GUIDE TECHNIQUE REGIONAL RELATIF A LA METHODOLOGIE

GGUUIIDDEE TTEECCHHNNIIQQUUEE RREEGGIIOONNAALL RREELLAATTIIFF AA LLAA

MMEETTHHOODDOOLLOOGGIIEE DDEE GGEESSTTIIOONN DDEESS SSEEDDIIMMEENNTTSS DDEE DDRRAAGGAAGGEE PPOORRTTUUAAIIRREE

Démarche PREDIS Nord Pas de Calais Groupe de travail n°5

*

SSOOMMMMAAIIRREE –– PPRREEAAMMBBUULLEE

EETTAABBLLIISSSSEEMMEENNTT DDUU DDOOCCUUMMEENNTT

LLEESS PPAARRTTEENNAAIIRREESS DDUU PPRROOJJEETT

LLEE PPRREEDDIISS

GGUUIIDDEE TTEECCHHNNIIQQUUEE RREEGGIIOONNAALL

RREELLAATTIIFF AA LLAA MMEETTHHOODDOOLLOOGGIIEE

DDEE GGEESSTTIIOONN DDEESS SSEEDDIIMMEENNTTSS DDEE

DDRRAAGGAAGGEE PPOORRTTUUAAIIRREE

Sommaire

Guide technique régional relatif à la méthodologie de gestion des sédiments de dragage portuaire

i

SOMMAIRE

SOMMAIRE ........................................................................................................................................... i

PREAMBULE ....................................................................................................................................... v

1. CONTEXTE DU PROJET ...................................................................................................................... V 1.1. Contexte général ............................................................................................................................. v 1.2. Les enjeux du projet...................................................................................................................... vi 1.3. Renforcement des compétences locales ...................................................................................... vii 2. OBJECTIFS DU PROJET ................................................................................................................... VIII 2.1. Les objectifs généraux du projet ................................................................................................ viii 2.2. Méthodologie générale de l’étude................................................................................................. ix

ETABLISSEMENT DU DOCUMENT ..........................................................................................XIII

SECRETARIAT..................................................................................................................................... XIII RESPONSABLE DE LA PUBLICATION.................................................................................................. XIII REDACTION DU DOCUMENT............................................................................................................... XIV EXECUTION DU PROGRAMME D’ESSAIS ............................................................................................ XIV ONT APPORTE LEUR CONTRIBUTION A LA REDACTION DU DOCUMENT ......................................... XIV

PARTENAIRES DU PROJET..........................................................................................................XV

PREDIS - PLAN REGIONAL D’ELIMINATION DES DECHETS INDUSTRIELS SPECIAUX...........................................................................................................................................................XVII

LE PREDIS : UN OUTIL PROSPECTIF ............................................................................................... XVII UNE DEMARCHE CONSENSUELLE PERENNE..................................................................................... XVII

INTRODUCTION................................................................................................................................. 1

1. PHASE DE CARACTERISATION DES MATERIAUX DE DRAGAGE.................................. 5

1.1. PRESENTATION DE LA METHODE ................................................................................................... 6 1.1.1. Etape d’étude du site ................................................................................................................... 7 1.1.2. Etape de zonage ........................................................................................................................... 9 1.1.3. Etape d’échantillonnage et d’analyse ...................................................................................... 10 1.1.4. Etape de traitement des données.............................................................................................. 11

Sommaire


ii

1.2. APPLICATION AU PORT DE DUNKERQUE ..................................................................................... 15 1.2.1 Introduction ................................................................................................................................ 15 1.2.2. Définition de la zone d’étude .................................................................................................... 17 1.2.3. Synthèse de l’existant ................................................................................................................ 18 1.2.3.1. Résultats d’analyses ................................................................................................................. 18 1.2.3.2. Informations transposables sur plans........................................................................................ 18 1.2.4. Zonage ........................................................................................................................................ 21 1.2.4.1. Test dimensions........................................................................................................................ 22 1.3.4.2. Test rejets ponctuels ................................................................................................................. 22 1.2.4.3. Test façades portuaires ............................................................................................................. 23 1.2.4.4. Résultats du zonage .................................................................................................................. 24 1.2.5. Echantillonnage et Caractérisation – Analyses ...................................................................... 25 1.2.6. Traitement des données ............................................................................................................ 25 1.2.6.1. Paramètres chimiques............................................................................................................... 25 1.2.6.2. Paramètres biologiques............................................................................................................. 28 1.2.6.3. Paramètres physiques ............................................................................................................... 31 1.3. RESULTATS .................................................................................................................................... 33 1.3.1. Zonation granulométrique........................................................................................................ 33 1.3.2. Zonation des contaminants....................................................................................................... 35 1.3.2.1. Polluants régis par l’arrêté du 14 juin 2000.............................................................................. 36 1.3.2.2. Polluants non régis par l’arrêté du 14 juin 2000....................................................................... 37 1.3.3. Lutte à la source ........................................................................................................................ 38 1.4. CONCLUSION ................................................................................................................................. 39

2. VALORISATION DES MATERIAUX DE DRAGAGE PORTUAIRE .................................... 41

2.1. PRESENTATION.............................................................................................................................. 42 2.1.1. Analyses complémentaires........................................................................................................ 43 2.1.1.1. Analyses chimiques .................................................................................................................. 43 2.1.1.2. Analyses minéralogiques.......................................................................................................... 44 2.1.1.3. Analyses géotechniques ........................................................................................................... 45 2.1.2. Stockage des matériaux de dragage......................................................................................... 46 2.1.3. Formulation ............................................................................................................................... 46 2.1.4. Validation................................................................................................................................... 47 2.2. APPLICATION AUX SEDIMENTS PEU POLLUES DES PORTS DE GRAVELINES ET DUNKERQUE... 48 2.2.1. Présentation des sites d’application ......................................................................................... 48 2.2.1.1. Cadre de l’étude........................................................................................................................ 48 2.2.1.2. Port Autonome de Dunkerque .................................................................................................. 48 2.2.1.3. Port de Gravelines Grand Fort Philippe ................................................................................... 49 2.2.1.4. Choix des zones de prélèvement .............................................................................................. 50 2.2.2. Caractérisation des sédiments .................................................................................................. 52 2.2.2.1. Préparation................................................................................................................................ 52 2.2.2.2. Paramètres physiques et physico-chimiques ............................................................................ 55 2.2.2.3. Minéralogie .............................................................................................................................. 59 2.2.2.4. Comportement de la fraction fine............................................................................................. 62 2.2.2.5. Essais de lixiviation des sédiments bruts.................................................................................. 66 2.2.2.6. Propriétés mécaniques .............................................................................................................. 70

Sommaire


iii

2.2.2.7. Conclusion................................................................................................................................ 84 2.2.3. Elaboration d’une demarche de valorisation en technique routiere..................................... 84 2.2.3.1. Squelette granulaire .................................................................................................................. 84 2.2.3.2. Elaboration d’une formulation de matériau d’assise routière................................................... 95 2.2.3.3. Conclusions ............................................................................................................................ 112 2.2.4. Valorisation des sédiments fins en techniques routières : influence du pré-traitement.... 112 2.2.4.1. Procédés de séchage ............................................................................................................... 112 2.2.4.2. Tests et résultats sur le sédiment séché, en utilisant le procédé 1 .......................................... 114 2.2.4.3. Essais et résultats sur sédiment séché issu du procédé 2........................................................ 117 2.2.4.4. Conclusion.............................................................................................................................. 119 2.2.5. APPLICATION DANS LE CADRE D’UNE PLANCHE EXPERIMENTALE............................................ 120 2.2.6. Valorisation en coulis de comblement de réseaux ................................................................ 130 2.2.6.1. Prélèvement et stockage des boues......................................................................................... 130 2.2.6.2. Caractérisation géotechnique.................................................................................................. 131 2.2.6.3. Formulation ............................................................................................................................ 133 2.2.6.4. Etude de l’apport de l’adjuvantation ...................................................................................... 144 2.2.6.5. Synthèse sur la partie des boues de Gravelines ...................................................................... 147 2.2.6.6. Formulation de coulis à base des boues de Dunkerque (D) ................................................... 148 2.2.6.7. Conclusions et perspectives.................................................................................................... 151

3. OUTIL D’AIDE A LA DECISION MULTICRITERE ............................................................. 153

3.1. INTRODUCTION............................................................................................................................ 153 3.1.1. Les acteurs du projet et les bases de connaissance ............................................................... 154 3.1.2. Les données du projet ............................................................................................................. 155 3.1.3. Les contraintes du projet ........................................................................................................ 155 3.1.4. L’évaluation environnementale et l’aide à la décision multicritère.................................... 155 3.1.5. Conclusion................................................................................................................................ 158 3.2. APPLICATION AU PORT AUTONOME DE DUNKERQUE .............................................................. 159 3.2.1. Introduction ............................................................................................................................. 159 3.2.2. Données et contraintes du projet............................................................................................ 159 3.2.2.1. Données .................................................................................................................................. 159 3.2.2.2. Contraintes.............................................................................................................................. 160 3.2.3. Identification des scénarios potentiels ................................................................................... 160 3.2.4. Evaluation environnementale................................................................................................. 163 3.2.4.1. Modèle P.E.R. ........................................................................................................................ 163 3.2.4.2. Guide d’évaluation ................................................................................................................. 164 3.2.4.3. Suivi environnemental............................................................................................................ 166 3.2.4.5. Conclusion.............................................................................................................................. 169 3.2.5. Mise en œuvre de l’outil d’aide à la décision multicritère ................................................... 169 3.2.5.1. Définition des critères d’évaluation........................................................................................ 169 3.2.5.2. Proposition d’évaluation du projet ......................................................................................... 170

BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................ 187

Préambule


v

PREAMBULE

Ce guide a été établi dans le cadre du PREDIS (Plan Régional d’Elimination des Déchets Industriels Spéciaux) de la Région Nord-Pas de Calais. Son objectif est de permettre une gestion des opérations de dragage dans un cadre de bonne gouvernance territoriale. Ce guide a été élaboré en partenariat avec différents ports, différents industriels de la région et en relation avec les institutions concernées.

11.. CCoonntteexxttee dduu pprroojjeett

Cette partie permet de mettre en évidence le contexte de l’étude et les enjeux qui en découlent, qu’ils soient environnementaux, économiques ou sociaux.

1.1. Contexte général

La Région Nord Pas-de-Calais possède une façade maritime importante, se trouvant au cœur de l’Europe du Nord. Cette situation privilégiée a favorisé un trafic maritime très dense, avec l’implantation de zones portuaires ou industrialo-portuaires, destinées aux trafics marchandises et voyageurs transmanche et international. Ces zones ont nécessité l’installation de vastes infrastructures portuaires, qui imposent un entretien spécifique. En effet, le transit littoral des matériaux en suspension, lié à l’importance des courants de marée, provoque une sédimentation dans les ports pouvant atteindre 4 mètres par an dans l’avant port ouest de Dunkerque. Des milliers d’heures d’intervention sont nécessaires pour évacuer ces matériaux qui viennent se déposer en permanence en fonction des cycles de marées. Le dragage revêt donc une importance primordiale pour le maintien de la navigation dans les ports et les chenaux d’accès de la Région Nord-Pas de Calais. Le bilan des dragages fait apparaître une quantité considérable de matériau type vase. Les vases représentent environ 75% des dragages locaux. La Région Nord-Pas de Calais semble accuser des volumes considérables, soit 3 à 4 millions de m3 par an [ALZIEU et QUINIOU, 1999].

Préambule


vi

L’entretien permanent des profondeurs permet l’accueil de plus de 3200 navires sur l’ensemble des terminaux d’exploitation (conteneurs, pétrochimie, aciers, céréales, sidérurgie, vracs liquides, marchandises diverses, sucres, …). Le trafic marchandise représente 45 millions de tonnes transitant sur une vaste plate-forme multimodale combinant tous les modes de transport terrestres (autoroutes, voies ferrées) et fluviaux (canal à grand gabarit). La gestion stratégique des opérations de dragage représente une dépense de l’ordre de 3 millions d’euros par an pour une activité économique portuaire évaluée à 130 millions d’euros. Les conventions internationales et la nouvelle réglementation en matière d’immersion conduisent à une protection renforcée de l’environnement. La gestion des travaux est orientée désormais vers les aspects techniques et économiques, vers les aspects environnementaux, sanitaires et sociaux en privilégiant progressivement la valorisation des matériaux (sable, vase) comme solution alternative et complémentaire à l’immersion (rejet en mer) dans un souci accru d’une gestion écologique des ressources naturelles fondées sur le développement durable. Ainsi, la région Nord Pas-de-Calais s’est engagée dans une démarche visant à améliorer la gestion de ces matériaux de dragage, en partenariat avec différents ports, centres de recherche et entreprises.

1.2. Les enjeux du projet

La gestion par la valorisation des matériaux issus du dragage représente un enjeu économique marqué. Il y a 10 ans environ, le PAD (Port Autonome de Dunkerque) a entamé une démarche de valorisation des sables marins issus des dragages d’entretien afin d’améliorer les pratiques environnementales tout en recherchant des solutions alternatives à l’immersion des produits. L’objectif fixé a été atteint à 100% avec une valorisation des volumes qui a progressé de façon exponentielle et qui continue encore son développement en offrant aux entreprises locales un matériau utilisable dans de nombreux secteurs du BTP, notamment routier. Economiquement, cette valorisation permet aussi d’amortir les dépenses de dragage tout en répondant à des attentes environnementales et sociales fortes en raison des sites balnéaires et des activités de pêche industrielle de la région Nord Pas de Calais. Par ailleurs, cette région très urbanisée est pauvre en matériaux rocheux de qualité, et de précédentes expériences ont montré l’intérêt économique d’utiliser certains matériaux de substitution dans le cadre de la construction d’infrastructures autoroutières de la région lilloise. L’ambition est de poursuivre cette action sur un matériau dont le gisement naturel par le transit littoral et la sédimentation représente un potentiel stable évalué annuellement à 2 millions de tonnes de matière sèche correspondant non plus à un sable mais à un limon, produit généralement dénommé « vase ou boue ». Les ports de Calais, Boulogne et de Gravelines sont aussi concernés par cette problématique et sont, à ce titre, associés au projet.

Préambule


vii

L’objectif économique et environnemental est plus difficile à atteindre, sauf à considérer que certains limons sont également valorisables en BTP, d’autres présentant une relative contamination nécessitant des étapes de traitement préalables. La démarche économique repose sur des fondements environnementaux liés aux contraintes de plus en plus lourdes de l’immersion tout en poursuivant le développement de la commercialisation de gisements de matériaux dont l’extraction régulière est incontournable pour le maintien permanent de la sécurité maritime, de la navigation commerciale des ports de la région Nord Pas de Calais.

La démarche initiée a donc pour finalité de structurer encore mieux que par le passé la politique de valorisation en associant d’avantage les décideurs régionaux, les centres scientifiques, les entreprises et industriels du BTP ainsi que les entités portuaires dans un souci de synergie et d’optimisation du processus d’étude, de traitement et de valorisation ou de commercialisation des produits dragués. La rentabilité globale de l’approche « valorisation des boues de dragage en BTP » repose sur différents axes :

réduction à moyen terme des nuisances environnementales tout en poursuivant l’activité économique portuaire,

mise en place de solutions alternatives à l’immersion telles que stockage, traitement et/ou valorisation des matériaux,

réduction des dépenses de dragage pour une commercialisation active des produits permettant également de prendre en charge certains coûts élevés de traitements,

orientation progressive vers une approche « d’écologie industrielle » qui pourrait reposer sur l’implantation locale de certaines industries dont le besoin en sable ou en limon puisse correspondre au souci actuel de ports de voir évacuer leurs produits de dragage en limitant les nombreux rejets en mer.

1.3. Renforcement des compétences locales

Le Département Génie Civil de l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Douai mène depuis plusieurs années des recherches fondamentales ou appliquées dans le domaine de l’interaction entre les matériaux du Génie Civil et l’environnement. La valorisation de co-produits industriels est une activité de recherche pour laquelle le département Génie Civil est aujourd'hui un acteur important sur le plan national. Les recherches menées dans ce cadre visent à répondre à une demande industrielle pouvant avoir des incidences sur le développement durable. Dans ce cas, il faut non seulement vérifier les critères de lixiviation d’éléments toxiques, mais aussi la compatibilité des constituants utilisés pour le béton ou la route afin de garantir une bonne durabilité. Parallèlement, l’utilisation de co-produits est conditionnée à l’étude du comportement mécanique de ces matériaux soumis à différents types de sollicitations complexes. Ces compétences ont permis d’être à la base de la réalisation des « Guides techniques régionaux relatifs à la valorisation des déchets et co-produits industriels » dans le cadre du

Préambule


viii

groupe de travail N°5 du PREDIS Nord – Pas de Calais. D’autres études sont en cours sur les scories métallurgiques, les laitiers sidérurgiques, des Mâchefers d'Incinération d'Ordures Ménagères (MIOM). La présente étude va ainsi permettre le renforcement des compétences du Département Génie Civil et de la Région Nord – Pas de Calais dans le domaine de la valorisation en génie civil de certains matériaux.

22.. OObbjjeeccttiiffss dduu pprroojjeett

Ce travail comporte plusieurs objectifs, visant à une meilleure gestion des boues de dragage. Pour ce faire, une méthodologie a dû être développée.

2.1. Les objectifs généraux du projet

Les ports du Nord-Pas de Calais sont en général situés à proximité de sites urbains et de secteurs où règne une importante activité industrielle. Les matériaux de dragage de ces ports sont souvent contaminés par des métaux lourds et/ou des composés organiques. Outre le risque de contamination des différentes composantes de l’environnement (l’eau, les organismes aquatiques…) lié à la manipulation de tels sédiments, se pose la question de la gestion de ces matériaux de dragage. A partir de ce qui précède, deux questions s’imposent :

à partir de quelles teneurs en polluants, le matériau dragué est-il considéré comme contaminé ?

à partir de quelle teneur mesurée, ce polluant présente-t-il un danger réel pour l’environnement ?

Il est donc primordial d’avoir des références pour évaluer le degré de pollution des sédiments dragués et par la suite de pouvoir prendre des décisions concernant leur valorisation en B.T.P. Cependant, l’aspect valorisation sera conforme à l’esprit de la convention de Londres (1972) [ECOLEX, 2005].

L’immersion au large des sédiments de dragage est le mode d’évacuation le plus utilisé dans la gestion de ces sédiments. A cause des courants marins, une partie des matériaux évacués est redistribuée dans le milieu aquatique. Cette méthode soulève des préoccupations environnementales majeures, notamment le risque de dispersion des contaminants. L’immersion en mer des matériaux de dragage contaminés est réglementée par la loi sur l’immersion 1976, la loi sur l’eau 1992 et l’arrêté ministériel de juillet 2000 qui fixe désormais des seuils de référence sur la toxicité [LEGIFRANCE, 2005]. L’entreposage des sédiments de dragage (contaminés ou non) est également utilisé comme solution alternative à l’immersion.

Préambule


ix

A titre d’exemple, les sédiments de dragage du Port Autonome de Dunkerque proviennent de plusieurs sources :

l’avant port Est : ces sédiments sont faiblement contaminés, les bassins intérieurs : ces sédiments sont fortement contaminés.

Les sédiments de dragage prélevés sont chargées en métaux, en Poly Chloro Biphényls (PCB), en Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) et substances organiques dépassant parfois les limites admissibles pour l’immersion. Les responsables de ces ports, très conscients de l’évolution des réglementations nationales et européennes vers une plus grande exigence, se fixent comme objectif de trouver de nouvelles voies d’évacuation (stockage sécuritaire et valorisation ultérieure). Au niveau de la valorisation des matériaux de dragage, la réutilisation des sédiments peut intéresser plusieurs domaines tels que l’environnement et le génie civil. Les voies possibles de valorisation de ces sédiments sont nombreuses parmi lesquelles figurent :

les travaux routiers, la fabrication de briques, de pavés, l’utilisation dans les enrobés, les coulis pour le comblement des réseaux, …

L’objectif de ce guide est de proposer, d’une part une méthodologie de gestion et de valorisation des sédiments de dragage (Parties I et II), et, d’autre part, un outil général d’aide à la décision pour le pilotage des opérations de dragage et de mise en dépôt de ces sédiments qui tiendra compte de la méthodologie de gestion (Partie III).

2.2. Méthodologie générale de l’étude

Une meilleure stabilisation, voire une valorisation ne peut avoir lieu que par une meilleure connaissance des propriétés physico-chimique et mécanique de ces résidus. Ainsi la première phase de l’étude a consisté en une caractérisation des boues aussi bien dans leur composition que dans leur comportement aux contraintes mécaniques. Le schéma suivant présente l’enchaînement des principales étapes de la stratégie de la recherche (Figure 1) :

Préambule


x

Figure 1 : Enchaînement des différentes étapes de la stratégie utilisée Caractérisation : Les sédiments doivent être totalement connus, aussi bien dans leur composition que dans leur comportement aux contraintes mécaniques. Récupération : La récupération des sédiments a été effectuée au PAD pour deux d’entre eux et au Port de Gravelines pour un sédiment. Stockage : Le principe est de créer une zone de stockage, confinée et sécurisée pour le séchage des sédiments, avec la mise en place de systèmes de drainage et d’évacuation des eaux afin d’éviter tout risque potentiel de contamination des milieux extérieurs. Traitement 1: Selon le degré de pollution des sédiments, des traitements physico-chimiques ou thermiques peuvent être envisagés pour le diminuer. Valorisation : Les voies de valorisation sont nombreuses (travaux routiers, fabrication de briques et de pavés, utilisation dans les enrobés, coulis pour le comblement des réseaux,…), le choix retenu doit intégrer dans son cheminement les données régionales. Durabilité : Une fois le matériau valorisé, il faut vérifier son comportement physico-chimique et mécanique à long terme. Outil d’aide à la décision : L’importance économique des opérations de dragage et de mise en dépôt ainsi que les impacts environnementaux liés aux substances à risques, nous poussent à mettre en place un outil de gestion et d’aide à la décision pouvant intégrer les aspects technico-économiques, et 1 étape non traitée dans cette première étude mais pouvant faire l’objet d’une étude future

Caractérisation

Stockage Récupération Valorisation

Traitement

Durabilité

Outils d’aide à la décision

Préambule


xi

environnementaux, sans négliger les aspects sociaux. Cet outil, couplé à des applicatifs existants (GEODRISK) [ALZIEU et QUINIOU, 2001], est utilisable pour la négociation environnementale et la réalisation des études d’impacts liées à l’application de la loi sur l’eau. Ce travail est aussi basé sur une bonne connaissance du zonage des sédiments dont une étude a été entreprise pour le PAD. L’étude du zonage permet également d’apporter des indicateurs au PAD qui pourraient être utilisés par ce dernier pour traiter la pollution à la source.

