique).

~ehantillon 3,II.4 3.11.5

w initiale rainEraux 5. 14 A ~ Valeur de bleu mati~res organiques granulomEtrie : (% < 0,02 ram) ultrastructure

184,9 % 5% 2,18 7%

< en 3.II.4 assez fermEe

168,3 % 5 b. I0% 2,97 < 2 %

> en 3.II.5 plus ouverte

Ces differences vont avoir une influence sur la reaction de prise du melange vases-79 RN 10 et il est dEjh pratique- ment certain que le pourcentage en mindraux ~ 14 A ~ associ6 aux pourcentages plus 61evEs en particules < /t 0,02 ram, est en pattie responsable de l'existence d 'une teneur en eau initiale infErieure (3.II.5) et que la structure plus ouverte (3.II.5), associEe h des pourcentages minEraux plus favorable ~ la reaction de prise lors du melange avec 79 RN 10, m~me avec une teneur en eau plus faible. II faut donc, une fois encore insister sur la connaissance de l 'ul- trastructure et des liaisons obtenues clans ces vases, ainsi que sur la precision ~ donner ~. cette analyse.

Auparavant, il faut signaler que les Echantillons non traitEs (3.II.4 et 3.II.5) ont Et6 pesEs apr~s passage ~ l'6tuve et stockEs dans des sachets plastiques transparents, lesquels ont 6tE ensuite scellEs. Ces Echantillons, m~me exposes au soleil, sont testes inertes et il n ' es t apparu aucune trace de condensation sur les parois des sachets.

A 1'inverse, les 6chantillons du melange vase + 79 RN I0, traitEs et stockEs de la m~me fa~zon, ont tous prEsentEs un relargage d'eau plus ou moins important qui se traduit par la presence de condensation et de gouttes d'eau sur les parois des sachets plastiques entre 24 h et 48 h apr~s la mise en sachets. De plus, quelques jours plus tard et avec un <(effet de serre ,, ainsi provoqu6, il est apparu une germina- tion des spores contenues dans les vases et la croissance des plantules s'est poursuivie jusqu'/~ atteindre 3 ~ 4 cm.

Ce phEnom~:ne inattendu et non observe dans les 6chan- tillons non traitEs avec le 79 RN 10 doit ~tre attribu6 b. son actif. La reaction de prise du 79 RN 10 utilise les particules minErales et une partie de [ 'eau interstitielle qui devient alors une eau de constitution ; la reaction de prise crEe, de par la nouvelle structure qui se constitue, un rEseau stable qui va piEger une autre part de l ' eau interstitielle restante. Une grande part de l 'eau interstitielle libre initialement va ainsi ~tre utilisEe et piEgEe. Cette eau ne peut ~tre restituEe lors du passage h l'6tuve. I1 en r6sulte donc une dimNution spectaculaire de la teneur en eau, mais celle-ci n 'est qu'ap- parente. Le nouveau matEriau est riche en carbone (apport du 79 RN 10 et des mati~res organiques incluses dans le

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rdseau) et contient de l'eau. Ces 61dments organiques et la prdsence d'eau favorisent le ddveloppement des spores. D'autre part, le rdseau poreux et les liaisons construites dans le matdriau ne sont pas totalement fermds (dosages 79 RN I0 faibles) et l 'eau interstitielle va etre progressive- ment relargude dans le temps (dessiccation) ou utilisde par des organismes vdgdtaux.

Le nouveau matdriau pr~sente de ce point de rue les carac- tdristiques d'un sol agraire ou d 'un milieu favorable au ddveloppement de cultures.

La structure acquise par les vases 5. la suite de leur traite- ment avec le 79 RN 10 dolt 5. son tour 6tre analysee au Microscope Electronique "a Balayage. [1 s'agit d 'un nou- veau matdriau.

5. Analyse ultrastructurale du m61ange vase/super-absorbant

Les 6chantillons de vases traitdes destines ~ l 'analyse au MEB ont dtd pr~pards de la m~me fagon que pour les vases non traitdes, ?~ la diffdrence pros que les dchantillons traitds prdsentaient une cohdsion suffisamment forte pour que les <~ plots ~, puissent etre ddcoupds au cutter avant d'dtre col- lds, directement sur les supports MEB, puis mdtallisds.

