Nouveaux matériaux élaborés à partir de matières premières

Sujet de thèse 2016 : Nouveaux matériaux élaborés à partir de
matières premières secondaires
Encadrant(s) :
Etablissement :
Laboratoire :
Contact mél :
Téléphone :
Rémy Gourdon (PR) et Denise Blanc (MCF)
INSA de Lyon
Laboratoire DEEP, Bât. Sadi Carnot
[email protected]
04 72 43 88 41 / 04 72 43 81 90
Contexte et objectifs de la thèse
Du fait de ses obligations en matière de gestion des eaux pluviales, de traitement des eaux
usées et de valorisation énergétique des déchets ménagers et assimilés, une collectivité se
trouve également en situation de devoir assumer la gestion des résidus issus de diverses
installations, et en particulier les sédiments de curage des bassins de rétention d’eaux
pluviales, les cendres issues de l’incinération de boues de station d’épuration et les mâchefers
d’incinération de déchets non dangereux.
Pris isolément, chacun de ces déchets même classés comme non dangereux (ce qui peut
nécessiter une validation compte tenu de leurs statuts d’entrées miroirs) rencontre des
difficultés pour sa valorisation, que ce soit en raison notamment d’une composition
incompatible avec une valorisation agricole par épandage (cas des sédiments de bassin de
rétention), incompatible avec la fabrication de ciment (cas des cendres de boues de STEP) ou
encore de la suspicion d’un risque environnemental incompatible avec une valorisation en
technique routière (cas des mâchefers).
La stratégie proposée dans le cadre de cette thèse pour reconsidérer la valorisation de ces
déchets consiste non pas à trouver une filière « exutoire » pour chacun de ces déchets, en
l’état, permettant d’éviter leur stockage, mais à concevoir des matériaux de construction
correspondant à un besoin local (et en premier lieu à la demande exprimée par la maîtrise
d’ouvrages de la collectivité dans sa programmation de travaux à venir) à partir de matières
premières secondaires (MPS) préparées spécifiquement à partir de chacun des gisements de
déchets concernés.
Ce concept s’appuie en effet sur le principe selon lequel chacun de ces déchets peut
présenter, de par ses propriétés physiques et chimiques, sa composition et/ou sa constitution
minéralogique, une réelle fonction utile dans la conception de matériaux de construction. La
conception de ces matériaux doit également permettre de garantir l’acceptabilité
environnementale de l’utilisation de ces matières premières secondaires.
Ainsi, la démarche proposée dans cette Thèse de Doctorat consiste à rechercher, parmi les
déchets concernés, les constituants ou les fractions les plus appropriés pour la conception des
matériaux de construction qui seront employés localement dans des usages en BTP non
structurants, et à préparer ces matières premières secondaires de sorte qu’elles permettent
l’élaboration d’un matériau performant et durable d’un point de vue technique et
environnemental.
Méthodologie
Pour répondre aux différents objectifs présentés précédemment, la thèse se déroulera selon
un programme planifié en différentes tâches sur 3 ans, décrit synthétiquement ci-après :
 Etape I : Sélection des déchets (Bibliographie : Utilisation en BTP des cendres, mâchefers et
sédiments ; Echantillonnage et prélèvement des 3 types de déchets ; Caractérisation
sommaire des 3 types de déchets)
 Etape II : Choix des scénarios (Statut de déchet dangereux/non dangereux ; Caractérisation
approfondie de trois matrices – et notamment rôle du soufre et du phosphore ; Etude
d’évolution à 6 mois du sédiment sélectionné ; Comparaison aux référentiels
environnementaux ; Conformité aux référentiels techniques liants ; Conformité aux
référentiels techniques granulats).
 Etape III : Validation des matériaux et des couples matériau/scénario (Etude d’évolution à 12
mois du sédiment sélectionné ; Formulations ; Identification des besoins éventuels de
traitement et de travaux complémentaires).
 Etape IV : Evaluation des matériaux et des couples matériau/scénario – Echelle laboratoire
(Validation géotechnique et durabilité des matériaux de construction ; Etude
environnementale des matériaux à l’échelle laboratoire ; Synthèse des résultats)
Partenaires opérationnels et financement de la recherche
Ce projet de thèse de Doctorat sera adossé à un programme de Recherche et sera conduit
avec le soutien technique et scientifique d’une collectivité.