Etablissement du Document

Guide technique régional relatif à la méthodologie de gestion des sédiments de dragage portuaire xiii

ETABLISSEMENT DU DOCUMENT

Le présent document a été établi sous la conduite du groupe de travail n°5 du PREDIS Nord-Pas de Calais, dans le cadre du projet :

« Valorisation des sédiments de dragage portuaire en B.T.P. » Ce groupe est animé par Marcel CARLIER, représentant de la Fédération Régionale des Travaux Publics (FRTP) du Nord-Pas de Calais.

SSeeccrrééttaarriiaatt

Christiane COLLART ENSM DOUAI

RReessppoonnssaabbllee ddee llaa ppuubblliiccaattiioonn

Nor-Edine ABRIAK ENSM DOUAI

Etablissement du Document

Guide technique régional relatif à la méthodologie de gestion des sédiments de dragage portuaire xiv

RRééddaaccttiioonn dduu ddooccuummeenntt

Denis DAMIDOT ENSM DOUAI Nor-Edine ABRIAK ENSM DOUAI Vincent DUBOIS ENSM DOUAI Rachid ZENTAR ENSM DOUAI Franck MAC FARLANE ENSM DOUAI David BULTEEL ARMINES DOUAI Guillaume JUNQUA ARMINES DOUAI Hassina KADA UNIVERSITE D’ARTOIS Siham KAMALI ENSM DOUAI Hichem REFIF UNIVERSITE D’ARTOIS Eric WIRQUIN UNIVERSITE D’ARTOIS Pascal GREGOIRE PORT AUTONOME DE DUNKERQUE

EExxééccuuttiioonn dduu pprrooggrraammmmee dd’’eessssaaiiss

Patrick DEGRUGILLIERS ARMINES DOUAI Guillaume POTIER ARMINES DOUAI

OOnntt aappppoorrttéé lleeuurr ccoonnttrriibbuuttiioonn àà llaa rrééddaaccttiioonn dduu ddooccuummeenntt

Gérard BALLIVY UNIVERSITE DE SHERBROOKE Bruno DUTHOIT UNIVERSITE D’ARTOIS Marcel CARLIER FRTP Nord – Pas de Calais

Partenaires du projet


xv

PARTENAIRES DU PROJET

Le portage du projet a été réalisé conjointement par le centre commun ARMINES - Ecole des Mines de Douai à travers le Département Génie Civil et par l’Université d’Artois. Il a été financé par différents partenaires, avec la répartition suivante :

Fonds Européens – FEDER Conseil Général du Nord Partenaires Institutionnels et Industriels :

Port Autonome de Dunkerque (PAD) Service Maritime des Ports de Boulogne/Mer et Calais (SMBC) Département du Nord - Port de Gravelines Carrières du Boulonnais COLAS ITALCEMENTI EIFFAGE/ENVIMAT EXTRACT/EMCC LHOIST FRANCE ONYX Nord /Pas-de-Calais OPALE ENVIRONNEMENT PATOUX SCETAUROUTE SITA FD / INERTEC TERENVI

Les entreprises sont des partenaires à part entière des projets fournissant un support financier, matériel ou des données et/ou informations nécessaires au bon avancement des projets.

Partenaires Universitaires ou Académiques :

Le centre commun ARMINE - Ecole des Mines de Douai à travers le département Génie Civil

l’Université d’Artois

PREDIS Plan Régional d’Elimination des Déchets Industriels Spéciaux


xvii

PREDIS - PLAN REGIONAL D’ELIMINATION DES DECHETS INDUSTRIELS SPECIAUX

LLee PPRREEDDIISS :: uunn oouuttiill pprroossppeeccttiiff

Les lois de 1992 et 1995 fixent des objectifs ambitieux en matière de gestion des déchets. Pour atteindre ces objectifs, la loi a imposé la réalisation de plans territoriaux des déchets : déchets ménagers au niveau départemental et déchets industriels au niveau régional. Dans le Nord-Pas de Calais, le Plan Régional d’Elimination des Déchets Industriels Spéciaux (PREDIS) est entré en vigueur en 1996. C’est un outil prospectif élaboré pour 10 ans. Ce document estime les quantités produites par les activités industrielles, artisanales et de santé. Le PREDIS définit les besoins en matière de traitement, de sorte que la région Nord-Pas de Calais dispose à terme des installations et des capacités de stockage nécessaires à l’élimination de ses propres déchets.

UUnnee ddéémmaarrcchhee ccoonnsseennssuueellllee ppéérreennnnee

Le PREDIS doit aujourd’hui se traduire par des actions concrètes. Aussi, dans le cadre de la mise en œuvre et d’évolution du Plan, l’ensemble des partenaires qui ont participé à l’élaboration du PREDIS ont décidé d’un commun accord de poursuivre les travaux sur plusieurs années afin de définir et de mettre en place, en collaboration avec les professions, des filières de valorisation et d’élimination adaptées et opérationnelles. La concertation et la transparence sont les principes essentiels garants de l’efficacité et de la qualité de cette démarche volontaire. Les partenaires du PREDIS membres de la commission plénière sont :

La Préfecture de Région responsable de la démarche Les services de l’état compétents tels que la DRIRE et la DRASS Le Conseil Régional Nord-Pas de Calais Les représentants des producteurs de déchets Les représentants des collecteurs et éliminateurs de déchets Les organismes publics tels que l’ADEME, l’Agence de l’Eau, le BRGM Les représentants des associations de défense de l’environnement Des personnalités qualifiées

INTRODUCTION





Introduction


1

INTRODUCTION

Le préambule de ce guide a montré qu’une opération de dragage a une influence économique, environnementale et sociale au niveau territorial. Cette influence peut être négative ou positive suivant les solutions mises en place. Ainsi, cette influence doit être prise en compte lors de l’application de la méthodologie générale de gestion des opérations de dragage. Pour ce faire, il est possible d’utiliser l’intelligence économique et territoriale [I-KM, 2005, ZEKNOWLEDGE, 2005, DOU et MANULLANG, 2004]. En effet, l’intelligence économique et territoriale se propose de relier la veille et l’action publique au service du développement durable d’un territoire. Sa mise en œuvre passe donc par une veille active juridique, sociale, économique et technique. En outre, elle passe par une gestion de l’information, tant au niveau de la collecte, de la classification, de l’exploitation et de la distribution de celle-ci. Elle rend possible l’émergence d’une information stratégique et synthétique [DOU et MANULLANG, 2004]. La méthodologie proposée, qui permet de mieux appréhender les impacts économiques, sociaux et environnementaux d’une opération de dragage sur un territoire donné, à partir d’informations disparates, en est une application concrète. Par ailleurs, la recherche de nouvelles voies de valorisation de ces matériaux de dragage peut créer de nouvelles activités, tout en respectant l’environnement, et renforcer l’attractivité du territoire, ce qui est aussi un des buts recherché de l’intelligence économique et territoriale [DOU et MANULLANG, 2004]. Enfin, la mise en place effective de cette démarche d’intelligence économique et territoriale s’est faite par des partenariats long terme entre centres de recherche, industriels et institutionnels afin de favoriser les transferts de technologie et la création de richesses. Dans cette optique, la méthodologie générale de gestion des opérations de dragage peut être présentée de manière synthétique par l’organigramme suivant (Figure 2).

Introduction


2

Caractérisation des sédiments

Valorisation des matériaux de dragage Choix négocié des opérations de dragage

Étude et définition du site

Fiche historique Fiche site

Étude et définition du site

Fiche historique Fiche site

Zonation

Zones définies

Zonation

Zones définies

Échantillonnage, caractérisation et analyse

Fiche données

Échantillonnage, caractérisation et analyse

Fiche données

Traitement des données

Classement des zones

Comparaison

Veille juridique

Fiche référence

Veille juridique

Fiche référence

Lutte de la pollution à la source

Essais de pré-formulation

Définition de la formulation

Essais de pré-formulation

Définition de la formulation

Analyses physico-chimiques, minéralogiques et géotechniques complémentaires

Identification des voies de valorisation

Analyses physico-chimiques, minéralogiques et géotechniques complémentaires

Identification des voies de valorisation

Définition des voies de valorisation possibles(coulis, techniques routières, granulats)

Proposition de voies de valorisation

Définition des voies de valorisation possibles(coulis, techniques routières, granulats)

Proposition de voies de valorisation

Choix des scénariosenvisageables

Identification des critères

Évaluation environnementale

Identification des contraintes

Matrice des évaluationsPondération des acteurs Sensibilité des paramètres

RecommandationsImmersion, valorisation ou dépôt

Suivi, évaluation de l’impact

Choix de la variante alternative

Algorithme de traitement

Veille sociale

Veille économique

Veille technique

Figure 2 : méthode générale de gestion des matériaux de dragage Elle a été développée sur la base procédures existantes (Annexe générale) et de travaux effectués dans le cadre du PREDIS. Ainsi, des veilles dans différents domaines techniques, juridiques, sociaux et économiques, permettant d’identifier le contexte local de l’opération de dragage ont été effectuées. Cette veille ne sera pas présentée ici car elle ne présente pas de difficultés particulières. Pour plus d’informations, DOUE et MANULLANG, 2004 et BLOCH, 1999 en donnent les grands principes. La première partie du guide présente une procédure de caractérisation des sédiments qui a été établie en s’appuyant en partie sur des données existantes. Cette caractérisation permet le zonage d’un site portuaire en fonction des caractéristiques de ses sédiments. Elle rend possible une détection de sources de pollution, et donc favorise une lutte contre cette pollution à la source. Un classement des zones est également effectué, pour un traitement ultérieur des sédiments adapté à chaque zone. Une application au Port de Dunkerque est également décrite. La seconde partie de ce guide présente la méthodologie de valorisation des matériaux de dragage qui a été développée. Elle permet de proposer des solutions de valorisation en génie civil pour un sédiment donné. Des exemples d’application sont donnés et pourront être enrichis au gré de l’avancement des travaux de recherche et développement.

Introduction


3

Enfin, la troisième partie de ce guide est consacrée à la présentation d’un outil d’Aide à la Décision Multicritère (A.D.M.). Cet outil permet de réaliser un choix négocié d’un scénario de dragage maritime. Il a été développé à partir de la procédure d’Etude des Impacts Environnementaux existante (E.I.E.), et en utilisant l’outil d’aide à la décision multicritère ELECTRE III. Cet outil permet d’orienter des matériaux de dragage vers les filières d’élimination les plus adaptées en tenant compte des résultats des parties précédentes (caractérisation et valorisation). De plus, il constitue un outil de base de la concertation relative aux opérations de dragage. L’ensemble des acteurs est ainsi impliqué dans ce processus d’aide à la décision, permettant d’aboutir à une solution acceptée par tous. Il faut noter que chaque partie de ce guide est constituée d’une présentation conceptuelle, suivie d’exemples d’application. L’intérêt est que ce guide pourra intégrer de nouvelles applications, tant au niveau de caractérisation et de zonage, qu’au niveau valorisation et au niveau d’aide à la décision.

PPRREEMMIIEERREE PPAARRTTIIEE

PPHHAASSEE DDEE CCAARRAACCTTEERRIISSAATTIIOONN

DDEESS MMAATTEERRIIAAUUXX DDEE DDRRAAGGAAGGEE





Partie I Phase de caractérisation des matériaux de dragage


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1. PHASE DE CARACTERISATION DES MATERIAUX DE DRAGAGE

Le principe de cette caractérisation consiste en une évaluation préalable de la situation afin de distinguer les différentes zones du port, susceptibles de présenter des matériaux de dragage de compositions différentes. Le but du zonage est d'homogénéiser les données, de faciliter leur exploitation et de caractériser le site étudié en tenant compte des variations locales. Il doit donc permettre de :

capitaliser les données, connaître les différentes zones polluées et différencier les matériaux, permettre de lier la pollution à sa (ou ses) source(s), prévoir les traitements à appliquer au vu des diverses qualités et quantités de matériaux

à draguer. La méthode doit constituer un outil pour les gestionnaires du port maritime concerné et permettre une gestion raisonnée des volumes à décontaminer, incluant la prévision des traitements et donc des coûts. Le zonage est une étape qui permet de mettre en relation les phases d’échantillonnage, de caractérisation et d’analyse des résultats avec celles de lutte à la source, de surveillance du choix d’élimination du matériau dragué, et du choix de la solution d’élimination. En effet, la caractérisation du matériau sert non seulement à savoir si l’immersion est permise, mais aussi, en cas d’interdiction, à faciliter le choix de la solution adaptée : dépôt ou valorisation, et si cela est utile, le choix de la technique de traitement adaptée au matériau et aux polluants présents. De plus, la surveillance du site de dragage associée à l’étape de caractérisation permet une meilleure connaissance du matériau et de son évolution, elle même permettant, à l’aide de l’étude du site, le repérage des sources de pollution.



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11..11.. PPrréésseennttaattiioonn ddee llaa mméétthhooddee

La phase de caractérisation (Figure 3) se décompose en plusieurs étapes : l’étude préalable du site dans sa globalité et dans son environnement, le zonage, l’échantillonnage et la caractérisation par analyses, le traitement des données.

Ces étapes interagissent et fournissent, pour certaines, des documents destinés à informer les autorités et gestionnaires, pour prendre les décisions adéquates dans cette gestion des matériaux de dragage.

Figure 3 : détail de la phase de caractérisation de la méthode générale



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Ces étapes fournissent des renseignements qui vont permettre de gérer au mieux les matériaux de dragage. Ces renseignements sont regroupés sous forme de fiches. Les quatre fiches sont détaillées dans l’Annexe 1-1 et sont relatives à des données spécifiques :

la fiche « historique » constitue une base de données utile à la lutte à la source, la fiche « site » sert de source d’informations pour le zonage du site, la fiche « données » représente les résultats d’analyses pour chaque échantillon prélevé, la fiche « référence » sert à définir le niveau de pollution du matériau, mais aussi à

caractériser le matériau pour le choix des solutions d’élimination.

1.1.1. Etape d’étude du site

Au moyen de tous les documents rassemblés (cartes, plans, fichiers divers), il est possible de délimiter le site, c’est à dire les bassins, chenaux et autres secteurs dont le dragage d’entretien peut être problématique. Ainsi, il faut définir la surface du site et ses dimensions, puis identifier tous les éléments susceptibles d’être à l’origine soit d’un apport de matière qui viendra se déposer, soit d’une pollution qu’elle soit accidentelle ou chronique. Ces éléments, leur emplacement et leurs dimensions doivent être repérés sur la carte du site, numérisée pour une plus grande facilité d’utilisation (traitements des données et mises à jour permanentes). A cela peuvent s’ajouter toutes les informations constituant l’historique du site, informations hors d’eau et en eau. Sont concernés les travaux d’agrandissement, les constructions de bâtiments ou d’usines, les changements d’utilisation des locaux, des quais, les emplacements des stocks et les matières entreposées des concessionnaires (rejet, pipeline, ...), mais aussi les accidents (déversements, incendies de locaux industriels, etc.). A la sortie de cette étape doivent se dégager deux documents principaux qui constituent la synthèse de l’existant :

1. la carte du site et de ses particularités, associée à la « fiche site », 2. la « fiche historique ».

Les moyens informatiques actuels permettent de travailler sur des plans constitués de différentes couches représentant les différents paramètres étudiés. La superposition de tous les renseignements mis sur carte permet d’en effectuer la synthèse. Le gestionnaire peut également choisir uniquement certains types de données qui lui sont nécessaires. La carte va donc permettre d’effectuer un zonage du site, distinguant les zones selon le type de matériau probable et leur potentiel de contamination. L’établissement d’un plan d’échantillonnage pour le prélèvement de matériau en vue d’analyses est également possible. L’historique, quant à lui, sera utilisé dans la partie « lutte à la source ». L’évolution de la contamination mesurée dans les sédiments et comparée à l’histoire du port, peut permettre d’identifier les sources de pollution ou tout du moins de distinguer les secteurs possiblement polluants de ceux jugés « propres ». Cette étape est à la base de la méthode. Elle est nécessaire au bon déroulement de la caractérisation des matériaux de dragage et de leur gestion.



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L’ensemble des documents suivants va donc être recensé : photos aériennes, cadastres, cartes géologiques, relevés topographiques, cartes d’implantations des bâtiments (propriétaires, caractéristiques, ...), cartes des zones d’influence des rejets de la ville, des industries, ou des cours d’eau

divers, cartes des concessionnaires, cartes des sites classés ou protégés, cartes des emplois des quais, cartes des points de prélèvement antérieurs, résultats des analyses de ces prélèvements antérieurs, données mises à jour et réactualisées.

Il convient également d’évaluer la fiabilité de ces données. Un SIG (Système d’Information Géographique) pourrait ensuite traiter ces données lors de cette synthèse, mais cette phase n’a pas été réalisée lors de cette étude.



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1.1.2. Etape de zonage

L’étape de zonage, détaillée par l’Annexe 1-2, s’appuie notamment sur la fiche « site » (Figure 4).

Figure 4 : développement de l’étape zonage de la méthode de gestion L’objectif de ce découpage est d’établir, avant le dragage, des zones homogènes quant à la constitution des sédiments s’y trouvant et à la pollution présente.



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1.1.3. Etape d’échantillonnage et d’analyse

L’échantillonnage et la caractérisation du matériau sont des étapes qui ont été définies par le Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement [MATE, 1997]. La plupart des analyses sont normalisées, du moins celles imposées pour la caractérisation du matériau. Ces étapes ne sont donc pas remises en cause mais intégrées à la méthode mise en place. Toutefois, le plan d’échantillonnage est laissé au soin du gestionnaire. Ce dernier doit définir le nombre de prélèvements à effectuer et pourra suivre le zonage établi à l’étape précédente. Ainsi, il sera plus aisé de vérifier les hypothèses posées durant le découpage du site. Cette étape produit un document utile pour la suite : la fiche « données » (Annexe 1-1). Cette fiche regroupe, pour un échantillon analysé, toutes les informations provenant de la caractérisation et des conditions dans lesquelles elle s’est déroulée. La liste se veut exhaustive. Elle permettra de déterminer si le matériau est pollué ou non, s’il peut être immergé en mer, et, dans le cas contraire, si la technique d’élimination choisie est adaptée aux paramètres mesurés. Ces fiches « données », résultats des analyses de caractérisation, sont à classer par zones issues du zonage. Elles se conservent précieusement car même si tous les paramètres ne sont pas utiles directement pour déterminer la meilleure gestion des matériaux, ils seront intégrés dans la synthèse des données et permettront l’aide à la décision par croisement des données. Ils serviront de base aux futures études, et permettront de connaître l’évolution de la pollution dans le port concerné.



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1.1.4. Etape de traitement des données

La Figure 5 récapitule l’intérêt de la comparaison entre les fiches « données » et la fiche « référence » (voir aussi l’Annexe 1-3).

Figure 5 : traitement des données par comparaison avec la fiche référence



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Dans la méthode de gestion, la première étape est de savoir si le matériau est pollué ou non afin d’autoriser la solution d’immersion en mer du matériau étudié. Ainsi, l’étude des paramètres chimiques correspond à celle du logiciel GEODRISK [ALZIEU et QUINIOU, 2001]. Cependant, des paramètres supplémentaires peuvent également être étudiés (Figure 6).

Figure 6 : traitement des données – autorisation d’immersion ou non La seconde étape de la méthode a lieu quand l’immersion en mer est interdite. Les gestionnaires doivent alors entreprendre des études complémentaires, plus ou moins approfondies, selon le score de risque total du matériau. Ces études concernent les paramètres biologiques et sont souvent résumées en étude d’impact de l’immersion sur la faune et la flore environnante.



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Dans cette méthode, ces études se traduisent par la comparaison des paramètres biologiques entre les fiches « données » et la fiche « référence ». Les valeurs « seuils » permettent de noter la qualité du sédiment étudié (Figure 7).

Figure 7 : traitement des données – études complémentaires pour immersion L’utilisation de couches dans la carte numérique du site permet de visualiser les résultats pour chaque paramètre, aussi bien chimiques que biologiques, mais aussi de voir la note globale attribuée au matériau dragué. Le score de risque du logiciel GEODRISK concerne les paramètres chimiques alors que l’indice biotique Ibq prend en compte les paramètres biologiques. La troisième et dernière étape a lieu lorsque l’immersion n’est pas la solution d’élimination du matériau à draguer retenue. La prise de décision de cette solution dépend des caractéristiques du matériau, c’est à dire sa pollution mais aussi et surtout ses paramètres physiques (Figure 8).



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Figure 8 : caractérisation du matériau pour choix de la solution d’élimination Les résultats issus de ce traitement des données peuvent être intégrés à l’outil d’A.D.M. qui sera présenté dans la troisième partie de ce guide, notamment concernant l’identification de contraintes et de sous-critères.