D'une mani~re gdndrale, les nouvelles structures apparais- sent comme principalement const!tudes par des agrdgats de polym~res presque non ~pollu~s>, au sein d 'un rdseau h6tdrog~ne de particules min6rales et organiques lides par du polym~re. II y a doric bien eu r~action de prise entre les trois phases principales prdexistantes : le 79 RN 10, les mati~res organiques et mindrales et I'eau interstitielle con- tenue. La dimension des agrdgats paratt ~tre conditionnde par la valeur de la teneur en eau initiale, d'ofl les differences de dimension des agrdgats issus des deux dchantillons initiaux.

La modification radicale de la structure des vases et leur transformation en un matdriau fondamentalement diffdrent est montrde sur la planche photographique 2 (photos 7 5. ~0).

Les photographies 7 et 8, prises en mode rdtro-diffusd afin d'accentuer les contrastes de phase entre les constituants, montrent ces structures ~< polymdrisdes,,. La photographie 7 (dchantillon 3.II.5, what 168,3 %) prdsente une structure constitude par de grands all,merits de polym~re pratique- merit pur, plus ou moins solidement lids ~ un rdseau h~t& rog~ne de polym~re-particules mindrales (photo 9). L a photographie 8 (dchantillon 3.II.4, wnat 184,9 %) prdsente une structure plus fine, mais d'aspect tr/zs hdtdrog~ne : il y a peu d'dl~ments de potym~re put et il n 'y appara~t pas de rdseaux de discontinuitds nets, alors qu'il semble yen avoir d'avantage dans les dchantillons de vases 3.II.5.

Ces diffdrences de structure semblent ~tre inddpendantes du dosage en 79 RN 10 et il n 'a pas dtd constatd de variation majeure entre les dchantillons traitds ~ 0,1%, 0,2% et 0,3 %.

Si l 'on continue ~ descendre dans l'dchelle d'observation (grandissements de plus en plus ~levds), les liaisons entre les agrdgats de polym6re presque pur et les rdseaux hdtdro- g~nes polym~re-particules mindralo-organiques, il faut

bien constater que l 'existence de rdseaux de discontinuitds dolt ~tre correctement analysde.

Les liaisons crddes par la rdaction de prise du polym~re se distinguent sur les photos 9 et 10 de diff~rentes fa~ons. Dans le premier cas, il y a, soit agrdgats de polymdre put et liaisons par de petits ponts de polym~re, ce qui entraine une structure assez ouverte, alv6olaire localement (pho- to 9). Ces liaisons s'~tabtissent dans une vase o~ la quantitd d'eau intertitielle est importante, mais o8 la matibre orga- nique (7 %) a, d~s l 'origine (avant mdlange), tendance h lier les dldments constitutifs. Ces liens dtant difficiles h briser sans augmentation de la tempdrature, la rdaction de prise se ddveloppe de fa~on privildgide dans les espaces ~<li- bres,,. A l'inverse, dans la vase moins riche en mati~res organiques et o~ les mindraux h 14 A ~ sont ddjh responsa- bles d 'un pi6geage de l'eau, la structure plus l~tche 5. l 'ori- gine favorise la rdaction de prise. Les agrdgats (polym~res et organo-mindraux) sont alors relids par un rdseau dense de polym~re (photo 10). Ce rdseau se traduit par la <~ fabri- cation ,~ de multiples ponts et de ~< chaines ~ bien individua- lisdes. Ces derni~res assurent la cohdsion du matdriau de fagon plus nette et plus active, m~me si le dosage est le marne que dans le cas prdcddent.

La rdaction de prise est doric influencde par la structure initiale malgrd le remaniement obligatoire lots de l' adjonc- tion du 79 RN 10, par la prdsence ou l 'absence de mati~res organiques (gel) et, vraisemblablement par les dimensions et les pourcentages relatifs en mati~res mindrales. Dans les deux cas, on peut penser que Ia rfiaction de prise des vases avec le super-absorbant est ici favorisde par un pourcentage relativement dlevd en carbonates (calcite + dolomite > 10%), ce qui correspond g la rdaction chimique de prise prdvue pour le produit ~ l 'origine.

Conclusion

Compte-tenu de l 'ensemble des rdsultats obtenus, on peut considdrer que la variabilitd des valeurs des diffdrents param~tres mesurO, s n 'a de rdelle signification que si l 'on tient compte des param~tres dimensionnels et de Fin- fluence de la mati~re organique (hors bioclastes). Cette signification prend tout son sens lorsque l 'on consid~re les diffdrentes valeurs de la cohdsion naturelle.

Le traitement des vases intactes ~ l'aide d'un super absor- bant a une action immddiate sur la cohdsion. Celle-ci croR tr~s rapidement en raison de la diminution apparente de la teneur en eau initiale. Le processus de prise du mdlange vase-super absorbant est lid ~ la fois ~ la valeur de la teneur en eau initiale, 5. Ia nature mindralogique et granulom~tri- que des particules min~rales ainsi qu'5 la valeur du pour- centage en mati~re organique contenu dans les vases. Ces param~tres sont en effet responsables de la rdpartition spatiale des constituants et, en consdquence, de la structure initiale de la vase. La rdaction de prise est meilleure lorsque les vases poss~dent initialement une structure ouverte et une phase mindrale importante, m~me si leur teneur en eau est dlevde. Les transformations dues au mdlange vase-super absorbant, puis ~ la rdaction de prise, se traduisent d 'une part par un remaniement obligatoire, d'autre part par la crdation d 'une nouvelte structure plus ou moins rigide et

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permanente dans le temps, donc .hun nouvel dtat physique et hun matdriau diffdrent.

Ce nouvel 6tat physique et la coh6sion obtenue permettent d 'envisager d 'une fa~on durable ou provisoire le stockage des vases, facilitent leur manutention et leur transport. D'autre part, la rdaction de prise mdlange (vase/super ab- sorbant) a l 'avantage considdrable d 'uti l iser une grande part de l 'eau contenue (vases intactes) et d 'en pidger une autre pattie de facon non nrgligeable. Ce dernier point peut

faire envisager une utilisation directe du mrlange h des fins agricoles (fertilisant, sol artificiel) en raison d 'un apport carbone-eau au sein d 'un support stable et de structure permanente.

Ces donnres sont 6videmment tr~s partielles, mais elles permettent cependant d 'envisager des pistes de recherche sur le devenir et sur l 'ut i l isat ion des vases dont les volumes dragurs annuellement sont considrrables.

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8

9 10

PIanche photographique 2 : ultrastructure de vases de Loire r6centes traitres par super-absorbant 79 RaN 10 (port de p la i sance de Trentemoult, agglomrra t ion nantaise, Loire-Atlantique), Microscopie Electronique b. Balayage (JEOL JSM-35C, Facult6 des Sciences et des Techniques, Nantes).

photo 7 : 6chantillon 3.II.53, dosage 0.2 %. Grandissement • 240, mode rrtro-diffus6 : aspect grn6ral d 'une vase trait6e mont ran t une structure irrrguli~re avec des ~lrments de po lymrre @ars et englobant des 616ments minrraux et organiques de dimensions vari6es. Les rdseaux de discontinuitrs sont aux diffrrents interfaces.

photo 8 : 6chantiIlon 3.II.43, dosage 0,2 %. Grandissement x 400. mode rrtrodiffus6 ; aspect de la structure acquise par la vase : 61,Sments de polym~re pur et m~lange hr t r rog~ne polym~re/mati~res minrrales et organiques. Les r~seaux de discontinuitt~s sont les plus ouverts aux interfaces avec les e~l~,ments de poiym~re.

photo 9 : 6chantillon 3.I1.53, dosage 0,2 %. Grandissement • 2000 ; drtail de l ' interface entre polym~re et phase min6ro-organique montrant Ies liaisons entre les constituants.

photo 10 : 6chantillon 3.I1.43, dosage 0,2 %. Grandissement x 4000 ; drtail des rrseaux en polym~:re pur liant les ~lrments organo-min~raux constitutifs. Les rrseaux de discontinuitrs apparaissent ici moins continus et plus fermrs que le laissait penser la photo 8.

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Bibliographie sommaire

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