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11..22.. AApppplliiccaattiioonn aauu PPoorrtt ddee DDuunnkkeerrqquuee

1.2.1 Introduction

Cette méthodologie a été appliquée pour le site (Figure 9) du Port Autonome de Dunkerque (PAD). Le PAD étant responsable des volumes à draguer sur son site, le devenir des sédiments constitue l’un des points cruciaux de sa gestion. Actuellement, la quasi-totalité des matériaux de dragage est immergée en mer. Mais, dans la perspective d’évolution des lois, le Port Autonome de Dunkerque cherche à valoriser ses sédiments comme il le fait déjà pour les sables dragués dans les chenaux d’accès au port. Actuellement, le PAD commercialise ainsi 700 000 tonnes de sables. Ces sédiments marins sont valorisés par des entreprises de BTP, comme sables de remblaiement, graves routières ou encore comme bétons de sable [ABRIAK et al., 2003]. Par ailleurs, le port de Dunkerque effectue des analyses depuis 18 ans sur ses matériaux de dragage, en vue de l’obtention de leur permis d’immersion en mer. Ces analyses, réalisées par le PAD, sont également exploitées par le groupe GEODE (Groupe d’Etude et d’Observation sur le Dragage et l’Environnement) dont le PAD fait partie. Ce groupe contribue à l’établissement de normes pour les teneurs en produits polluants contenus dans les matériaux de dragage. Cependant, ces données pourraient fournir d’autres informations, et aider, par exemple, à localiser des sources de pollution. Ainsi, l’objectif de la méthodologie est d’utiliser ces données pour caractériser les matériaux de dragage, déterminer la pollution, identifier les sources potentielles et aider au choix des solutions d’élimination de ces matériaux. Cette dernière étape sera traitée dans la partie III de ce guide méthodologique.



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Figure 9 : bassins intérieurs Est du Port Autonome de Dunkerque



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1.2.2. Définition de la zone d’étude

Le site du port de Dunkerque est particulièrement grand. Les données à traiter sont donc nombreuses. Par conséquent, le secteur d’application de la méthode s’est limité aux bassins intérieurs Est qui constituent le secteur le plus complexe (Figure 10). Ce secteur, à lui seul, possède une superficie totale de près de 4 350 000 m².

Figure 10 : secteur d'étude sur le port de Dunkerque Pour la suite de l’application, il convient de préciser quelques points concernant cette zone et ses dragages. Les résultats des analyses des années passées montrent que les matériaux contenus dans les bassins intérieurs sont essentiellement des fines (limons et argiles) pouvant être très fortement polluées localement. Actuellement, le port effectue des dragages aux endroits stratégiques, faiblement pollués. C’est le cas des secteurs aux sorties des écluses De Gaulle et Watier, reliant les bassins à l’avant-port Est. En contrepartie, la pollution dans les autres secteurs est telle que le port préfère niveler les fonds en attendant qu’une solution pour gérer ces matériaux soit trouvée. Ce nivellement, qui est une issue à court terme, complexifie l’étude des matériaux de dragage. En effet, ces derniers sont mélangés et remis en suspension. Ainsi, un carottage ne peut pas être utilisé pour juger de l’historique de la sédimentation et de l’évolution de la pollution. Néanmoins, la méthode va permettre d’affiner la gestion de ces matériaux de dragage portuaire remaniés.



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1.2.3. Synthèse de l’existant

Les informations récupérées lors de cette étude préalable du site sont très diverses. Il peut s’agir d’informations observées et subjectives aussi bien que de données mesurées en laboratoire.

1.2.3.1. Résultats d’analyses

Les données provenant des analyses antérieures des matériaux de dragage sont répertoriées et classées. Le PAD procède à des analyses avant chaque phase de dragage depuis 18 ans sur l’ensemble du port, et plus particulièrement dans les bassins intérieurs Est. Les données étudiées couvrent la période allant du 02 novembre 1983 au 03 juillet 2001. Durant cette période, 130 échantillons ont fait l’objet d’analyses. Ces données d’entrée de la méthode évoluent avec le temps :

l’emplacement du prélèvement se précise avec l’arrivée des GPS, le nombre de prélèvements par an augmente avec le temps, les techniques d’analyses, comme celles de prélèvements, se sont améliorées : les

résultats sont plus précis, le nombre de paramètres étudiés en 2001 est 3 fois supérieur à celui de 1983.

La connaissance croissante des polluants potentiels et de leurs teneurs limites aboutissent à un nombre d’échantillons prélevés croissant. Actuellement, le PAD utilise les résultats d’analyses uniquement dans le but d’obtenir le permis d’immersion des matériaux qui vont être dragués. Ainsi, les données ne sont pas traitées, ni classées. Un tri chronologique puis géographique doit donc être effectué, pour ne conserver que les données du secteur étudié.

1.2.3.2. Informations transposables sur plans

Un tableau de l’AIPCN présente les liens existants entre activités industrielles et polluants retrouvés dans les matériaux de dragage (Figure 11). Ce tableau, couplé aux résultats d’analyse des prélèvements et à la liste des entreprises présentes sur le site, constitue une partie de la fiche « historique » et servira à la lutte contre la pollution à la source pour identifier les origines probables de pollution.



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Figure 11 : Activités humaines associées aux contaminants présents dans les sédiments Les plans du port permettent de repérer les industries et leurs quais de chargement, l’implantation des bâtiments et même les écluses fermant les bassins intérieurs Est. Les façades portuaires, les cours d’eau et autres éléments facilement appréciables lors de la visite du site complètent ainsi la fiche « site ». De plus, La Chambre de Commerce et de l’Industrie de Dunkerque possède la liste de toutes les entreprises exportatrices, avec leur type d’activités. Cette liste est triée afin de ne garder que les entreprises présentes dans le secteur étudié. Une recherche par téléphone ou Internet fournit les activités de ces entreprises, et parfois les matières premières et les produits, chargés et déchargés, qui transitent au PAD (Figure 12).



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Figure 12 : repérage des quais et types de matériaux en transit sur le secteur d’étude Par ailleurs, l’ADEME et la DRIRE ont émis des rapports relatifs aux industries à risques et aux émissions industrielles (liquides ou gazeuses). Le croisement de ces informations avec celles recueillies sur terrain précise l’étude du site. Les données météorologiques, comme la rose des vents (intéressante pour les émissions atmosphériques des cheminées industrielles) viennent également garnir cette fiche à partir de laquelle des études pourront être menées parallèlement au déroulement de cette méthode. La visite du site et les entretiens avec des membres du personnel du PAD ont également permis de compléter ces deux fiches. Ainsi, les informations suivantes sont recueillies :

une péniche, chargée de minerais, a coulé dans le bassin maritime il y a une quinzaine d’année,

au niveau des terminaux sabliers et des quais à pondéreux, de nombreux déversements accidentels et des envols de poussières ont lieu et des produits tombent régulièrement dans les bassins,

les quais et autres appontements créent des turbulences et favorisent l’accumulation de particules le long des quais,

les zones fréquemment draguées sont généralement plus vaseuses. En effet, les particules les plus grossières sont excavées alors que les plus fines sont souvent remises en suspension,

les zones proches des quais et des exutoires des industries sont souvent plus contaminées et plus vaseuses,

la contamination est généralement plus élevée lorsque l’on s’enfonce dans le port, loin des zones ouvertes ou en lien avec les écluses,

La zone des darses est reconnue pour être plus polluée que le secteur des bassins (Freycinet, maritime et Mardyck),



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Le bassin Freycinet, secteur d’évitage pour les navires entrant dans les bassins intérieurs Est par l’écluse De Gaulle, est dragué très régulièrement de par son importante fonction,

La présence des émissaires urbains et des écluses (maritimes ou fluviales) au niveau des bassins favoriserait les apports particulaires plus grossiers,

Le bassin de Mardyck, à l’extrême Ouest de ses bassins intérieurs Est, permet de rejoindre le canal de Valenciennes-Dunkerque vers le sud-est par l’écluse Mardyck, et le canal des Dunes (ouvert vers l’Avant Port Ouest) vers le sud-ouest par l’écluse des dunes,

La darse 1 est alimentée en eau douce par l’intérieur des terres (proximité de la gare d’eau), comme le canal Trystram en son milieu, par les canaux passant dans Coudekerque-Branche,

Le canal de Valenciennes-Dunkerque crée une zone saumâtre (apports en eau douce) dans le bassin de Mardyck,

Ce même bassin possède les quais de l’industriel Total d’un côté, et des quais céréaliers, sabliers et les terminaux « aciers » de l’autre,

... Certaines de ses informations sont à considérer prudemment, d’autres sont issues d’études scientifiques. Le zonage devrait permettre de vérifier ces faits.

1.2.4. Zonage

Les différentes couches assemblées en un seul plan formant la fiche « site » permettent de découper virtuellement en zones les bassins intérieurs Est. Ce zonage se fait arbitrairement. Toutefois, il est possible de s’appuyer sur les bassins existants ou les secteurs ayant un nom. Dans le cas des bassins intérieurs Est, on peut distinguer :

Le bassin « Mardyck » à l’extrême Ouest du secteur étudié, Le bassin « maritime », tout en longueur, à l’est du bassin Mardyck, Les darses 0, 1, 2, 3, 4, 5 et 6, bassins en impasse près du centre ville, Le canal « Trystram » à l’Est du secteur étudié, seule zone ouverte.

A partir de cela, le zonage peut reprendre ces bassins tels quels ou au contraire les couper ou les inclure dans une zone plus grande. Le test « dimension », tout comme les deux autres tests, permet de réguler ce découpage du site (Annexe 1-2).



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1.2.4.1. Test dimensions

Les dimensions du secteur d’étude sont connues grâce aux plans réunis à l’étape précédente de la méthode. La surface totale est de 4 333 965 m². Le site étant d’une forme particulièrement complexe, il est plus difficile de déterminer les dimensions globales. Pour pouvoir appliquer la méthode, on estime la longueur à 10 km et la largeur moyenne à 400 m. Ainsi, il est possible de calculer les surfaces minimale et maximale : avec Stot = 4,334 km², bf = 2 Smin = Stot *106 / (bf *30 * (Stot)0.33) = 0,042 km² soit 42 000 m². Smax = Stot / 4 = 1 km² soit 1 000 000 m². Les surfaces des zones issues du zonage, qui seront déterminées sur le plan numérique, devront être comprises entre Smin et Smax. Le nom des zones est inspiré soit des noms existants (ex. : bassin Mardyck), soit des noms des entreprises dont les façades portuaires occupent une grande partie des quais de la zone concernée (ex. : Sollac), soit du nom des activités de cette zone (ex. : Rep. Nav., c’est à dire réparation navale). Le bassin maritime, trop grand (1 334 000 m²), est découpé en deux parties, selon les façades portuaires de ce secteur. Le bassin Mardyck, le canal Trystram et les darses sont par contre conservés. Ces dernières zones, bien que petites, ne peuvent être incluses dans une zone plus grande de par la forme du site et des activités qui s’y trouvent.

1.2.4.2. Test rejets ponctuels

Les plans et la visite sur site ont permis de localiser les points de rejets urbains, industriels, ainsi que les écluses. Ces points sont inscrits sur la carte numérique pour vérifier que les frontières interzones ne sont pas trop proches de ces derniers. Les moyens de communication et informatiques actuels permettent de posséder une carte ou des photos aériennes montrant la zone d’influence des points de rejets et de s’assurer que les zones encadrent correctement ces sources de matériaux et/ou de pollution.



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Le secteur d’étude du PAD comprend 6 écluses qui mènent soit vers des cours d’eau provenant de l’intérieur des terres, soit vers d’autres bassins du port, soit vers le large (Figure 13). Les emplacements des rejets industriels n’ont pas tous été communiqués. C’est pourquoi ces derniers seront négligés pour le zonage en tant que rejets ponctuels.

Figure 13 : points de rejets sur le secteur d’étude Les écluses et leur fréquence de fonctionnement sont prises en compte pour effectuer le zonage.

1.2.4.3. Test façades portuaires

La Figure 12 est basée sur l’activité industrielle des années 2000 et 2001, et plus particulièrement les produits et matières premières qui ont transité par le site. Grâce à ces informations, il est possible de noter et de matérialiser sur le plan l’emplacement des façades portuaires traitant de produits de même nature (Figure 14).

Figure 14 : façades portuaires des entreprises sur le secteur d’étude. Plusieurs sources potentielles de pollution sont ainsi distinguées. Le zonage est réalisé de telle manière qu’une façade, c’est à dire une source de pollution éventuelle, soit incluse dans une zone. Ainsi, il faut considérer que :



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le bassin maritime, du côté de l’entreprise Sollac, voit passer sur ses quais plus de 10 millions de tonnes d’acier par an,

le bassin Mardyck est entouré d’entreprises gérant des produits raffinés, ainsi que des produits métallurgiques,

les chantiers de réparation navale peuvent générer de la pollution via les peintures décapées et les déversements accidentels,

…

1.2.4.4. Résultats du zonage :

En procédant par itération, 15 zones ont pu être définies, comme le montre la Figure 15. Ces 15 zones ont été validées par les trois tests rappelés ci-dessus.

Figure 15 : Zonage du site étudié Les surfaces des 15 zones sont présentées dans le Tableau 1. Toutes les valeurs de chaque zone sont bien comprises entre 42 000 m² et 1 000 000 m² et (Smin et Smax). Tableau 1 : Surfaces des 15 zones Nom de la zone Surface de la zone Nom de la zone Surface de la zone Mardyck 997 980 m² D. 6 (Darse n°6) 117 860 m² QP2 677 230 m² D. 5 48 525 m² Sollac 666 685 m² D. 4 49 420 m² De Gaulle 317 305 m² D. 3 46 670 m² BP Elf 302 200 m² D. 2 88 210 m² Docks 386 810 m² D. 1 93 680 m² Rep. Nav. 59 775 m² D. 0 107 900 m² Trystram 373 715 m² De plus, les façades portuaires, comme les points de rejets, sont effectivement incluses dans ces zones. Celles-ci devraient contenir des matériaux se distinguant par des caractéristiques différentes, tant au niveau de la granulométrie que de la contamination.



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1.2.5. Echantillonnage et Caractérisation - Analyses

Cette étude a été effectuée en dehors de la préparation d’une phase de dragage. Ce sont les dernières données du PAD qui ont été utilisées (de 2001, voire de plus anciennes pour les zones très rarement draguées). Ainsi, les étapes d’échantillonnage et de caractérisation ont déjà été exécutées. Toutefois, si elles avaient été réalisées dans le cadre de cette étude, les recommandations suivantes auraient été prises en compte :

le nombre de prélèvements par zone suit les règles édictées par le Ministère français de l’Aménagement et du Développement Durable [MATE, 1997],

la fiche « données » est à remplir : en partie sur le terrain : paramètres généraux issus de l’observation lors de

l’échantillonnage, en partie en laboratoire à l’issue des analyses de caractérisation : paramètres

physiques, chimiques et biologiques, des prélèvements après dragage permettraient d’avoir une référence avant le dragage

suivant et de connaître l’évolution du matériau, surtout dans ce secteur du port où les sédiments ont été souvent mélangés,

bien que tous les sédiments ne s’y prêtent pas, des carottages donneraient des informations sur les couches de matériaux, et peut-être celles de pollution. L’historique de la sédimentation serait ainsi évalué et la prévision des volumes de sédiments ainsi que la quantité de pollution seraient connues.

1.2.6. Traitement des données

Pour chaque zone et les données qui leur sont associées, les paramètres des aspects physique, chimique et biologique ont été analysés. Ainsi, des notes ont pu être affectées à chaque paramètre, afin de définir les zones selon leur degré de pollution. Ceci a été effectué à partir de l’exploitation des fiches « données » et « référence ».

1.2.6.1. Paramètres chimiques

L’application du logiciel GEODRISK [ALZIEU et QUINIOU, 2001] aux données de chaque zone montre que seules deux zones ont un score de risque inférieur à 1 (Tableau 2). Des études complémentaires sont nécessaires pour les zones dont le score de risque est entre 1 et 2 (« Mardyck », « Sollac », « BP Elf », « Docks », « D.0 », « D.2 », « D.6 »). Enfin, des solutions d’élimination doivent être envisagées pour les zones suivantes (score de risque > 2) : « QP2 » ; « Rep. Nav. » ; « D.6 » ; « D.4 » ; « D.3 » ; et « D.1 ». Ces zones, « De Gaulle » et « Trystram », contiennent donc des matériaux qui peuvent être immergés sans risques connus de pollution de l’environnement.



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Tableau 2 : Score de risque « GEODRISK » des 15 zones Nom de la zone Score de risque Nom de la zone Score de risque Mardyck 1,2 D. 6 (Darse n°6) 2,0 QP2 2,1 D. 5 1,4 Sollac 1,7 D. 4 2,4 De Gaulle 0,5 D. 3 2,4 BP Elf 1,3 D. 2 1,6 Docks 1,7 D. 1 2,1 Rep. Nav. 2,1 D. 0 1,8 Trystram 0,8 En complément, le groupe GEODE propose une méthode simplifiée pour établir un score personnel de risque en prenant en considération des paramètres non retenus par la réglementation en vigueur, comme les TBT ou les HAP [ALZIEU et TARBOURIECH, 2002, ALZIEU, 2003]. Ce score personnel de risque est calculé à partir du score de risque du tableau précédent, en additionnant le score calculé pour les paramètres non régis par la législation. La somme de ces deux scores montrent par comparaison les zones les plus polluées. Les données utilisées pour cette comparaison sont celles issues de prélèvements faits principalement entre le 10 novembre 1999 et le 14 novembre 2000. Le choix s’est porté vers cette période car les paramètres mesurés en laboratoire étaient alors plus nombreux : sur un même échantillon étaient mesurés les teneurs en métaux lourds, TBT, PCB et HAP. Les résultats sont présentés par le Tableau 3. Tableau 3 : comparaison des scores personnels de risque avec et sans les paramètres non régis par la loi française.

Nom de la zone Score de risque métaux et PCB. (Tableau 2)

Score de risque HAP & TBT

Score Personnel de risque

Mardyck 1,2 0,2 1,4 QP2 2,1 0,0 2,1 Sollac 1,7 0,3 2,0 De Gaulle 0,5 0,1 0,6 BP Elf 1,3 0,4 1,7 Rep. Nav. 2,1 0,3 2,4 Trystram 0,8 0,1 0,9 Docks 1,7 0,6 2,3 D. 6 (Darse n°6) 2,0 0,6 2,6 D. 5 1,4 0,4 1,8 D. 4 2,4 0,2 2,6 D. 3 2,4 Pas de valeur 2,4 D. 2 1,6 Pas de valeur 1,6 D. 1 2,1 Pas de valeur 2,1 D. 0 1,8 Pas de valeur 1,8 La méthode proposée par le groupe GEODE calcule un score de risque compris entre 0 et 3 afin que l’on puisse l’interpréter et choisir le mode de gestion des sédiments. Les darses 0 à 3 ne présentent pas de résultats d’analyses pour les HAP et TBT, ce qui explique les cases ne contenant pas de valeur, ces zones n’ayant été draguées qu’une fois ou deux en 15 ans. Des choix sont alors à faire. Ici, toutes les informations disponibles ont été exploitées pour choisir le mode de gestion des matériaux de dragage. En reprenant l’arbre décisionnel GEODRISK, et en se basant sur tous les paramètres mesurés et donc disponibles, il est



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possible d’éliminer certaines solutions relatives au devenir des sédiments (immersion, dépôt à terre, valorisation, …). Cependant, dans cette étude, le manque de données pose le problème suivant : doit-on, pour l’exemple, prendre les données les plus récentes pour juger de l’état actuel de la pollution des sédiments ou au contraire considérer des données plus anciennes pour avoir un maximum de paramètres à prendre en compte ? Pour la plupart des zones, sur les 15 dernières années, les données récentes sont aussi les plus complètes Ainsi, le choix d’appliquer la méthode aux données de 2000, quand cela est possible, a été effectué. Pour chaque zone, la note de contamination des contaminants Q, a été vérifiée, avec : Q = 0 si (teneur mesurée / Niveau 1) < 0.5, Q = 1 si 0.5 < (teneur mesurée / Niveau 1) < 1, Q = 2 si 1 < (teneur mesurée / Niveau 1) < 1.5, Q = 3 si 1.5 < (teneur mesurée / Niveau 1). Si cette note est inférieure ou égale à 1, alors le risque potentiel dû au contaminant étudié est présumé faible. Si tous les contaminants d’une même zone ont une note inférieure ou égale à 1, alors l’immersion est autorisée. Le Tableau 4 présente ces notes pour chacune des 15 zones pour tous les contaminants mesurés. L’application de l’arbre décisionnel de GEODRISK montre que la zone « De Gaulle » peut être draguée et les sédiments immergés en mer. En effet, les notes Q ne dépassent jamais 1 pour les paramètres régis par la loi, et une fois seulement pour le Benzo ghi Pérylène, n’atteignant toutefois pas le score de 3. Le faible degré de contamination de ces sédiments est due à la position de cette zone, en entrée des bassins intérieurs Est, via l’écluse De Gaulle, pour accéder à toute la partie Ouest des bassins. Elle est donc draguée régulièrement, ne laissant pas le temps aux sédiments de s’accumuler et d’atteindre des valeurs de pollution très élevées, dans une zone où les industries sont peu présentes. De la même manière, la zone « Trystram » n’a qu’un paramètre au dessus de N1 : le zinc, à une teneur assez proche de N2. Dans les ports, l’origine du zinc est souvent due à la dissolution des anodes de zinc fixées sur les parties immergées des bateaux pour assurer leur protection contre la corrosion. Or, cette zone est le canal d’accès aux ports de pêche et de plaisance. Toutefois, il faut modérer cette remarque par le fait que la teneur en TBT, contaminant principalement contenu dans les peintures antisalissures des carènes des navires contre la fixation d’organismes vivants, n’est pas élevée dans cette zone, contrairement aux zones « Rep. Nav. », « Docks » et « D.6 » par exemple. Il est à noter que les apports anthropiques de zinc peuvent être également imputables à la métallurgie et à la combustion des bois et des charbons. La forte teneur en zinc sur l’ensemble du port pourrait être également due aux rejets atmosphériques des usines du site. Cette zone devrait cependant passer le cap de l’évaluation des risques qui autorise l’immersion avec un score de risque de 0,8.



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Tableau 4 : note « concentration en contaminant » pour les 15 zones

Q

Mar

dyck

QP2

Solla

c

De

Gau

lle

BP

Elf

Rep

. Nav

.

Trys

tram

Doc

ks

D.6

D.5

D.4

D.3

D.2

D.1

D.0

Métaux lourds Arsenic 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 3 1 0 0 2 Cadmium 3 3 2 1 1 3 1 2 3 3 3 3 3 3 1 Chrome 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 2 1 0 1 0 Cuivre 2 0 1 1 3 3 1 3 3 3 3 3 3 3 3 Mercure 1 0 1 0 2 1 1 1 2 2 3 3 2 2 3 Nickel 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 Plomb 3 3 3 1 3 3 1 3 3 3 3 3 3 3 3 Zinc 3 2 3 1 2 3 2 3 3 2 3 3 3 3 3 PCB CB 28 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 CB 52 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 CB 101 0 0 0 0 0 2 0 2 0 0 1 CB 118 0 0 0 0 0 3 0 3 1 0 1 CB 138 0 0 0 0 0 3 0 3 1 0 1 CB 153 0 0 0 0 0 3 0 2 1 0 1 CB 180 0 0 0 0 1 3 1 2 2 0 2 TBT 2 0 0 0 2 3 0 3 3 0 0 HAP Fluoranthène 1 0 3 1 3 1 1 3 3 2 0 BbFluoranthène 1 0 3 1 3 1 1 3 3 2 3 BkFluoranthène 1 0 3 1 3 1 1 3 3 2 3 Benzo a Pyrène 2 0 3 1 1 1 3 3 3 2 Indéno 1,2,3 cd Pyrène 1 3 1 3 1 1 3 3 1 0 Benzo ghi Pérylène 3 0 3 2 0 2 1 3 3 3 1 Naphtalène 0 0 0 3 0 0 Acénaphtylène 0 0 0 0 0 3 Acénaphtène 0 0 0 2 0 Fluorène 0 0 0 0 0 0 Phénanthrène 0 1 0 1 0 0 Anthracène 0 1 1 3 0 0 Pyrène 0 2 0 3 0 0 Benz(a) Anthracène 0 2 0 3 0 0 Chrysène 0 1 0 2 0 0 DiBenz(ah) Anthracène 1 2 1 3 0 3

1.2.6.2. Paramètres biologiques

L’évaluation du risque se fait sur la base d’un ou plusieurs tests biologiques. Les informations rassemblées dans la fiche « données », partie « paramètres biologiques », ont été exploitées. La vérification de ce risque d’effet toxique se fait sur la base des scores de risque calculés auparavant. Selon le score, le nombre de tests diffère. Pour les zones étudiées, le calcul des scores de risque contaminants donne lieu à 3 options :

si score < 1 alors Test bivalve ou copépode ; si score entre 1 et 2 alors Test bivalve + 2 tests choisis parmi 3 proposés ; si score > 2 alors Interdiction d’immersion.



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Cette interdiction d’immersion peut être contournée si une étude d’impact approfondie montre que l’immersion est la solution la moins préjudiciable pour l’environnement. Les scores personnels de risque ont été calculés et présentés. A partir de ces résultats, le Tableau 5 montre que la solution d’immersion pour les sédiments de certaines zones ne peut pas être envisagée. Tableau 5 : conséquences de l’évaluation du risque pour les matériaux des 15 zones Zones Résultat de l’évaluation du risque Mardyck 3 tests QP2 Interdiction d’immersion Sollac Interdiction d’immersion De Gaulle - immersion permise à l’étape précédente - BP Elf 3 tests Rep. Nav. Interdiction d’immersion Trystram 1 test Docks Interdiction d’immersion D. 6 (Darse n°6) Interdiction d’immersion D. 5 3 tests D. 4 Interdiction d’immersion D. 3 Interdiction d’immersion D. 2 3 tests D. 1 Interdiction d’immersion D. 0 3 tests Il convient alors d’étudier les résultats des tests recommandés, c’est à dire les paramètres biologiques de la fiche « données », en les comparant aux valeurs de la fiche « référence ». Les tests recommandés sont au nombre de quatre, avec en priorité le test bivalve (Embryotoxicité des oeufs fécondés de bivalve : l’huître creuse ou la moule). Suivent, si le score de risque l’impose, les tests Microtox ® phase solide ; Corophium sp. ; Copépode marin. Le Port Autonome de Dunkerque, ne draguant que rarement les bassins intérieurs Est, ne peut fournir que quelques résultats du test bivalve pour les années 1996, 1999 et 2000, c’est à dire 12 valeurs CE 50 pour l’huître creuse (Crassostrea gigas) au total. Concrètement, le test bivalve consiste à mesurer le pourcentage de larves qui se développent anormalement dans des matériaux dragués, à une concentration de 5 g/l de sédiment sec. Le tableau suivant montre les résultats de la campagne de test menée par le PAD. Pour un pourcentage inférieur à 10%, il n’y a pas de risque, tandis que plus le pourcentage est élevé, plus le risque est élevé. [QUINIOU et ALZIEU, 1999] propose la notation suivante pour la toxicité :

si % larves < 10 alors note = 0 (négligeable) ; si 10 < % larves < 30 alors note = 1 (faible) ; si 30 < % larves < 50 alors note = 2 (moyenne) ; si 50 < % larves alors note = 3 (forte) .



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Cette note détermine la marche à suivre quant à l’étude de ces sédiments : l’arbre de décision du logiciel GEODRISK propose, pour ce test bivalve, les solutions suivantes :

si note = 0 ou 1 alors : immersion autorisée ; si note > 1 alors : étude de la sensibilité de l’écosystème récepteur.

Tableau 6 : Test de toxicité bivalve Zones Pourcentage de larves anormales Date du prélèvement testé D. 5 93 08/07/1996 Sollac 0 08/07/1996 QP2 32 08/07/1996 BP 63 28/04/1999 De Gaulle 81 28/04/1999 BP 72 16/03/1999 Rep. Nav. 99 28/04/1999 D. 3 95 29/09/2000 BP 75 29/09/2000 Trystram 0 29/09/2000 BP 85 29/09/2000 De Gaulle 52 29/09/2000 L’issue de l’évaluation des risques basée sur l’étude des paramètres chimiques imposait les résultats de ce test ainsi que deux autres parmi les quatre cités pour la plupart des zones, excepté pour la zone « De Gaulle ». Cependant, les tests bivalves n’ont été effectués que pour quelques zones. Les résultats de ces tests sont regroupés dans le Tableau 7. Tableau 7 : Note d’effet toxique (test bivalve) de 7 des 15 zones Zones Note d’effet toxique Date du prélèvement testé D. 5 3 08/07/1996 Sollac 0 08/07/1996 QP2 2 08/07/1996 Rep. Nav. 3 28/04/1999 D. 3 3 29/09/2000 Trystram 0 29/09/2000 BP 3 29/09/2000 De Gaulle 2 29/09/2000 Ces notes permettent de tirer quelques conclusions pour les zones pour lesquelles le test a été mis en œuvre, en ne prenant en compte que les valeurs les plus récentes. Le résultat de la zone Trystram, qui ne nécessitait que ce test, montre qu’il n’y a aucun risque d’effet toxique pour le milieu récepteur et que l’immersion peut être autorisée. Par contre, ce test n’est pas suffisant pour les zones « BP » et « D.5 », d’autres études doivent être menées. De plus, il confirme le potentiel polluant et toxique des zones « D.3 » et « Rep. Nav. ». En revanche, pour la zone « Sollac », ce test, basé sur l’effet de toxicité sur des bivalves est en contradiction avec le précédent test basé sur la présence de contaminants. Il démontre que les sédiments de cette zone « Sollac » ne présentent pas de risques d’effet toxique. Enfin, la zone « De Gaulle » dont le matériau, à ce niveau de l’étude, a déjà été autorisé d’immersion, a une note correspondant à un matériau potentiellement toxique.



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Par manque de résultats des tests biologiques, l’étude ne peut pas être menée comme le préconise la méthodologie. Cependant, les résultats montrent tout de même une majorité de zones présentant un risque écotoxicologique important. Le Tableau 8 résume l’ensemble de ces résultats. Tableau 8 : conclusion sur le devenir des sédiments des 15 zones suite aux analyses chimiques et biologiques Zones Conclusions après le test bivalve Mardyck Restent 3 tests à effectuer QP2 Interdiction d’immersion Sollac Interdiction d’immersion malgré 1 test autorisant l’immersion De Gaulle - immersion autorisée - BP Elf 1 test interdisant l’immersion ; restent 2 tests à effectuer Rep. Nav. Interdiction d’immersion Trystram - immersion autorisée - Docks Interdiction d’immersion D. 6 (Darse n°6) Interdiction d’immersion D. 5 1 test interdisant l’immersion ; restent 2 tests à effectuer D. 4 Interdiction d’immersion D. 3 Interdiction d’immersion D. 2 Restent 3 tests à effectuer D. 1 Interdiction d’immersion D. 0 Restent 3 tests à effectuer Le PAD devra prendre en compte ce critère biologique pour la caractérisation des matériaux de dragage et devra effectuer les autres tests biologiques sur les zones non concernées par cette campagne d’essais. L’étape suivante de cette méthode serait de calculer l’indice biotique, mais le manque de données ne le permet pas. Il faudrait également étudier la sensibilité de l’écosystème récepteur afin de savoir si l’immersion est autorisée ou interdite. Le groupe GEODE reconnaît que, de ces 4 tests biologiques, le test bivalve est le meilleur indicateur. Si l’on part de ce principe, la décision finale suivante peut être prise :

2 zones ont des matériaux autorisés d’immersion : « De Gaulle » et « Trystram », 1 zone, « Sollac » qui, malgré l’interdiction d’immersion à l’issue du premier test,

pourrait démontrer que l’immersion est la solution la moins préjudiciable pour l’environnement,

3 autres zones doivent faire l’objet de tests complémentaires : « Mardyck », « Darse 2 » et « Darse 1 ». Pour ces deux dernières, le fait que ce secteur du port soit le plus pollué laisse à penser qu’elles seront interdites d’immersion,

toutes les autres zones sont interdites d’immersion, sachant que cette immersion peut être autorisée avec une étude d’impact approfondie qui apporterait la preuve qu’elle constitue la solution la moins préjudiciable pour l’environnement.

1.2.6.3. Paramètres physiques

Les paramètres physiques des sédiments qui ont étudiés par le PAD sont peu nombreux. En effet, dans le cadre des études nécessaires à l’obtention d’un permis d’immersion, seules des analyses de granulométrie, de pourcentage en matières sèches et en densité sont effectuées.



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Les matériaux dragués dans les bassins intérieurs Est ont une granulométrie variant du sable à la vase. Selon les années, le nombre de fractions sédimentaires mesurées varie. Quand les résultats existent, deux cas de figure se présentent :

sont mesurées : la fraction inférieure à 2 mm, la fraction inférieure à 63 µm à partir de la fraction inférieure à 2 mm.

sont mesurées : la fraction supérieure à 2 mm, la fraction comprise entre 2 et 0,5 mm, la fraction comprise entre 0,5 et 0,25 mm, la fraction comprise entre 0,25 et 0,125 mm, la fraction comprise entre 125 et 63 µm, la fraction inférieure à 63 µm.

Le premier cas est celui le plus fréquemment réalisé et permet de caractériser le faciès sédimentaire car les matériaux des bassins intérieurs Est sont essentiellement composés de sables et de vases. Le tableau suivant permet de définir précisément les sédiments en fonction de ces pourcentages (Tableau 9). Tableau 9 : caractérisation des faciès sédimentaires Type de dépôt Caractérisation Sables plus de 50 % < 2 mm et moins de 5 % < 63 µm sables graveleux plus de 15 % > 2 mm sables grossiers fraction 0,5 – 2 mm dominante sables fins fraction 0,2 – 0,5 mm dominante sablons fraction 0,05 – 0,2 mm dominante Sédiments vaseux plus de 5 % > 63 µm sables vaseux de 5 à 25 % > 63 µm vases sableuses de 25 à 75 % > 63 µm vases plus de 75 % > 63 µm En se référant à la définition des faciès sédimentaires, les données ont permis d’associer à chaque zone un type de matériau (Tableau 10) [ABRIAK et al., 2004]. Tableau 10 : granulométrie des 15 zones étudiées Zones Caractérisation des sédiments remarques sur les résultats Mardyck vases sableuses réguliers QP2 sables vaseux à vases sableuses 2 analyses Sollac sables vaseux à vases sableuses accident entre 2000 et 2001 ? De Gaulle vases sableuses à vases réguliers BP Elf sablons à vases sableuses accident entre 1996 et 1999 ? Rep. Nav. vases sableuses réguliers Trystram vases réguliers Docks vases sableuses réguliers D. 6 vases sableuses réguliers D. 5 sables vaseux à vases irréguliers D. 4 vases sableuses 1 analyse D. 3 - pas de données D. 2 - pas de données D. 1 vases sableuses 2 analyses D. 0 vases 1 analyse Les matériaux contenus dans les bassins intérieurs Est sont quasiment tous des sédiments vaseux. Le Tableau 10 montre que le zonage a permis de distinguer différentes nuances de sédiments. Cette distinction aidera à cibler au mieux les traitements à venir pour valoriser ces matériaux.



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Néanmoins, les résultats sont insuffisants pour certaines zones. En effet, les zones D.2 et D.3 n’ont pas de données concernant la granulométrie du matériau, et les zones D.0, D.1, D.4 et QP2 ont seulement 1 ou 2 résultats d’analyses. Pour les autres zones, les résultats sont plus représentatifs, comme le montrent les remarques de la colonne de droite. En ce qui concerne les autres paramètres physiques des matériaux, les données sont très peu nombreuses. Seules 4 zones possèdent des informations sur le pourcentage en matières sèches du matériau, et sur sa densité (Tableau 11). Les résultats montrent les limites des données disponibles du Port de Dunkerque qui doivent être complétées par d’autres analyses. Tableau 11 : matières sèches et densité moyennes pour 2 des 15 zones Zones matières sèches (%) Densité apparente Mardyck 55 1.6 QP2 62 1.7 Sollac 66 1.7 BP Elf 65 1.8 Les valeurs pour ces deux paramètres sont à prendre avec précaution de par le peu de données disponibles, surtout pour la densité.

11..33.. RRééssuullttaattss

En couplant les données de la fiche « historique » et les résultats de l’analyse des données de des fiches « données », cette méthodologie a permis d’effectuer une zonation en fonction des particularités physiques du matériau, mais aussi en fonction de son degré de pollution. Des sources de pollution ont pu être également mises en évidence.

1.3.1. Zonation granulométrique

Les données physiques des matériaux étudiés se résument à la granulométrie. L’identification des différents types de matériau est reprise sous forme de carte (Figure 16).



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Figure 16 : répartition des matériaux dans les bassins intérieurs Est L’homogénéité générale des bassins intérieurs Est apparaît clairement dans cette figure. Les matériaux contenus dans cette partie du port sont des sédiments vaseux contenant plus ou moins de sables (vases, vases sableuses, voire sables vaseux). Quelques exceptions se distinguent localement :

Les zones « QP2 » et « Sollac », correspondant au bassin maritime, contiennent des matériaux plus sableux que les autres zones :

Le bassin maritime longe la digue du Braeck composée de nombreuses dunes qui sont exposées aux vents provenant du large (Nord-Est). L’apport ainsi généré est significatif mais non chiffré,

Les résultats de la zone « Sollac » et surtout ceux des prélèvements effectués au niveau du quai Usinor montrent des différences assez nettes. En effet, selon la distance entre le lieu de prélèvement et le quai, le matériau dragué peut être plus ou moins fin. Le long de ces quais, le milieu est perturbé par les produits d’exploitation, qui sont à cet endroit généralement plus gros que 63 µm. Ainsi, les résultats varient selon le lieu d’échantillonnage.

La zone « D. 5 » présente des résultats hétérogènes, le matériau dragué variant des

vases pures aux sables vaseux. La gestion actuelle des problèmes liés aux fonds des bassins et à leurs matériaux permet d’expliquer ce résultat :

lorsque des affouillements importants sont repérés le long des quais, les gestionnaires déversent des matériaux grossiers pour éviter les phénomènes de Renard sous les palplanches. Il peut s’agir de sables, parfois de scories. S’il s’avère par la suite que le niveau est trop haut, ces secteurs sont nivelés, répartissant ces matériaux dans la darse et faussant alors les résultats d’analyses granulométriques. Pour améliorer la gestion des matériaux de dragage, ce type d’informations doivent être répertoriées dans les fiches « historique » et « site ».

La zone « BP Elf » est la zone présentant la plus grande hétérogénéité de matériaux :

de vases sableuses à sablons.



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Cette partie du port, comprise entre deux écluses, a des fonds qui se désorganisent et qu’il convient de draguer ou de niveler pour permettre la navigation. Les navires ont régulièrement des difficultés à passer ce secteur et créent ainsi des remises en suspension des matériaux fins, brassant les sédiments. De plus, la proximité de la zone de dépôt à terre des sables valorisés du port explique la forte présence de sables.

La présence de sables, même en moindre quantité que dans le cas des zones citées ci-dessus, peut parfois s’expliquer. Par exemple, la zone « Mardyck », proche de la digue du Braeck, possède entre autre un terminal sablier. Ces sources potentielles peuvent expliquer pourquoi une zone, si loin des zones ouvertes vers le large, ne contient pas plus de matériaux fins. Des analyses granulométriques devraient être menées pour les zones « D.2. » et « D.3. » dont on ne connaît pas les matériaux, bien que l’on puisse supposer qu’il s’agisse de vases sableuses comme les zones voisines.

1.3.2. Zonation des contaminants

Les résultats des analyses ont permis de calculer les scores de risque, repris par la Figure 17, ainsi que les scores personnels de risque.

< 1.01.0 < < 1.51.5 < < 2.02.0 < < 2.3> 2.3

Figure 17 : scores de risque des 15 zones Il est difficile de tirer des conclusions uniquement à partir de ces résultats. L’analyse du tableau présentant les notes « concentration en contaminant » est plus intéressante en terme d’identification des sources de pollution.



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1.3.2.1. Polluants régis par l’arrêté du 14 juin 2000

Concernant ces polluants, les faits suivants peuvent être constatés :

il n’y a aucune pollution due au nickel, ni aux chlorobiphényles 28 et 52, la contamination des sédiments par l’arsenic et le chrome est très faible dans

l’ensemble des zones, sauf la « darse 4 » (pour les 2 polluants) et la darse 0 (pour l’arsenic),

le plomb et le zinc polluent fortement toutes les zones à l’exception des zones « De Gaulle » (pour les 2 polluants) et « Trystram » (pour le plomb),

la pollution due aux PCB est particulièrement locale. Elle dépasse le niveau 2 dans les zones « Rep. Nav. » et « Docks », et reste faible dans les darses 6 et 4. La contamination au cadmium évolue dans les bassins intérieurs Est. Forte à l’ouest dans les zones « Mardyck » et QP2 », elle diminue en avançant vers l’est (note « Sollac » = 2 ; notes « De Gaulle » ; « BP Elf » = 1), et ensuite ré augmente en allant vers les darses (note « Docks » = 2 ; notes « Darses 1 à 6 » ; « Rep. Nav. » = 3). La « darse 0 » et le canal« Trystram », à l’Est, sont épargnés (Figure 18),

123

0

Figure 18 : répartition de la contamination en cadmium

le cuivre, de la même manière que le cadmium, est présent dans le secteur Est des bassins étudiés. Mis à part une note de 2 dans la zone « Mardyck » à l’ouest, toutes les notes à l’est sont de 3 (de « BP Elf » à « D.0 »). Le canal « Trystram » est épargné par le cuivre,

le mercure pollue uniquement les darses (avec des notes de 2 ou 3), et la zone « BP Elf ». Les autres zones ont une note égale ou inférieure à 1.

Cette analyse des résultats étudie la répartition des contaminants dans les 15 différentes zones. L’identification des sources probables de pollution est alors possible. Les conclusions qui en découlent sont les suivantes :



37

les PCB qui polluent presque exclusivement les zones « Rep. Nav. » et « Docks » ont une source très localisée : il s’agit des peintures et autres produits utilisés sur les chantiers de réparation navale,

le plomb et le zinc polluent toutes les zones sauf « De Gaulle » et « Trystram ». « De Gaulle » est une zone très régulièrement draguée, et « Trystram » est la zone la plus à l’écart, accessible des autres bassins étudiés par une écluse peu utilisée. La pollution au plomb et au zinc doit avoir pour origine des rejets atmosphériques, ce qui explique qu’elle est quasi-omniprésente. Le point commun de ces deux polluants est la métallurgie, et l’usine Sollac est au centre de ces bassins intérieurs Est. Les rejets ne doivent pas excéder les teneurs légales puisque « De Gaulle » n’a une note que de 1 pour ces deux paramètres, mais l’accumulation sur plusieurs années cause une note de 3 pour les autres zones,

les pics de pollution à l’arsenic dans les darses 4 et 0 laissent à penser que, localement, des rejets en sont la cause. De plus, un rejet ponctuel de chrome doit avoir lieu dans la darse 4. L’identification des ces points de rejet permettrait de réduire les émissions à la source,

le cadmium, le cuivre et dans une moindre mesure le mercure, ont des répartitions similaires sur le site étudié : des fortes teneurs à l’ouest, des fortes teneurs à l’est, et des niveaux acceptables entre les deux. Les fleuves peuvent être à l’origine de l’apport de cadmium et de cuivre dans les océans et dans les ports maritimes. La production d’électricité en est également une source potentielle. Or, le niveau en cuivre passe de la note 1 (« De Gaulle ») à la note 3 (« BP Elf ») à proximité de l’entreprise EDF. Il ne faut toutefois pas se restreindre à ces possibilités et chercher plus précisément les sources sur le site.

1.3.2.2. Polluants non régis par l’arrêté du 14 juin 2000

Hormis les 8 métaux lourds et 7 PCB habituellement contrôlés, les données fournies par le PAD concernent également le TBT et 16 HAP.

le TBT pollue fortement la zone « Rep. Nav. » et les zones voisines (« Docks » et « D.6 »). On retrouve ce contaminant à un niveau moindre dans les zones « BP Elf » et « Mardyck » (Figure 19). Les principales sources de TBT sont les peintures antisalissures ce qui explique la forte contamination des bassins à proximité des chantiers de réparation navale. Par contre, la source de TBT pour la zone « Mardyck » est inconnue,



38

123

0

Non définie

Figure 19 : répartition de la contamination en TBT

les HAP épargnent les zones suivantes : « QP2 », « De Gaulle » et « Trystram ». les zones « Mardyck » et « Rep. Nav. » sont relativement peu touchées par rapport aux zones restantes, pour lesquelles des données existent. En effet, « Sollac », « BP Elf », « Docks » et les darses 4 à 6 sont très fortement contaminés par les HAP. Etant donné que l’on retrouve beaucoup de ces HAP dans les produits pétroliers, il est difficile de cibler une source particulière car plusieurs sites existent sur le PAD.

1.3.3. Lutte à la source

Toutes les remarques énoncées ci-dessus montrent l’importance de la connaissance du site pour identifier les sources de pollution. L’accumulation sur plusieurs années, voire décennies, peut expliquer les niveaux atteints dans les bassins intérieurs Est du Port Autonome de Dunkerque. Toutefois, il convient de constater le fait que les seuils légaux des rejets, que ce soit dans l’eau ou dans les airs, semblent élevés pour une zone qui n’est pas régulièrement draguée. Deux solutions s’offrent actuellement aux gestionnaires du port :

draguer les matériaux fortement pollués et effectuer ensuite des dragages réguliers pour ne pas que la pollution s’accumule,

trouver des solutions de valorisation efficace et rentable pour faire face, le moment venu, aux problèmes dus à des matériaux fortement pollués comme c’est le cas actuellement.

Une autre solution serait évidemment de baisser les seuils de pollution pour les rejets industriels, mais cela ne résoudrait pas le problème de pollution actuelle. Enfin, la méthode a permis de dégager quelques zones où des études doivent être approfondies pour identifier des rejets illégaux ou des fuites qui seraient à l’origine de pollution que l’on ne peut expliquer, même par le biais d’une accumulation sur plusieurs années.



39

11..44.. CCoonncclluussiioonn

La méthodologie de zonation qui a été développée et qui est présentée dans ce guide comporte plusieurs avantages. En premier lieu, en confrontant des données historiques et des données propres au site, elle a permis d’établir une pré zonation dont la pertinence a été confirmée par les trois tests, de dimensions, de façade portuaire et de rejets ponctuels. En second lieu, l’analyse des données existantes de chaque zone a permis d’une part, d’évaluer les degrés de contamination et de toxicité des sédiments de ces zones, et, d’autre part, d’avoir des informations sur leurs caractéristiques physiques. Ainsi, ce recensement a mis en évidence des informations manquantes à compléter. En outre, l’analyse de ces informations a permis de restreindre le choix des scénarios possibles d’élimination de ces matériaux de dragage. Ces résultats pourront donc servir de base à la mise en œuvre de l’outil d’aide à la décision de la gestion de ces matériaux de dragage qui sera présenté dans la partie III de ce guide. Enfin, l’exploitation de ces résultats a permis de détecter des sources ponctuelles de pollution qui devront être suivies et traitées.

DDEEUUXXIIEEMMEE PPAARRTTIIEE

VVAALLOORRIISSAATTIIOONN DDEESS MMAATTEERRIIAAUUXX DDEE DDRRAAGGAAGGEE





Partie II Valorisation des matériaux de dragage maritime

Guide technique régional relatif à la méthodologie de gestion des sédiments de dragage portuaire 41

2. VALORISATION DES MATERIAUX DE DRAGAGE MARITIME

Dans le cadre de cette étude PREDIS, des voies de valorisation ont été étudiées et une méthodologie générale de valorisation a été développée. Cette méthodologie est orientée écologie industrielle [ERKMAN, 1998]. En effet, elle vise à valoriser l’ensemble des matériaux de dragage en matières premières de substitution. De plus, une mutualisation de ressources a été réalisée entre les partenaires du projet (centres de recherche, industries et institutions). Cette démarche doit toutefois tenir compte des particularités de la région pour ne pas concurrencer directement des activités existantes, mais être créatrice de richesses et accroître l’attractivité du territoire. Une approche d’intelligence économique et territoriale est donc nécessaire. La valorisation en Génie Civil a été privilégiée, du fait des volumes importants des matériaux de dragage à traiter (Annexe 2-1). De plus, La Région Nord-Pas de Calais, comme d’autres régions, a des difficultés d’approvisionnement en matériaux de génie civil. Trouver des matériaux de substitution est donc nécessaire (Annexe 2-2). Ainsi, une méthodologie globale de valorisation a été proposée et est présentée dans ce guide. Toutefois, cette méthodologie n’est pas figée et doit être adaptée à chaque matériau et à chaque utilisation future. Des exemples applicatifs seront ensuite détaillés.



22..11.. PPrréésseennttaattiioonn

A partir des résultats de l’étape de caractérisation des sédiments, une méthodologie de valorisation a été mise en place (Figure 20). Figure 20 : méthodologie de valorisation des matériaux de dragage L’Annexe 2-2 détaille le cas d’une méthodologie de valorisation en techniques routières. Il est nécessaire de définir une utilisation future du matériau, préalablement à toute étude. En effet, les étapes ultérieures d’analyse, de stockage, de formulation et de validation vont dépendre non seulement du matériau de départ, mais également de cette utilisation future. Le développement des techniques de valorisation passe par une bonne connaissance du matériau de dragage. Des analyses complémentaires aux analyses présentées dans la première partie de ce guide sont donc effectuées. Les matériaux de dragage présentent également des caractéristiques particulières (teneur en eau, …) qui peuvent imposer des prétraitements.

Choix de la future utilisation du matériau

Analyses complémentaires -Analyses chimiques -Analyses minéralogiques -Analyses géotechniques

Stockage -Type de stockage -Prétraitements (décantation, aération, …) -Suivi de paramètres (matières organiques, humidité, …)

Formulations -Proposition de formulations -Analyses géotechniques

Validation -Test grandeur nature -Analyses géotechniques et chimiques du matériau sur le terrain

Proposition d’une nouvelle voie de valorisation

Faisabilité technico-économique



Des formulations utilisant ces matériaux sont ensuite développées et testées en laboratoire. Enfin, des essais grandeur nature sont réalisés, à l’aide de planches expérimentales. Il faut noter que chaque étape peut remettre en cause le choix initial de l’utilisation future du matériau. Cependant, ces nouveaux éléments peuvent aussi permettre de révéler d’autres utilisations possibles du matériau.

2.1.1. Analyses complémentaires

Un matériau destiné à une application en génie civil doit répondre à des normes précises. Ainsi, un nombre minimal d’analyses chimiques et géotechniques doivent être effectuées en fonction de cette utilisation, conformément aux normes et à la classification des matériaux. Par exemple, le guide SETRA [SETRA, 1992] donne les procédures analytiques à effectuer en fonction de l’application visée, pour des valorisations en techniques routières. Toutefois, il est possible d’approfondir ces connaissances lorsque le matériau présente des caractéristiques particulières, différentes de celle d’un matériau « standard » de carrière. En outre, il est nécessaire de caractériser ce matériau plus précisément lorsqu’on veut, par exemple augmenter sa proportion dans une formulation, en sortant du cadre normatif. L’étape d’analyse doit donc être adaptée au but recherché et au matériau utilisé. Ainsi, dans les exemples d’application, certains essais décrits ci-après n’ont pas été effectués, car ils n’étaient pas nécessaires au but recherché. Par ailleurs, certains essais normalisés et analyses ont nécessité des prétraitements particuliers, à cause de la teneur en eau élevée et de la présence de matière organique. Ainsi, pour certaines analyses, il a été préféré un séchage à 40°C de l’échantillon au lieu du séchage traditionnel à 105°C, pour éviter une dégradation des matières organiques et une volatilisation de Composés Organiques Volatils. De plus, pour les essais triaxiaux, de cisaillement et oedométrique, les échantillons ont été consolidés à l’aide de cellules oedométriques et de consolidomètres. Le matériel et la procédure de cette étape ont été développés par le département Génie Civil de l’ENSM Douai.

2.1.1.1. Analyses chimiques

Le Tableau 12 présente, à titre d’exemple, les analyses chimiques qui ont été réalisées sur les matériaux de dragage dans le cadre de cette étude PREDIS.



Tableau 12 : présentation des analyses chimiques effectuées sur les matériaux de dragage Analyse Principe et remarques Norme Fluorescence X Caractérisation de la composition élémentaire Tests de lixiviation Extraction 1*24 heures

Dosage de métaux par torche à plasma Dosage des 16 HAP (EPA) par chromatographie liquide Dosage des PCB par chromatographie Dosage des sulfates, chlorures, nitrates par chromatographie ionique Dosage COT Dosage DCO

EN 12457-2 XPX 33-012 XPX 33-012 NF EN ISO 14402 NFT 90-101

Capacité de neutralisation acide

Extractions à différents pH (de pH 4 à pH 12) Analyses de métaux par ICP, sauf Hg par fluorescence atomique Analyse des sulfates et chlorures par chromatographie ionique

EN 14 429 AFNOR, 2005

Carbone Organique Total Calcination et dosage du CO2 émis NFP 94 055 AFNOR, 1998

Les échantillons destinés aux analyses chimiques ont été prélevés dans les fûts d’échantillonnage puis stockés au réfrigérateur à 4°C, préalablement aux procédures analytiques. La fluorescence X permet une analyse élémentaire de l’échantillon. Le prétraitement de l’échantillon a été réalisé de manière conventionnelle (séchage à 105°C et broyage à 200 µm) [BERNARD et ABRIAK, 2003]. Les tests de lixiviation permettent d’évaluer les polluants susceptibles d’être lixiviés et donc l’impact environnemental. Les essais ont été effectués sur l’échantillon non séché. En effet, les composés lixiviés ne sont pas les mêmes que lorsque l’on sèche l’échantillon. C’est le seul écart par rapport aux préconisations de la norme. Les analyses de capacité de neutralisation acide informent du comportement de certains polluants lorsque le matériau est soumis à différentes conditions pH. Pour ce faire, l’échantillon a été séché à 40°C. Les analyses d’hydrocarbures totaux donnent des informations sur le type de pollution organique pouvant être présente dans les sédiments. Enfin, la mesure du COT permet d’évaluer le pourcentage de matière organique présente dans ces matériaux. Le séchage préalable de l’échantillon a été effectué à 40°C, de manière à ne pas dégrader ces composés organiques.

2.1.1.2. Analyses minéralogiques

Le Tableau 13 présente les techniques d’analyses minéralogiques utilisées dans le cadre de l’étude PREDIS. Tableau 13 : présentation des analyses minéralogiques effectuées sur les matériaux de dragage Analyse Principe et remarques Norme Diffraction rayons X Caractérisation des composés cristallins Analyse thermogravimétrique Caractérisation de fractions volatiles et thermolabiles Microscopie optique Caractérisation de phases cristallines et amorphes



La diffraction aux rayons X a été effectuée après un prétraitement conventionnel de l’échantillon (séchage à 105°C et broyage). La caractérisation des phases cristallines d’un matériau est importante car les propriétés de chaque phase déterminent sa stabilité et donc la stabilité du matériau face à des contraintes chimiques, physiques ou mécaniques.

2.1.1.3. Analyses géotechniques

Le Tableau 14 présente les techniques d’analyse géotechniques utilisées dans le cadre de cette étude. Tableau 14 : présentation des analyses géotechniques effectuées sur les matériaux de dragage Analyse Principe Norme Teneur en eau Mesure de la teneur en eau du sédiment obtenue par

séchage à 105°C et mesure de la variation de masse NFP 94-050 AFNOR, 1998

Granulométrie Mesure des différentes fractions granulométriques du sédiment

NFP 94-056 ISO 13320-1 AFNOR, 1998

Masse volumique apparente Rapport entre la masse du sédiment humide et son volume humide

NFP 94-053 AFNOR, 1998

Masse volumique absolue Rapport entre la masse du sédiment sec et son volume sec

NFP 94-053

Valeur au bleu de méthylène (VBS)

Adsorption du bleu de méthylène par les argiles, les matières organiques et les hydroxydes de fer Quantité de bleu de méthylène adsorbée en gr pour 100 gr d’échantillons

NFP 94-068 AFNOR, 1998

Limites d’Atterberg Mesure des limites de plasticité du matériau wl : passage de la phase liquide à la phase plastique wp : passage de la phase plastique à la phase solide IP : indice de plasticité

NFP 94 051 AFNOR, 1998

Essai triaxial : - Type CU-U - Type CD

Etude du comportement d’une éprouvette cylindrique en matériau sous des sollicitations axiales et radiales créées par un fluide sous pression

NFP 94-070/074 AFNOR, 1998

Cisaillement rectiligne : - Type CD - Type CU

Mesure de la résistance au cisaillement NFP 94-071-1 et 2 AFNOR, 1998

Essai à l’oedomètre en condition saturée

Etude de l’évolution du tassement sous l’application de charges

NFP 94-090-1 AFNOR, 1998

Les échantillons destinés à ces analyses ont été stockés dans des fûts de 50 litres à température ambiante. Une homogénéisation par agitateur mécanique a été effectuée avant tout prélèvement. La fluidité des matériaux de dragage permet de réaliser une bonne homogénéisation de ces derniers. Il est rappelé que les essais triaxiaux et de cisaillement ont été réalisés sur un échantillon consolidé à l’aide de cellules oedométriques et de consolidomètres. L’ensemble de ces résultats va permettre d’avoir une vision synthétique des propriétés mécaniques du matériau. En fonction de ces dernières, des formulations différentes vont être réalisées, afin d’améliorer la géotechnicité du matériau. Les formulations diffèrent également suivant le type de valorisation retenue, en techniques routières ou en coulis.



2.1.2. Stockage des matériaux de dragage

Un matériau destiné à une application en génie civil possède des caractéristiques qu’il convient de modifier selon le type d’utilisation. L’étape de stockage peut permettre de réaliser ces modifications. Parmi les propriétés chimiques, la présence de contaminants peut nécessiter des traitements de dépollution qui seront différents selon le type et le degré de pollution. De plus, certains constituants comme les matières organiques ou la teneur en eau peuvent limiter le champ des possibilités d’application du matériau. Par exemple, une teneur en eau importante, telles celles rencontrées dans un sédiment, présente un avantage pour une utilisation du matériau en coulis, mais est un inconvénient important pour une valorisation en techniques routières. Une étape préalable est nécessaire afin de diminuer la teneur en eau du matériau. Par ailleurs, cette teneur en eau peut varier suivant la technique de dragage utilisée qui, de ce fait, peut donc avoir un impact sur la mise en œuvre d’une voie de valorisation. Ainsi, l’étape de stockage, dans laquelle s’effectue l’ensemble de ces opérations dépend aussi du type du matériau utilisé et de l’utilisation que l'on projette.

2.1.3. Formulation

L’étape de formulation s’appuie sur les caractéristiques du matériau de départ et sur son utilisation future. La granulométrie est un paramètre important qui peut être corrigé par adjonction d’éléments plus grossiers. La teneur en eau est également un facteur à prendre en compte, comme il a été vu au paragraphe précédent. La proportion de matériau que l’on veut utiliser est également très importante et soumise à des restrictions suivant certaines propriétés. Ici, les études visaient à avoir une proportion importante de matériaux de dragage dans les formulations. Des liants hydrauliques peuvent également être ajoutés, suivant les cas. Différents types d’essais, choisis selon l’utilisation future du matériau modifié sont également mis en œuvre (essais de portance, de compressibilité, triaxiaux, Optimum Proctor, cisaillement,…). Ces essais permettent d’affiner les formulations et de définir le champ et les modalités d’application du matériau de départ. Ainsi, le matériau peut être classé suivant certains référentiels utilisés en Génie Civil [SETRA, 1992]. Par ailleurs, ces analyses peuvent éventuellement mettre en évidence d’autres utilisations possibles du matériau. Le Tableau 15 présente l’ensemble des tests qui ont été effectués, dans le cadre de l’étude PREDIS, pour une valorisation en techniques routières.



Tableau 15 : tests géotechniques effectués sur les formulations en techniques routières Analyse Principe et remarques Norme Optimum Proctor Caractéristiques optimales d’un compactage du sol NFP 94-093

AFNOR, 1998 Indice Portant Immédiat (IPI) Aptitude d’un matériau à supporter directement sur

sa surface la circulation des engins de chantier NFP 94-078 AFNOR, 1998

Mesure du module d’élasticité par compression simple

Evaluation du potentiel élastique du matériau NF P 98-232-1

Essai de compression diamétrale Evaluation de la résistance au fendage NF P 98-232-3 Cisaillement rectiligne : - Type CU

Etude de la résistance au cisaillement

NFP 94-071-1 AFNOR, 1998

Essais à l’oedomètre en condition saturée

Etude de l’évolution du tassement sous l’application de charges

NFP 94-090-1 AFNOR, 1998

Pour une valorisation du matériau en coulis, les techniques de caractérisation sont différentes (Tableau 16). Tableau 16 : tests effectués sur les formulations de coulis Analyse Principe et remarques Norme Cône de Marsh Mesure de la fluidité du coulis NF P 18-358

Mini cône d’affaissement Mesure de la maniabilité du coulis Temps de prise Temps de prise du coulis NF P 18-362 Ressuage statique Evaluation de la stabilité du coulis NF P 18-359 Viscosimètre à cylindres coaxiaux (mesures rhéologiques)

Mesure des viscosités plastiques et apparentes Mesure du seuil de cisaillement

Résistance à la compression Mesure de l’aptitude du coulis à résister aux contraintes mécaniques

Retrait et gonflement Mesure du retrait ou du gonflement du coulis NF P 15-433 Ces Tableaux 15 et 16 permettent de mettre en évidence que de la nature des essais de caractérisation d’une formulation et de son comportement dépendent la future utilisation de cette formulation.

2.1.4. Validation

Une fois les formulations établies, des applications sur le terrain sont réalisées, au travers de planches expérimentales. En technique routière, la surface d’un ouvrage peut être de quelques mètres carrés à plusieurs milliers de mètres carrés. Ces planches expérimentales permettent l’étude en conditions réelles d’utilisation du matériau. Des analyses étudient le relargage de certains polluants et comparent les résultats avec les prévisions réalisées à partir des essais de lixiviation. D’autres paramètres concernant le comportement géotechnique du matériau sont vérifiés. Ils sont comparés aux prévisions attendues.



Si l’ensemble des résultats ne montre pas de dérive par rapport aux prévisions, le matériau peut ainsi être mis sur le marché, en prenant soin de définir strictement les conditions de mise en oeuvre.

22..22.. AApppplliiccaattiioonn aauuxx ssééddiimmeennttss ppeeuu ppoolllluuééss ddeess ppoorrttss ddee GGrraavveelliinneess // GGrraanndd FFoorrtt PPhhiilliippppee eett DDuunnkkeerrqquuee

Dans le cadre de l’étude PREDIS, les expérimentations ont été réalisées sur des sédiments peu pollués. Deux voies de valorisation ont été étudiées ou sont en cours d’étude : valorisations en techniques routières et coulis. Chaque valorisation vise à une utilisation bien précise du matériau qui sera définie au début de chacun des paragraphes suivants.

2.2.1. Présentation des sites d’application

2.2.1.1. Cadre de l’étude

Le Nord Pas de Calais est une des principales régions en France à se soucier du problème de la gestion des sédiments, de par la présence des ports de Dunkerque, Calais, Boulogne sur Mer. Ces ports sont situés dans une région où l’activité sédimentaire est forte. Ils ne sont éloignés que de quelques dizaines de kilomètres et ont des activités différentes, essentiellement industrielles, de trafic passagers pour le premier et de loisirs pour les autres. Dans le cadre d’un Plan Régional d’Elimination des Déchets Industriels et Spéciaux et en collaboration directe avec le Port Autonome de Dunkerque et le port de Gravelines Grand Fort Philippe, trois types de vases sont caractérisées :

deux faiblement polluées, pour l’ensemble de l’étude, en complément, une fortement polluée, pour une meilleure connaissance des

sédiments et un comparatif avec les sédiments faiblement polluées.

2.2.1.2. Port Autonome de Dunkerque

Le port autonome de Dunkerque est le 3ème port de France, localisé sur les côtes de la Mer du Nord (Figure 21). Il se compose du port Ouest et du port Est et s’étend sur 17 km de rivage sans estuaire. Dunkerque se situe dans le détroit du Pas de Calais, proche du tunnel sous la Manche, et à quelques heures de trains de Paris, Londres et Bruxelles. Sa zone industrielle est caractérisée par une spécialisation dans différentes sources d’énergies (pétrole et pétrochimie, gaz, charbon, énergie nucléaire et éolienne). De par l’importante activité sédimentaire, 3 à 4 millions de m3 de matériaux sont dragués chaque année.



Avec ce flux de matériaux et cette richesse industrielle, il représente un cas d’étude intéressant.

Figure 21 : port de Dunkerque

2.2.1.3. Port de Gravelines Grand Fort Philippe

Le Port Départemental de Gravelines et Grand Fort Philippe (Figure 22) accueille principalement des activités nautiques et de plaisance. Il se divise en deux grandes parties : le chenal d’accès et le bassin Vauban. Quatre kilomètres séparent l’embouchure du chenal au bassin (Figure 22). Le dernier dragage date des années 50, et une opération de dragage de 300 000 à 400 000 m3 est en cours.



Figure 22 : vue de Gravelines

2.2.1.4. Choix des zones de prélèvement

Deux points de prélèvement, pour chaque port, ont été réalisés. A Dunkerque, le premier point se situe à l’entrée de l’Avant Port Ouest, et est référencé D1. Le deuxième, référencé D2, a été prélevé dans la zone de Réparation Navale, en bout d’un dock flottant. A Gravelines, les deux points, référencés G1 et G1’ ont été prélevés dans la même zone, située dans le chenal d’accès, au niveau de l’Avant Port (figure 22). De par l’objectif de l’étude, qui est la valorisation des sédiments fins, les zones de prélèvement ont été choisies pour leur granulométrie majoritairement vaseuse. En effet, on retrouve dans certaines zones portuaires, des matériaux de dragage ayant une granulométrie fortement sableuse. Ce paramètre était l’un de nos deux critères de sélection des zones d’études. Le deuxième était la qualité environnementale de nos matériaux. A Dunkerque, les niveaux de pollutions peuvent atteindre des seuils préoccupants, principalement dans les bassins intérieurs du port Est, et en particulier dans la zone de Réparation Navale, où a été prélevé D2. Dans d’autres zones répertoriées des bassins intérieurs (figure 23), on trouve des polluants inorganiques et organiques, donc une pollution large et répartie, à des niveaux variables [Mac Farlane, 04]. Dans le port Ouest, la pollution est moins présente et la zone de prélèvement de D1 (figure 24) ne pose pas problème, vis à vis de l’Arrêté du 14 juin 2000, d’après les mesures réalisées depuis plusieurs années.

Chenal extérieur

Avant port

Chenal intérieur

Bassin Vauban

PETIT FORT

PHILIPPE

GRAVELINES

MER DU NORD

L’Aa

Bassin d’échouage

Écluse

GRAND FORT

PHILIPPE



Figure 23 : zonage du port est de Dunkerque [Mac Farlane, 04]

Figure 24 : Avant Port Ouest de Dunkerque – Prélèvement D1 A Gravelines, la pollution se situe dans le bassin d’échouage du chenal d’accès et dans le bassin Vauban (figure 22). On trouve sur ces zones, des traces de HAP et de TBT, ainsi que quelques points de concentrations élevées en cadmium, mercure, et en PCB (congénères 28 et 52) [Idra Environnement, 2001]. L’avant port, lieu de prélèvement de G1 et de G1’ (figure 25), n’a pas pu être dragué en raison d’un refus d’autorisation d’immersion de part des problèmes écotoxicologiques. L’embouchure d’une rivière, l’Aa, se situe dans le bassin Vauban. Les vases restent principalement d’origine marine car elles représentent 70 % des apports à hauteur du bassin Vauban, 85 % sur le bassin d’échouage et 95 % à hauteur de l’avant port. Une étude sur l’hydraulique sédimentaire a révélé que les matériaux avaient tendance à remonter dans le chenal maritime jusqu’au bassin Vauban par l’action de la houle et des courants de marée. Les vases marines sont les plus calcaires avec des taux de carbonates dépassant 40%, liés

D1

D2



probablement à la présence de coquillages. Les vases fluviales ont des taux de carbonate plus faibles, qui sont, en moyenne, de 16%. Pour notre étude, une première campagne de prélèvements a été réalisée en juin 2003, lors d’une opération de dragage réalisée par le Port de Gravelines.

Figure 25 : Points de prélèvements à Gravelines (avant port) G1 a été prélevé en surface et G1’ par une pelle de dragage à environ 1 m de profondeur. L’ensemble des essais a été réalisé sur G1 et D1. D2 a servi de point de comparaison, sur le plan physique, chimique et minéralogique. L’étude mécanique a été exécutée sur les échantillons G1’ et D1.

2.2.2. Caractérisation des sédiments

La caractérisation des sédiments constitue la première partie de l’étude. L’objectif est d’évaluer les propriétés physiques, chimiques et mécaniques de ces matériaux. Cette évaluation va permettre, dans un second temps de reconnaître et de décrire les paramètres importants qui régissent le comportement général des sédiments. Les caractéristiques mécaniques seront aussi étudiées dans la partie formulation : elles sont liées à l’étude de l’amélioration du comportement des sédiments pour la valorisation, à travers l’étude des phases de préparation à la formulation et de stockage.

2.2.2.1. Préparation

Le prélèvement et la conservation des échantillons sont à réaliser avec précaution afin de préserver un matériau représentatif du matériau en place.

PETIT FORT

PHILIPPE

GRAND FORT

PHILIPPE

G1 G1’



Echantillonnage

De nombreuses erreurs peuvent survenir entre le lot initial et l’échantillon, entraînant l’incertitude et l’imprécision. On y retrouve les erreurs de préparation et de prélèvement issues d’une perte ou d’un apport de matières (poussières…), d’une altération chimique (échauffement…) ou physique (bris de fragments) ou par une négligence ou autres faits provoqués par l’opérateur. Des moyens existent pour réduire ces facteurs tel que l’homogénéisation de la totalité du lot à analyser pour supprimer l’erreur de ségrégation. Dans cette étude, les prélèvements ont été réalisés manuellement, avec la participation de scaphandriers pour les campagnes en profondeur réalisées à Dunkerque. A Gravelines, les échantillons ont été prélevés en surface et à un mètre de profondeur, grâce à une pelle hydraulique pour l’échantillon G1’ (Figure 26).

Figure 26 : pelle de dragage – échantillons G1’

G1 a été prélevé par des outils manuels, en surface (Figure 27).

Figure 27 : zone B - échantillon G1

Echantillon G1



Ensuite, après chaque réception de lot d’échantillons, l’homogénéisation des matériaux a été réalisée par un malaxage mécanique directement dans les fûts en plastique de contenance 54 litres.

Critères d’homogénéité

L’homogénéité définie par la norme ISO 11074-2 :1998 est "le degré d’uniformité affectant la répartition d’une propriété ou d’un constituant dans une quantité définie de matériau". Chaque lot représente de 6 à 25 fûts, et chaque fût est considéré homogène par rapport à l’ensemble. Un malaxage complet aurait été intéressant mais la suite de l’étude nécessite un matériel adapté et parfaitement propre, et la fluidité des matériaux entraîne des problèmes de manipulation. L’utilisation d’un malaxeur ou d’une bétonnière a donc été écartée. Une perceuse munie d’une pale plate a donc été utilisée. Le malaxage est réalisé pendant une dizaine de minutes jusqu’à ce que le matériau soit homogénéisé, sans la présence d’eau surnageante, tout en prenant garde à ne pas oublier une partie du fût (le fond, en particulier).

Conservation et préparation Afin de conserver les propriétés des matériaux, différentes méthodes peuvent être employées, comme le séchage, la congélation, la lyophilisation. La première solution a été envisagée mais le souhait était de conserver le matériau dans son état initial (fluide), afin de garder et de pouvoir modifier ses propriétés mécaniques. Les deux autres solutions nécessitent du matériel spécifique. De plus, la congélation semble modifier la structure des échantillons [LIFE, 02]. Pour les caractérisations chimiques et environnementales, les échantillons ont été placés dans des récipients hermétiques et inertes, à 4°C, conformément aux recommandations de l’Agence de l’Eau et d’autres organismes publics français, belges et néerlandais [LIFE, 02]. Le BRGM mentionne dans le guide méthodologique relatif à l’analyse des sols pollués, une température de 10°C [JEANNOT et al, 2001]. Pour les mesures d’éléments organiques, les échantillons ont été placés dans des récipients en verre à l’abri de la lumière, alors que pour les autres mesures, les échantillons ont été stockés dans des récipients en plastique. Pour les analyses par fluorescence X, diffraction X sur poudres, et la réalisation de lames minces dans le cadre d’analyse au microscope électronique à balayage, les échantillons sont séchés à 105°C. Pour ces deux premiers essais, les échantillons sont broyés finement au pilon à agate. Pour les analyses physiques, les échantillons sont séchés à 40°C. Pour les essais de suivi d’impact environnemental, telle que la lixiviation, le matériau est utilisé à sa teneur en eau naturelle. Une préparation spécifique est nécessaire pour la réalisation des essais mécaniques. La procédure consiste à amener les échantillons à un niveau de consolidation permettant la réalisation des essais classiques, que sont l’oedomètre, la boîte de cisaillement et l’appareil triaxial.



Les échantillons utilisés dans le cadre de la formulation, ont subis une décantation permettant une première diminution de la teneur en eau et un départ de sel, puis un séchage partiel ou total à 40°C. Le matériau, à l’issue de ce séchage, se trouve à l’état de blocs friables, qui étaient désagrégés.

2.2.2.2. Paramètres physiques et physico-chimiques

Matières organiques Les complexes argilo-humiques vont donner au matériau un potentiel de rétention d’eau plus important. Il est donc important de pouvoir évaluer la proportion de matière organique, afin de pouvoir analyser plus convenablement le comportement et les caractéristiques physiques du matériau.

Analyses quantitatives Les proportions de matières organiques ont été mesurées selon deux méthodes :

- par perte au feu à 550 °C (NF X 33-004), - en dosant le carbone organique, par oxydation sulfochromique (NF ISO 14235)

(analyses réalisées par l’Institut Pasteur de Lille). Les essais de perte au feu ont été réalisés sur deux prises d’échantillons pour les quatre points de prélèvement (tableau 17). Les temps de mesure ont été fixés à 2h et 6h. Tableau 17 : synthèse des résultats des essais de perte au feu Perte au feu 2h Perte au feu 6h Moyenne (%) Ecart type Moyenne (%) Ecart type D1 12,4 0,4 14,2 0,7 D2 14,3 1,1 15,6 1,0 G1 9,7 0,3 10,9 0,2 G1’ 11,4 0,6 13,6 0, 6 Cet essai comporte deux paramètres sensibles : la durée et la température d’essai. Les mesures sur D1, D2, G1, réalisées dans le cadre d’une étude visant à évaluer l’impact du temps d’exposition sur les résultats, sont présentées sur la figure 28, et montrent des différences de l’ordre de 2 à 4% entre des mesures après 2 heures de calcination et des mesures après 24 heures de traitement thermique.

Figure 28 : évolution de la perte au feu dans le temps sur D1, D2, G1

02468

101214161820

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28temps (h)

perte

au

feu

(%)

D1D2G1



Cet essai est à interpréter avec précaution. En effet, MUSTIN [1982] indique qu’un pourcentage d’argile dans le matériau induit dans l’intervalle de température 105 – 550°C, un départ d’eau liée équivalent à 10% du pourcentage d’argile. Globalement, cet essai donne des résultats maximalistes et il est nécessaire de les exploiter avec prudence, en comparant cette procédure d’essai à d’autres. Ainsi des analyses de carbone organique (CO) par oxydation sulfochromique ont été réalisées. Il est alors nécessaire, pour obtenir la proportion de matière organique, de multiplier la valeur de CO par un coefficient, habituellement employé dans les études de sédiments marins, égal à 1.72. Ces analyses donnent des teneurs en matières organiques par rapport à la masse sèche de matériau, de 4.5% pour D1, 8.3% pour D2, et 3.9% pour G1 (pour G1’, %M.O.=5.5%). Ces valeurs sont moins élevées que celles obtenues par perte au feu. Mesures complémentaires En s’appuyant sur les valeurs probables de matières organiques obtenues par oxydation sulfochromique, une campagne d’essais de perte au feu a été réalisée pour différentes températures de calcination et pour différentes températures de séchage de l’échantillon (tableau 18), afin de déterminer la température de calcination la plus représentative de la mesure de matières organiques. Ces essais ont été réalisés selon le même protocole sur un échantillon de la zone D1 et un échantillon de référence, le kaolin. Tableau 18 : pertes au feu à plusieurs T°C de calcination [REFIF, 2005]

D1 Kaolin Températures de séchage 40°C 105°C 150°C 40°C 105°C 150°C Températures de calcination Pertes au feu (%)

375°C 6,72 6,27 6,04 0,94 0,91 0,81 Moyenne 6,35 0,88

450°C 7,57 6,72 6,95 1,11 1,11 1,11 Moyenne 7,08 1,11

550°C 15,74 15,61 15,07 12,87 12,49 12,89 Moyenne 15,47 12,75

A 375°C, l’essai dure 16 heures, tandis qu’à 450 et 550°C, les échantillons sont laissés 6 heures dans le four. Cette campagne montre de faibles différences de pertes de masse entre les différentes températures de séchage (40, 105 et 150°C). Par contre, on remarque des différences importantes entre les mesures à 375/450 °C, et les mesures à 550°C, les premières étant plus proches des résultats après oxydation sulfochromique. Ceci souligne donc des pertes de masse entre 450 et 550°C, d’éléments ne correspondant vraisemblablement pas à des matières organiques. Par perte au feu, il est donc préférable d’appliquer une température maximale de 450°C.



Analyses qualitatives Des analyses qualitatives ont, par ailleurs, été réalisées, nous permettant d’évaluer les types de composés organiques présents dans les échantillons de G1, D1, et D2. La méthode utilisée est la pyrolyse flash – chromatographie en phase gazeuse – spectrométrie de masse. La pyrolyse permet la dégradation à petite échelle des matières organiques en absence d’oxygène. Le programme de température est composé d’une phase à 25°C pendant une seconde, d’une montée en température jusqu’à 620°C à 200°C/ms et d’un palier de 15 secondes à 620°C. Les composés produits sont séparés par chromatographie gazeuse et identifiés par spectrométrie de masse.

Sur les trois échantillons, les matières organiques sont principalement constitués de dérivés de lignine, d’acides gras caractéristiques d’une origine bactérienne et végétale, ainsi que de composés azotés. L’analyse de D2, issu d’une zone polluée, révèle aussi la présence des polluants organiques, identifiés comme étant des hydrocarbures libres issus de produits pétroliers et/ou de produits de combustion [Mansuy – Huault, 05].

Analyse granulométrique (NFP 94-056) et analyse granulométrique par diffraction laser (NF ISO 13320-1). Les analyses granulométriques ont été réalisées selon la procédure suivante : - tamisage d’un échantillon de 300 à 500 g, à 80 µm, - séchage à 105°C des fractions supérieure et inférieure à 80 µm, - tamisage de la fraction supérieure à 80 µm, à 80 µm, 100µm, 200 µm, 250 µm, 315 µm, 400 µm, 500 µm, 630 µm, 800 µm, 1mm, 1.6 mm, 2 mm, 3.15 mm, 4 mm, 5 mm, et plus selon le diamètre maximal de grains rencontrés (norme NF P 94-040), - la fraction inférieure à 80 µm est analysée grâce au granulomètre laser (NF ISO 13320-1), et pour certains échantillons par sédimentométrie (NF P 94-057). Le granulomètre laser est dans notre cas un appareil de marque COULTER type LS 230, permettant de mesurer des particules de 0.04 à 2000 µm. Son principe repose sur les propriétés de diffraction d’un rayon laser, à la rencontre d’une particule en suspension, circulant dans le circuit de l’appareil par pompage. Les particules sont considérées sphériques, et leur diamètre équivalent est inversement proportionnel à l’angle de diffraction du rayon à la rencontre de la particule. La suspension dans laquelle se trouve l’échantillon est une solution d’hexamétaphosphate de sodium, à 0,5% de concentration. Avant analyse, l’échantillon est mélangé dans la solution d’hexamétaphosphate pendant quinze minutes. La distribution granulométrique des quatre points étudiés (G1, G1’, D1, D2) est présentée dans le tableau 19 et la figure 29. La distribution des grains est très proche entre les points G1, D1, et D2, le prélèvement G1’ étant plus fin. Il y a une présence de particules supérieures à 2 mm, assez ponctuelle et aléatoire. Le pourcentage de silt est majoritaire pour tous les points. Le pourcentage de particules inférieures à 2 µm est compris entre 4 et 10 %. L’échantillon G1, prélevé dans la partie superficielle de la couche de vase, renferme plus de particules sableuses que G1’



0102030405060708090

100

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100tamis (mm)

refu

s cu

mul

é (%

)

D1D2G1G1'

prélevé à une profondeur d’un mètre : ceci résulte probablement d’un apport éolien probable des plages de Grand Fort Philippe et de Petit Fort Philippe. Cette proportion de sable est du même ordre pour les échantillons D1 et D2, prélevés à la surface d’une couche de vase, située à 23 et 15 mètres de profondeur, par rapport à la surface de l’eau. Tableau 19 : récapitulatif des fractions des échantillons

GRAVELINES DUNKERQUE G1 G1’ D1 D2

%< 2µm 4,5 9,7 5,4 5,5 2µm<%<63µm 57,4 73,1 57,8 59,1

63µm>% 38,1 17,2 36,8 35,4

Figure 29 : courbes granulométriques de G1, G1’, D1, D2 Le tableau 19 représente, pour chaque point de prélèvement, les moyennes de deux prises d’échantillons. Les essais sur la fraction inférieure à 80µm, au granulomètre laser, sont répétés trois fois sur chaque fraction, afin d’évaluer la répétitivité de la mesure, sachant que les quantités utiles pour l’essai ne sont de l’ordre que de quelques grammes. Les résultats sont comparables à ceux des ports du Havre et de Rouen, dont les sédiments sont majoritairement silteux, et ont un pourcentage d’argile compris entre 7.7 et 10.3 % [Boutouil, 1998] [Colin, 2003]. Un deuxième prélèvement sur G1 a été réalisé en juin 2004. Les analyses granulométriques ont révélées une distribution semblable au premier point de prélèvement, ce qui indique une certaine homogénéité dans le temps, de la granulométrie des sédiments de cette zone : 5,5% d’argile, 61,1% de limon, 33,4% de sable.



Masses volumiques absolues ρs Les masses volumiques de la phase solide ont été mesurées par pycnomètre à hélium de marque MICROMERITICS et de type ACCUPYC 1330. L’échantillon, broyé et séché à 40°C, est introduit à l’état de poudre dans une cellule. Cette cellule, dont le volume est connu, est placée ensuite dans l’appareil. L’hélium est injecté ce qui chasse l’air de la cellule. En fonction de la pression nécessaire pour remplir la cellule, le système d’acquisition la retranscrit en volume, en se basant sur la mesure réalisée avec un étalon qui donne la pression de référence. La différence entre le volume de la cellule et le volume d’hélium injecté, connu d’après les mesures de pression, est le volume du matériau. La masse de l’échantillon est connue et permet le calcul de la masse volumique sèche (sans prise en compte de la porosité fermée). Pour chaque essai, 80 relevés de pression sont réalisés. Pour chaque échantillon, deux essais ont été réalisés afin de vérifier l’homogénéité de la prise (tableau 20). Les valeurs sont semblables et se situent dans la limite inférieure de la plage de valeurs typiques des matériaux organiques : 2500 à 2650 kg/m3. Tableau 20: récapitulatif des masses volumiques absolues (kg/m3)

G 1 G 1’ D 1 D 2 Ech. 1 2490 2540 2530 2490 Ech. 2 2500 2520 2530 2480

moyenne 2500 2530 2530 2490 Pour l’étude de formulation, la valeur de 2500 kg/m3 a été fixée pour l’ensemble des points étudiés.

2.2.2.3. Minéralogie

Une bonne connaissance des minéraux présents est indispensable pour mieux connaître le matériau et anticiper l’influence de certains d’entre eux dans le process de la valorisation. La reconnaissance des phases cristallines des sédiments a été réalisée par diffraction aux rayons X, dont le principe est basé sur l’ordre cristallin de la matière, par un appareil de type Siemens (D5000). Cette analyse est associée à la fluorescence X, qui permet d’évaluer la proportion des différents éléments chimiques présents dans le matériau, en s’appuyant sur les propriétés d’excitation et de désexcitation des niveaux d’énergie des électrons de la matière. Cependant un élément important ne peut être dosé : le carbone. Cet élément, dans les matériaux comme les sédiments, est difficilement quantifiable. Pour cela, il est nécessaire de l’évaluer à travers des analyses thermo-gravimétriques, et dans notre cas, de par la présence d’éléments organiques, donc de carbone organique, par oxydation sulfochromique. Pour obtenir le pourcentage de carbone total, on additionne le pourcentage de carbone minéral et le pourcentage de carbone organique. Cette étude minéralogique a été réalisée sur G1, D1, et D2.



Les teneurs en carbone organique, obtenus par l’Institut Pasteur de Lille, sur l’analyse d’un prélèvement de chaque point précédemment cité, sont connus :

- % CO D1 = 2,6%, - % CO D2 = 4,8 %, - % CO G1 = 2,3 %.

Quant aux résultats des analyses thermo gravimétriques, les essais ont été réalisés sur des échantillons séchés à 105°C. On remarque un changement de pente vers 600°C, qui pourrait correspondre à la température de fusion de la dolomite (610°C). La perte de masse, liée à la perte en carbone minéral, est mesurée entre cette température et la phase de stabilisation.

Figure 30 : résultats des analyses thermo gravimétriques La perte de masse correspond au dégagement de CO2. Le taux de carbone est calculé en multipliant la perte de masse par 0.273. En effet, les masses molaires du carbone et de l’oxygène sont de 12 et 16g/mol. Le pourcentage massique molaire du carbone dans le dioxyde de carbone est donc égal à 12/44*100 = 27,3%. On obtient, d’après la figure 4-13, entre 610°C et le point de stabilisation :

- %CO2 D1 = 16,25 %, donc %Cminéral D1 = 4,43 % - %CO2 D2 = 7,65 %, donc %Cminéral D2 = 2,09 % - %CO2 G1 = 12,26 %, donc %Cminéral G1 = 3,34 %

Le pourcentage de carbone total présent dans nos différents points de prélèvement est :

- % C D1 = 2.6 + 4.43 = 7.03 % - % C D2 = 4.8 + 2.09 = 6.89 % - % C G1 = 2.3 + 3.34 = 5.64 %

Les proportions des différents éléments sont obtenues en associant les valeurs de carbone aux valeurs des autres éléments mesurés par fluorescence X, et sont présentées dans le tableau 21.

G1



Tableau 21 : résultats de fluorescence X (valeurs exprimées en pourcentages massiques)

On remarque que les principaux éléments, que sont l’oxygène, le calcium, le silicium, l’aluminium, et le fer, sont dans des proportions quasi équivalentes entre les différents prélèvements. Pour les différents points de l’étude, les phases principales apparues avec les essais de diffraction (figure 31), sont le quartz (Q) et la calcite (C). On note également la présence probable de pyrite (P), halite (H), illite (I), chlorite (Ch), et dolomite (D). Les quartz ou les carbonates sont les minéraux habituellement rencontrés dans la matrice granulaire d’une vase [Marot, 1998], comme dans le port du Havre [Boutouil, 1998], le port autonome de Rouen [Colin, 2003], ou le canal de la Deûle [Marot, 98]. La phase argileuse des échantillons semble être composée d’illite. Les principales familles d’argiles sont la kaolinite, l’illite, et la montmorillonite [Schlosser, 88]. Elles se caractérisent par les distances inter réticulaires, et l’organisation des feuillets. La souplesse des liaisons entre les feuillets caractérise la plasticité des argiles. L’eau est attirée et adsorbée sur les particules d’argiles grâce aux charges positives et négatives des particules et de l’eau. Les charges positives des particules d’argiles sont au centre et les négatives en périphérie [Schlosser, 88]. La réalisation d’essais de diffraction avec un protocole argile permettrait de confirmer cette présence et celle éventuelle d’autres phases argileuses.

G1 (%) D1 (%) D2 (%) O 49.68 49.62 47.65 Ca 16.52 16.18 13.24 Si 14.49 13.36 13.87 C 5.64 7.03 6.89 Al 4.08 4.23 4.55 Fe 2.44 2.56 4.53 Na 1.76 1.56 2.09 Mg 1.45 1.74 1.67 K 1.19 1.27 1.36 Cl 1.42 1.44 1.82 S 0.88 0.56 1.52 Ti 0.27 0.26 0.29 P 0.16 0.13 0.14

Mn traces traces traces Zn traces traces 0.12 Cu 0 0 0.11 Zr traces traces traces Cr 0 traces traces Pb 0 0 traces



D 11a

42-1340 (*) - Pyrite - FeS213-0003 (D) - Chlorite - Mg2Al3(Si3Al)O10(O)802-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)275-0306 (C) - Halite - NaCl83-0578 (C) - Calcite - Ca(CO3)87-2096 (C) - Quartz - SiO2Operations: Smooth 0.036 | St rip kAlpha2 0.500 | Background 0.676,1.000 | ImportD:\DIFFDAT1\phase\O6MD11a.RAW - File: O6MD11a.RAW - Type: PSD fast-scan - Start: 5.000 ° - End: 99.905 ° - Step: 0.036 ° - Step time: 7. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta:

Lin

(Cou

nts)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

d - Scale1.5210 3456789

Q

Q Q

C

C

H

CC

C C

C

H

H

Q

Q

Q

Q I

I I

I I

I I I

I I I I I

I I

I I I Ch Ch Ch Ch

Py

Py

PyPy

C

Figure 31 : phases cristallines principales représentatives des points de prélèvement étudiés (prélèvement D1)

2.2.2.4. Comportement de la fraction fine

Valeur au bleu de méthylène (NFP 94-068) Après avoir tamisé l’échantillon à 5 mm, l’essai consiste à mesurer la quantité de bleu de méthylène pouvant s’adsorber sur l’échantillon mis en suspension. Cet essai permet d’évaluer l’activité argileuse des sédiments. La capacité d’adsorption du bleu de méthylène dépendra en partie de la surface spécifique des grains. Tableau 22 : récapitulatif des valeurs au bleu

G1 G1’ D1 D2 VB 1 3,08 4,46 3,19 3,74 VB 2 2,82 4,49 3,07 3,27

moyenne 2,95 4,48 3,13 3,51 Ces valeurs coïncident avec les résultats des analyses granulométriques : l’activité argileuse est modérée. La valeur de G1 est, une fois de plus, différente des autres échantillons, de part une fraction sableuse moins importante. On retrouve cet ordre de grandeur pour les sédiments du port autonome de Rouen [Colin, 2003], avec une VBS comprise entre 4,1 et 4,6.



Limites d’Atterberg (NF P 94 051) Cet essai a pour but de déterminer les teneurs en eau de référence liées au changement d’état du matériau (figure 32) :

- la limite de liquidité, mesurée à la coupelle de Casagrande, représentant la teneur en eau délimitant l’état liquide de l’état plastique,

- la limite de plasticité, mesurée par la méthode du rouleau, représentant la teneur en eau délimitant l’état plastique et l’état solide.

La différence entre ces deux limites définies est l’indice de plasticité (IP), exprimé en pourcentage.

Figure 32 : phases de consistance d’un matériau Les mesures présentées dans les tableaux 23 et 24 sont les moyennes de deux séries d’essais pour chaque échantillon. Tableau 23 : récapitulatif des limites d’Atterberg pour Gravelines

G1 G1’ éch. 1 éch. 2 moyenne éch. 1 éch. 2 moyenne

wL 93 91 92 101 105 103 wP 34 34 34 44 48 46 IP 59 57 58 57 57 57

Tableau 24 : récapitulatif des limites d’Atterberg pour Dunkerque

D1 D2 éch. 1 éch. 2 moyenne éch. 1 éch. 2 moyenne

wL 102 93 97 129 114 122 wP 46 44 45 48 47 48 IP 56 49 52 81 67 74

Les résultats obtenus donnent des indices de plasticité élevés comparables à des sols argileux inorganiques, telle que l’argile inorganique de Louiseville (Québec) [Tremblay, 1998], ou de silts organiques, comme les sédiments portuaires du Havre [Boutouil, 1998] (figure 33). Les sédiments comportent du sel et des matières organiques, qui peuvent influencer le caractère plastique des matériaux. Le sel est connu pour réduire la limite de liquidité des argiles gonflantes, de type smectite, par les ions Na+ et K+ qui viennent se glisser entre les feuillets et réduire les distances inter réticulaires[Van Paassen, 02]. Cela ne semble pas être le cas dans notre étude car l’argile, présente en faible quantité, est essentiellement de type illite. Par contre, les matières organiques sont réputées être rétentrice d’eau, ce qui augmente les valeurs de limite de liquidité. Effectivement, les matières organiques absorbent une partie de l’eau présente dans le matériau, et donnent aux matériaux une plage de plasticité plus grande.

SOLIDE PLASTIQUE LIQUIDE 0 % wP wL



0

10

2030

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140wL (%)

IP(%

) G1

D2

D1G1'

Havre

Louiseville

Figure 33 : abaque de Casagrande Afin d’évaluer plus précisément l’influence des matières organiques sur le comportement des sédiments, des essais spécifiques ont été réalisés. Effets des matières organiques sur la fraction fine Afin d’évaluer l’impact des matières organiques sur le comportement du matériau, il est nécessaire d’étudier les sédiments en supprimant en partie ou totalement la phase organique.

Traitement des échantillons

Deux types de traitement ont été choisis pour altérer ou détruire ces éléments : le traitement à l’eau oxygénée (NBN 589-207-3) et la calcination à 550°C (NF X 33-004). Le tableau 25 présente les résultats de mesures de carbone réalisés sur D1, après traitements. On remarque une nette diminution de la teneur en MO après traitement thermique et une diminution de l’ordre de 40% pour le traitement à l’eau oxygénée. Tableau 25 : efficacité des traitements des matières organiques sur D1

Type de matériau % CO

par rapport au poids sec

% MO estimé par rapport au poids

sec échantillon séché à 105°C 2,36 4,1

échantillon séché à 105°C et mis au four à 550°C 0,4 0,7

échantillon séché à 105°C et traité à l'eau oxygénée 1,33 2,3



Limites d’Atterberg après traitements De nouvelles mesures de limites ont donc été réalisées sur D1 et D2 selon différents modes de préparation :

- après lavage, afin d’éliminer les sels et de vérifier leur interaction avec les éléments argileux,

- après traitement à 550°C, - après traitement à l’eau oxygénée.

Le tableau 26 montre l’efficacité du lavage, à travers les diminutions importantes des teneurs en sodium et chlorures. Tableau 26 : proportions des éléments contenus dans D2 (exprimées en pourcentage massique)

naturel O Si Ca C Al Fe Na Cl S

47,72 13,68 12,47 6,89 4,4 3,99 2,71 2,56 1,86 Mg K Ti P Zn Cu Mn Pb Zr 1,68 1,37 0,25 0,14 0,11 traces traces traces traces

désalé

O Si Ca C Fe Al S Mg K 48,98 14,15 13,50 6,89 4,60 4,57 2,01 1,41 1,35

Na Cl Ti Zn P Cu Mn Pb Zr 1,24 0,56 0,28 0,14 0,13 traces traces traces traces

Le tableau 27 présente les résultats de limites d’Atterberg, pour les différentes conditions de préparation. Tableau 27 : limites d’Atterberg sur matériau traité

D1 D2 1 2 1 2 wL (%) wP (%) wL (%) wP (%) wL (%) wP (%) wL (%) wP (%)

naturel 101,92 46,39 92,98 43,59 129,28 48,36 113,9 47,19 désalé 95,52 44,41 89,21 47,83 130,16 53,14 119,7 47,37 calciné salé 40,27 / 42,33 / / / / / calciné désalé 48,89 / 44,89 / / / / / traité à l'eau oxygénée 40,87 32,97 43,5 30,9 55,95 25,01 50,95 27,56 On peut remarquer de grandes différences entre le matériau naturel et le matériau traité à l’eau oxygénée. Les essais au rouleau n’ont pas pu être réalisés sur le matériau traité thermiquement, dont la structure minéralogique (agrégats très durs) a probablement été modifiée. Les résultats de ces essais montrent bien l’influence importante qu’ont les matières organiques sur le comportement des sédiments. La plasticité, très grande initialement, est plus faible après traitement, et révèle un comportement plus proche des distributions granulométriques obtenues. Par contre le lavage, permettant de dessaler le matériau, ne montrent pas de différences avec le matériau naturel. On vérifie donc que le sel ne semble pas être un paramètre influent pour



les sédiments, vis à vis de wL, wP, et de l'IP. Il reste cependant un élément à étudier dans le cadre de la valorisation et du contrôle des rejets.

Valeurs au bleu

Les traitements thermique et à l’eau oxygénée ont été reproduits pour préparer l’échantillon D1 à des mesures de valeur de bleu. Les moyennes de deux essais, par type d’échantillon, sont présentées dans le tableau 28. Tableau 28 : valeurs au bleu sur D1 traité

D1 Sédiments bruts 3,1 Après lavage 2,6 Après traitement à l’eau oxygénée 2,4 Après traitement thermique 0,1

Les valeurs de bleu obtenues sur le matériau non traité, le matériau lavé et le matériau traité à l’eau oxygénée, sont du même ordre de grandeur. Les différences observées peuvent être causées par une variabilité de nature de l’échantillon et par la sensibilité même de ce test. La valeur au bleu après traitement thermique est quasi nulle et semble refléter les modifications minéralogiques causée par le traitement thermique. Les essais au bleu sur le matériau traité à l’eau oxygénée ne semblent donc pas indiquer un changement de l’activité argileuse, par rapport au matériau naturel.

2.2.2.5. Essais de lixiviation des sédiments bruts

L’essai de lixiviation de la norme EN 12457-2 est réalisé sur matériau broyé : il consiste à appliquer un mouvement rotatif au matériau placé dans un flacon pendant un cycle de 24 heures. Ces analyses ont été réalisées par l’EMD et INERTEC, en collaboration avec SITA FD. Un rapport de Liquide/Solide (L/S) de 10 est appliqué. En fin de cycle, l’ensemble est filtré à 0,45 µm. Les résultats sont comparés aux seuils de la Décision européenne 2003/33/CE établissant des critères et des procédures d’admission des déchets dans les décharges, conformément à la Directive Décharge 1999/31/CE (tableau 29). Cette liste de paramètres a été complétée des critères (PCBs, HAPs, DCO) de l’arrêté du 14 juin 2000 pour l’analyse des éluats (tableau 30).



Tableau 29 : Seuils d’acceptation dans les centres de stockage (Décision européenne 2003/33/CE) relatifs aux éluats

PARAMETRES Classe III Stockage

de déchets inertes

Valeurs seuils (en

mg/kg de ms)

Classe II Stockage de déchets non dangereux

Valeurs seuils

(en mg/kg de ms)

Classe I Stockage de

déchets dangereux

Valeurs seuils (en mg/kg de

ms)

Traitements des déchets dangereux

avant stockage

SUR ELUAT

(L/S = 10)

pH 4 - 13 Fraction soluble < 4000 < - < 60000 < - < 100000 < Antimoine (Sb) < 0,06 < - < 0,7 < - < 5 < Arsenic (As) < 0,5 < - < 2 < - < 25 < Baryum (Ba) < 20 < - < 100 < - < 300 < Cadmium (Cd) < 0,04 < - < 1 < - < 5 < Chrome Total < 0,5 < - < 10 < - < 70 < Chrome VI 5 < Cuivre (Cu) < 2 < - < 50 < - < 100 < Mercure (Hg) < 0,01 < - < 0,2 < - < 2 < Molybdène (Mo) < 0,5 < - < 10 < - < 30 < Nickel (Ni) < 0,4 < - < 10 < - < 40 < Plomb (Pb) < 0,5 < - < 10 < - < 50 < Selénium (Se) < 0,1 < - < 0,5 < - < 7 < Zinc (Zn) < 4 < - < 50 < - < 200 < Cyanures < < - < < - < 5 < Chlorures < 800 < - < 15000 < - < 25000 < Sulfates < 1000 < - < 20000 < - < 50000 < Fluorures < 10 < - < 150 < - < 500 < Indice phénol < 1 < - < 50 < - < 100 < COT < 500 < - < 800 < - < 1000 <



Tableau 30 : récapitulatif des dosages en polluants suite aux essais de lixiviation

Lieu de prélèvement

DUNKERQUE OUEST DUNKERQUE EST GRAVELINES

Point de prélèvement

D1 D2 G1 G1’

Laboratoire EMD INERTEC EMD INERTEC EMD EMD F.S. % / 10,9 / 8,36 / / Siccité % / 28,25 / 30,43 / / pH 8 7,79 8,2 8,26 8,1 / Conductivité mS/cm 8,8 16,7 9,4 13,7 5,6 / Antimoine (Sb) mg/kg MS / < 0,5 / < 0,5 / / Arsenic (As) mg/kg MS < 0,5 < 1 < 0,5 < 1 < 0,5 < 0,5 Baryum (Ba) mg/kg MS / < 0,5 / 0,65 / / Calcium mg/kg MS / 1888 / 1051,67 / / Cadmium (Cd) mg/kg MS < 0,1 < 1 < 0,1 < 1 < 0,1 < 0,1 Chrome Total mg/kg MS < 0,1 < 0,5 < 0,1 < 0,5 < 0,1 < 1 Chrome VI mg/kg MS < 0,1 / < 0,1 / / / Cuivre (Cu) mg/kg MS < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 1 Magnésium (Mg) mg/kg MS / 6158 / 5125,67 / / Mercure (Hg) mg/kg MS < 0,01 < 1 < 0,01 < 1 < 0,01 < 0,2 Molybdène (Mo) mg/kg MS / < 0,5 / 1 / / Nickel (Ni) mg/kg MS < 0,4 < 0,5 < 0,4 < 0,5 < 0,4 < 0,1 Plomb (Pb) mg/kg MS < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 0,5 Potassium (K) mg/kg MS / 2534,67 / 2409,33 / / Selénium (Se) mg/kg MS / < 0,5 / < 0,5 / / Sodium (Na) mg/kg MS / 51250 / 45866,67 / / Zinc (Zn) mg/kg MS < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,5 Cyanures (CN) mg/kg MS < 0,1 < 0,5 < 0,1 < 0,5 < 0,1 / Fluorures mg/kg MS 7,8 / 9,1 / 6,1 / Chlorures mg/kg MS 32700 58400 37600 46900 16700 / Nitrates mg/kg MS < 100 / < 100 / < 100 / Sulfates mg/kg MS 3100 7121 3100 2180 5600 / Ammonium mg/kg MS 200 / 200 / 92 / Indice phénol mg/kg MS < 0,1 < 1 < 0,1 < 1,5 < 0,1 / COT mg/kg MS 250 186 332 290 261 / DCO mg/kg MS 790 / 960 / 630 973 NO2 mg/kg MS / < 500 / < 500 / / HAP mg/kg MS < 0,0034 / < 0,0034 / < 0,0034 / PCB mg/kg MS < 0,0007 / < 0,0007 / < 0,0007 / TBT mg/kg MS / / 0,6 / / BTEX mg/kg MS < 0,3 / < 0,3 / < 0,3 / Hydrocarbures mg/kg MS < 1 / < 1 / < 1 /

Décision européenne 2003/33/CE Classe II Classe I Traitement nécessaire

Par ailleurs, des analyses sur sédiment brut ont été réalisées conformément aux prescriptions de l’arrêté du 14 juin 2000, relatif aux niveaux de référence à prendre en compte lors d’une analyse de sédiments marins ou estuariens présents en milieu naturel ou portuaire. Les résultats sont comparés aux seuils de l’arrêté du 14 juin 2000 et de la directive décharge (tableaux 31-32). Les résultats obtenus sur les essais de lixiviation montrent le caractère polluant des sédiments référencés D2, ainsi que les valeurs importantes de chlorures, sulfates et de la fraction soluble. D’après la directive européenne, les états membres ont le choix de



considérer soit les chlorures et les sulfates soit la fraction soluble. Lors de la transcription française de la directive, le paramètre global de la fraction soluble a été retenu. Tableau 31 : Seuils d’acceptation dans les centres de stockage (Décision européenne 2003/33/CE) relatifs aux solides

PARAMETRES Classe III stockage

de déchets inertes

Valeurs seuils (en

mg/kg de ms)

Classe II stockage de déchets non dangereux

Valeurs seuils (en

mg/kg de ms)

Classe I stockage de

déchets dangereux

Valeurs seuils (en mg/kg de

ms)


avant stockage

SUR DECHET BRUT

COT < 30000 - < 60000 BTEX < 6 PCB (7 congénères)

< 1

Hydrocarbures < 500 HAP < 50

Tableau 32 : Récapitulatif des dosages en polluants sur solides

Lieu de prélèvement

DUNKERQUE OUEST

DUNKERQUE EST GRAVELINES

Point de prélèvement

D1 D2 G1 G1’

Laboratoire EMD INERTEC EMD INERTEC EMD EMD Al mg/kg MS / 6578 / 42695 / / As mg/kg MS / < 33 / < 33 / / Ba mg/kg MS / 160 / 518 / / Ca mg/kg MS / 215149 / 137942 / / Cd mg/kg MS / < 33 / < 33 / / Cr mg/kg MS / 66 / 109,6 / / Cu mg/kg MS / 18,6 / 1463,8 / / Fe mg/kg MS / 26009 / 42000 / / K mg/kg MS / 12186 / 11205 / / Mg mg/kg MS / 11199 / 9052 / / Mo mg/kg MS / < 7 / < 16 / / Na mg/kg MS / 27282 / 17171 / / Ni mg/kg MS / < 16 / 31 / / Pb mg/kg MS / < 33 / 295 / / Sb mg/kg MS / < 7 / < 15 / / Se mg/kg MS / < 7 / < 15 / / Si mg/kg MS / 91528 / 81536 / / Zn mg/kg MS / 128,9 / 1246,4 / / COT mg/kg MS 26000 / 48000 / 22700 31800 Benzène Toluène mg/kg MS < 5 / < 5 / / < 5 Ethylbenzene Xylenes

mg/kg MS < 10 / < 10 / / < 10

1,3 PCB (7 congénères)

mg/kg MS < 0,01 /

/ /

/ /

0,13

Hydrocarbures mg/kg MS 13 / 2500 / / 64 HAP mg/kg MS 0,806 / 26,39 / / 6,32 TBT mg/kg MS / / 13,45 / / / Arrêté du 14 juin 2000 Décision européenne 2003/33/CE Entre N1 et N2 Classe II Supérieur à N2 Classe I Traitement nécessaire



Les résultats obtenus sur les sédiments bruts révèlent la présence de métaux lourds sur l’échantillon D2 à des concentrations supérieures au seuil N2 (Cu, Pb, Zn). Si une mise en stockage des sédiments à proximité des zones portuaires est choisie, on peut supposer que les valeurs de chlorures et de sulfates pourraient ne pas poser problème vis-à-vis de l’environnement proche, sous réserve des valeurs présentes naturellement et d’une étude d’impact, ainsi qu’en assurant la gestion de ce problème dans un cadre réglementaire rigoureux. Les premiers résultats obtenus lors de cette étude sont encourageants. Avant d’envisager une opération plus importante, cette tendance reste à confirmer afin de tenir compte de la représentativité de l’échantillonnage des vases.

2.2.2.6. Propriétés mécaniques

Pré consolidation Afin de réaliser l’étude mécanique des sédiments et de par leur état initial fluide, une préparation est nécessaire. L’objectif est d’obtenir un matériau assez ferme pour être manipulé, avec une résistance initiale suffisante pour lui appliquer des contraintes axiales ou radiales. Deux types de moules ont été utilisés (figure 34 et figure 35) :

un consolidomètre cylindrique en plexiglas de diamètre 36 mm et de hauteur variable, supérieur plusieurs fois au diamètre,

une cellule oedomètrique de diamètre 70 mm et de hauteur 110 mm. Tous deux sont accompagnés de pistons de diamètre légèrement inférieur aux diamètres des dispositifs afin d’assurer une quasi étanchéité du système.

Figure 34 : cellules oedométriques



0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40 50 60

charge (kPa)

e

A 1

D 2

F 11

cellule oedo

consolido.

Figure 35 : consolidomètres Une contrainte de préconsolidation a été fixée à 56 kPa. La Figure 36 représente l’évolution de l’indice des vides «e» en fonction des paliers de chargement. Figure 36: évolution de l’indice des vides (e) en phase de préconsolidation Les références A, D, F correspondent à des cellules oedomètriques et les références 1, 2, 11 à des consolidomètres (Figure 36). Les charges ont été placées, pour les premières séries d’essais, toutes les 48 heures. Cependant, après analyse des données, un différentiel de temps de 24 h a été choisi. La découpe d’un échantillon de cellule oedomètrique a été réalisée pour vérifier l’homogénéité du matériau. En effet, il est supposé que la charge appliquée sur l’échantillon



O1O2O3O4

12

34

78 6

5 vue de dessus

vue de côté

grâce au piston ne se transmette pas complètement dans l’échantillon, et surtout jusqu’à la base de celui-ci, du fait des frottements entre le piston et la cellule, ainsi qu’entre l’échantillon et la cellule. Des mesures de teneurs en eau ont été réalisées sur chaque bloc.

Figure 37 : coupe de l’échantillon consolidé en cellule oedométrique et principe de prélèvement

Tableau 33 : résultats des teneurs en eau de chaque fraction

Dans l’ensemble, les teneurs en eau sont homogènes. On note seulement une différence de 5 à 10% de teneur en eau entre la première section O1 et les autres sections. On remarque surtout une bonne homogénéité de teneur en eau sur les deux sections du bas. D’autre part, il n’y a pas d’hétérogénéité entre le contour et le cœur de l’échantillon, où les teneurs en eau restent elles aussi homogènes.

Compressibilité et perméabilité Les sols organiques sont réputés être compressibles, de par la présence des matières organiques qui ont une grande capacité de rétention d’eau et sont liées aux particules minérales du sol. Le comportement compressible se retrouve également dans certaines argiles gonflantes comme la montmorillonite. En effet, les liaisons inter feuillets sont faibles et laissent plus facilement circuler l’eau. Il est donc nécessaire d’étudier le comportement des sédiments en compression unidimensionnelle afin d’évaluer leur caractère compressible.

w% w% w% w% O1 - 1 64,7 O2 - 1 / O3 - 1 76,2 O4 - 1 78,3 O1 - 2 68,0 O2 - 2 73,6 O3 - 2 77,5 O4 - 2 76,4 O1 - 3 66,7 O2 - 3 73,3 O3 - 3 78,5 O4 - 3 78,2 O1 - 4 69,2 O2 - 4 73,9 O3 - 4 77,2 O4 - 4 77,9 O1 - 5 66,6 O2 - 5 72,7 O3 - 5 78,4 O4 - 5 79,3 O1 - 6 66,7 O2 - 6 73,6 O3 - 6 77,5 O4 - 6 76,3 O1 - 7 65,3 O2 - 7 71,2 O3 - 7 76,4 O4 - 7 78,1 O1 - 8 67,9 O2 - 8 74,0 O3 - 8 77,2 O4 - 8 77,1



Les résultats des tableaux suivants sont issus d’une campagne d’essais oedométriques sur les prélèvements D1, G1, G1’, qui permettent d’avoir une meilleure connaissance des matériaux des deux sites d’étude. Ils permettent également d’évaluer l’impact de la profondeur de prélèvement dans le banc de vase (points G1 et G1’ prélevés à 1 mètre de profondeur et en surface). L’essai oedométrique permet d’évaluer le comportement du matériau selon un seul axe, puisque le matériau, placé dans une cellule oedométrique, ne peut pas se déformer latéralement. Cela permet d’évaluer la capacité portante d’un sol, sachant que lors de l’application de charges, un sol dont les limites de surfaces peuvent être considérées infinies, va préférentiellement se déformer selon un axe vertical, plutôt que latéralement. Les résultats représentent l’évolution de l’indice des vides «e» en fonction des paliers de charges choisis. L’indice des vides « e » est un paramètre important dans la compréhension des phénomènes mécaniques, car il relate la bonne structuration du milieu granulaire et l’état de consolidation du sol. La courbe (e)-(log σ) permet de connaître l’indice de compression d’un sol, et d’accéder au degré de compressibilité de ce dernier, lorsque le sol est normalement consolidé. Plus l’indice de compression est important, plus le sol aura tendance à tasser. Les essais ont été réalisés selon les recommandations de la norme NF P 94-090-1 : - une première phase de chargement, avec des incréments de pression fixés à 12.5 kPa, sachant que la pression de préconsolidation est de 56 kPa et qu’il est nécessaire, dans cette première phase, d’atteindre une contrainte supérieure à cette pression. Les paliers sont donc : 0., 12.5, 25, 37.5, 50, 62.5 kPa, - ensuite une phase de déchargement jusque 25 kPa en suivant les mêmes incréments de pression, donc 50, 37.5, 25 kPa, - la reprise du chargement, avec les mêmes incréments de pression jusque 62.5 kPa, puis l’application du double de la charge précédente, donc 37.5, 50, 62.5, 125, 250, 500, 1000 kPa, - enfin le déchargement jusque 0 kPa en suivant les incréments de pression fixés à chaque phase, c’est à dire 500, 250, 125, 62.5, 50, 37.5, 25, 0 kPa. La première phase (sauf pour le palier à 62.5 kPa) correspond au domaine surconsolidé du matériau (le matériau a connu dans son histoire une charge plus importante), et la troisième, à partir de 62.5 kPa, au domaine normalement consolidé (le matériau n’a jamais connu ce niveau de charge). La figure 38 présente l’évolution du rapport entre l’indice des vides à l’instant i et l’indice des vides initial, en fonction de la pression appliquée (compressibilité) obtenus sur huit essais pour D1, quatre essais pour G1’ et deux essais pour G1.



Figure 38 : essais oedométriques sur D1, G1, G1’ On remarque que les trois échantillons ont un comportement semblable, avec une compressibilité légèrement plus grande pour G1 qui est composée d’une fraction fine et d’une proportion de matières organiques plus élevées (paragraphe 4.4). La contrainte de préconsolidation est l’intersection des droites représentatives du domaine surconsolidé (phase 1) et du domaine normalement consolidé (phase 3). Les indices de recompression (Cs) et les indices de compression (Cc) sont les valeurs des pentes des droites précédemment citées. Ils sont calculés selon les formules suivantes : - Cs = )'(log v

eσ∆

∆ de la droite de la première phase,

- Cc = )'(log v

eσ∆

∆ de la droite de la troisième phase.

Enfin, le coefficient de consolidation Cv, exprimé en m²/s est déterminé par la méthode de Casagrande, selon la relation : Cv = Tv.h²/t,

où Tv, est un coefficient appelé facteur temps, égal à 0.197 pour un degré de consolidation de 50%,

t, le temps à 50% de consolidation, h, la distance de drainage, au moment où t = t50 et égale à la moitié de la hauteur de l’échantillon ou de la couche, pour un drainage en haut et en bas, et à la hauteur totale, pour un simple drainage.

Les valeurs, présentées dans les tableaux 34 et 35, sont obtenues par construction graphique dont le protocole se trouve dans la norme NF P 94-090-1.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1 10 100 1000pression appliquée (kPa)

e/e 0

D1G1G2

G1D1

G’1



Tableau 34 : résultats des essais oedométriques sur D1

Prélèvement D1 D1 OEDO 1 D1 OEDO 2 D1 OEDO 3 D1 OEDO 4 Echantillon a b a b a b a b

w initial (%) 67,2 62,1 65,6 61,5 62,1 58,4 67,2 63,4 e0 1,70 1,57 1,66 1,56 1,57 1,48 1,70 1,60 Cs 0,05 0,04 0,05 0,03 0,05 0,03 0,06 0,03 Cc 0,58 0,58 0,56 0,33 0,56 0,34 0,51 0,29 σ’p (kPa) 34,3 46,9 35,1 38,2 46,3 54,4 40,5 40,8 Cv (10-6 m²/s)

25 kPa 4,65 / 2,21 0,96 0,31 0,81 2,11 1,26 37.5 kPa 3,57 7,27 2,39 0,23 0,09 0,32 0,52 0,75

50 kPa 2,88 9,32 / 0,25 0,16 0,92 0,39 0,44 62.5 kPa 2,76 2,65 0,21 0,44 0,16 0,03 0,1 0,42 125 kPa 0,08 0,14 0,05 0,06 0,12 0,09 0,06 0,08 250 kPa 0,13 0,17 0,07 0,13 0,09 0,09 0,04 0,06 500 kPa / / 0,1 0,12 0,07 0,07 0,1 0,12

1000 kPa 0,11 0,23 0,24 0,17 0,17 0,19 0,19 0,21 Cv moy. (SC) 4,65 7,27 2,21 0,60 0,20 0,68 1,32 1,01 Cv moy. (NC) 1,59 2,50 0,51 0,20 0,13 0,23 0,15 0,22 Cv [125-1000 kPa] 0,11 0,18 0,12 0,12 0,11 0,11 0,10 0,12

Tableau 35 : résultats des essais oedométriques sur G1 et G1’

Prélèvement G1’ G1 G1’ OEDO 1 G1 OEDO 1 Echantillon

a b a b w initial (%) 74,6 65,6 69,6 65,9 e0 1,89 1,66 1,74 1,65 Cs 0,06 0,06 0,05 0,02 Cc 0,64 0,64 0,55 0,32 σ’p 44,6 48,8 30,1 30,6 Cv (10-6 m²/s)

25 kPa 0,13 0,13 0,29 1,01 37.5 kPa 0,31 0,16 / 5,55

50 kPa 0,25 0,2 0,44 0,88 62.5 kPa 0,12 0,03 0,21 0,65 125 kPa 0,09 0,05 0,09 0,09 250 kPa 0,06 0,06 0,16 0,15 500 kPa 0,08 0,07 0,13 0,31

1000 kPa 0,08 0,51 0,31 0,49 Cv moy. (SC) 0,22 0,145 0,29 1,01 Cv moy. (NC) 0,11 0,15 0,22 1,16 Cv [125-1000 kPa] 0,08 0,17 0,17 0,26

Les allures des courbes e(logσ) et les valeurs des indices de compression, Cs et Cc, peu éloignés les uns des autres, indiquent une compressibilité équivalente entre les échantillons. On peut, cependant, remarquer des valeurs différentes de σ’p, entre les échantillons, qui dénote, comme nous l’avons vu dans le paragraphe précédent, une différence d’application de la charge provoquée par le frottement dans la cellule de préparation.



D1

1,00E-11

1,00E-10

1,00E-09


k (m

/s)

Les valeurs d’indice de compression sont assez faibles et indiquent une compressibilité modérée [Schlosser, 1988]. La présence de matières organiques n’est sans doute pas sans effet, mais aucun essai oedométrique n’a été fait sur les sédiments dont les matières organiques auraient été altérées voire détruites, et qui aurait permis de comparer les résultats. D’autre part, les coefficients de consolidation Cv indiquent des valeurs assez moyennes, comparables à des silts [Schlosser, 1988]. Dans le cadre de l’étude de compressibilité et de consolidation, la perméabilité est un critère important, permettant de connaître les propriétés de filtration et de drainage d’un matériau. La loi de Darcy de 1856 régit l’écoulement de l’eau à travers les sols par la formule : Q = k S i

avec : • Q : débit en m3/s, • k : coefficient de perméabilité en m/s, • i : gradient hydraulique, • S : section normale étudiée, en m².

Dans notre cas, les essais ont été réalisés à charge constante. La pression d’eau a été maintenue par l’utilisation d’un vérin hydraulique, connecté au bas de la cellule. La pression d’eau a été fixée à 10 kPa, pour les premiers paliers de chargement, et 15 ou 20 kPa, après le passage de la pression de préconsolidation, soit après 62.5 kPa. L’essai de perméabilité débute deux heures avant la fin d’un palier de chargement ou de déchargement, afin de réaliser l’essai après consolidation de l’échantillon.

G1

1,00E-11

1,00E-10

1,00E-09


k (m

/s)

G1’



Figure 39 : mesures de perméabilité de D1, G1’, G1 On remarque, sur l’ensemble de la plage de pressions appliquées, que la perméabilité se situe entre 1.10-9 et 1.10-11 m/s, valeurs comparables à celles des argiles. Mais la variation de la perméabilité n’est pas systématiquement en relation directe avec la variation de l’application des charges. Ainsi, on peut obtenir des valeurs de perméabilité plus faibles, sur une série, que pour le chargement maximal. Il est nécessaire, sur ce point, pour optimiser la prise de mesure, de réaliser les essais par perméamètre à charge variable [Marot, 1998].

Cohésion et angle de frottement interne L’application d’une charge sur un échantillon implique, dans le cas de sols fins, la mise en pression de l’eau interstitielle qui peut mettre du temps à s’échapper du matériau. Nous avons vu plus haut, que les sédiments ont le comportement d’un sol argileux, avec une compressibilité moyenne et une perméabilité faible. Lors de l’application d’efforts transversaux, les pressions interstitielles vont jouer un rôle car la structure granulaire du matériau va se réarranger pour s’opposer aux efforts qu’on lui applique et solliciter dans un premier temps l’eau libre présente. Il existe alors deux essais pour caractériser le comportement des sols fins : - l’essai non drainé, qui va donner les indications sur le comportement du sol à court terme, avec une prise en compte de surpressions interstitielles. La vitesse de déplacement sera assez élevée (0.6 mm/ min), mais suffisamment lente pour permettre une homogénéisation des efforts, - l’essai drainé, qui va reproduire le comportement du sol à long terme, après stabilisation des surpressions interstitielles, grâce à une vitesse de déplacement lente, de 0.024 mm/min. Les essais à la boîte de Casagrande ont été réalisés à des paliers de charges fixés à 100, 200, et 300kPa, donc peu importantes, afin d’étudier le comportement mécanique des sédiments à l’état normalement consolidé. Avant le cisaillement, l’échantillon est consolidé à l’une des trois charges précédemment citée. La phase de consolidation est arrêtée et l’essai de cisaillement lancé, lorsque le tassement est stabilisé, généralement après 24 h. Les essais ont été réalisés sur D1 et G1’.

G2

1,00E-11

1,00E-10

1,00E-09


k (m

/s)

G1



0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 2 4 6 8 10 12 14déplacement (mm)

τ (M

Pa)

100 kPa200 kPa300 kPa R2 = 0,912

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,1 0,2 0,3 0,4

σ (MPa)

τ (M

Pa)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 2 4 6 8 10 12 14déplacement (mm)

τ (M

Pa)

100 kPa200 kPa300 kPa

R2 = 0,9479

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,1 0,2 0,3 0,4σ (MPa)

τ (M

Pa)

Initialement, les sédiments sont des matériaux remaniés de part leur mode de prélèvement, le dragage, qui entraîne une mise en suspension des particules et une teneur en eau importante dans les sédiments. Il est donc plus adapté de prendre en compte une cohésion nulle pour tous les essais. Le tableau 36 reprend les résultats des cohésions et des angles de frottement. Les valeurs sont prises à l’état critique, à la fin de l’essai, à la stabilisation des contraintes mesurées. Tableau 36 : résultats des essais de cisaillement direct Echantillon G1’ D1 Type d’essai CU CD CU CD c (kPa) 25 30 10 0 ϕ (°) 28,6 32,9 32,5 34,7

Figure 40 : essais CU pour G1’

Figure 41 : essais CD pour G1’



0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 2 4 6 8 10 12 14déplacement (mm)

τ (M

Pa)

100 kPa200 kPa300 kPa

R2 = 0,9989

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,1 0,2 0,3 0,4

σ (MPa)

τ (M

Pa)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 2 4 6 8 10 12 14déplacement (mm)

τ (M

Pa)

100 kPa200 kPa300 kPa R2 = 0,9899

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 0,1 0,2 0,3 0,4

σ (MPa)

τ (M

Pa)

Figure 42 : essais CU pour D1

Figure 43 : essais CD pour D1

On note des valeurs d’angle de frottement moins importantes pour G1’ que pour D1. Ces différences d’angle de frottement et de cohésion peuvent être en partie expliquée par une distribution granulométrique différente : G1’ est un peu plus fin que D1. De plus, l’arrangement granulaire peut jouer un rôle. Les valeurs restent dans des gammes classiques de matériaux fins. Essais triaxiaux Les essais triaxiaux ont été réalisés selon la procédure suivante : - une première phase de saturation, pendant laquelle la pression de confinement passe de 20 kPa (pré pression initiale), à 210 kPa et la pression interstitielle, par l’intermédiaire de la contre pression, passe de 10 kPa (pré pression initiale) à 200 kPa, - une phase de consolidation, avec u (pression interstitielle) constante, et σ3 (contrainte radiale) qui passe de 210 kPa à la valeur de confinement désirée. Cette phase correspond à une compression isotrope, - puis après stabilisation de la pression interstitielle, la réalisation de l’essai de cisaillement drainé ou non drainé.



0

100

200

300

400

500

600

0 200 400 600 800p' (kPa)

q (k

Pa)

CU 400CU 600CU 800

0

100

200

300

400

500

600

0 200 400 600 800p' (kPa)

q (k

Pa)

CU 400CU 600CU 800

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5 10 15 20 25 30 35 40

εa (%)

u (k

Pa)

CU 400CU 600CU 800

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5 10 15 20 25 30 35 40

εa (%)

u (k

Pa)

CU 400CU 600CU 800

0

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20 25 30 35 40

εa (%)

q (k

Pa)

CU 400CU 600CU 800

0

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20 25 30 35 40

εa (%)

q (k

Pa)

CU 400CU 600CU 800

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

00 5 10 15 20 25 30 35 40

εa (%)

ε r (%

)

CU 400CU 600CU 800

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

00 5 10 15 20 25 30 35 40

εa (%)

ε r (%

)

CU 400CU 600CU 800

Les essais de cisaillement comportent le suivi de l’évolution de la pression interstitielle. Les pressions de confinement choisies sont 400 kPa, 600 kPa, 800 kPa. Les paramètres indiqués sur les courbes sont le déviateur (q), la déformation axiale (εa), la déformation radiale (εr).



0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000p' (kPa)

q (k

Pa)

CD 400CD 600CD 800

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000p' (kPa)

q (k

Pa) CD 400

CD 600CD 800

0

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40 50

εa (%)

u (k

Pa)

CD 400CD 600CD 800

0

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40 50

εa (kPa)

u (k

Pa)

CD 400CD 600CD 800

0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40 50

εa (%)

q (k

Pa)

CD 400CD 600CD 800

0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40 50

εa (kPa)

q (k

Pa)

CD 400CD 600CD 800

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

2

0 5 10 15 20 25 30 35 40εa (%)

q/p'

CU 400CU 600CU 800

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

2

0 5 10 15 20 25 30 35 40

εa (%)

q/p'

CU 400CU 600CU 800

Figure 44 : résultats des essais CU (gauche D1, droite G1’)



0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15 20 25 30

εv (%)

q (k

Pa)

CD 400CD 600CD 800

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15 20 25 30

εv (kPa)

q (k

Pa) CD 400

CD 600CD 800

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

00 10 20 30 40 50

εa (%)

ε r (%

)

CD 400CD 600CD 800

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

00 10 20 30 40 50

εa (kPa)

ε r (%

)

CD 400CD 600CD 800

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

2

0 10 20 30 40 50

εa (%)

q/p'

CD 400CD 600CD 800

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

2

0 10 20 30 40 50

εa (kPa)

q/p'

CD 400CD 600CD 800

Figure 45 : résultats des essais CD (gauche D1, droite G1’) Les déformations axiales et radiales sont les sommes des déformations relatives entre deux points :

- 110

/)( −−=

−= ∑ ii

n

iia HHHε ,

- 110

/)( −−=

−= ∑ ii

n

iir DDDε .



D’autre part, la contrainte axiale est calculée en ajoutant la force exercée par le piston et la contrainte radiale appliquée sur une surface, égale à la différence entre la section totale et la section du piston en contact avec l’échantillon. Les valeurs d’angle de frottement énoncées ci-dessous sont déduites des valeurs de σ’1 et σ’3, à la stabilisation du déviateur, q, pour les essais non drainés (voir graphique (q, εa) et (u, εa)). Les essais drainés apparaissent plus difficile à exploiter, car pour certains essais, la rupture n’est pas atteinte.

Les valeurs considérées sont obtenues à l’état critique, état de stabilisation du comportement du matériau après sa rupture au cisaillement. Les échantillons, après essai en conditions CU, montrent un plan de cisaillement alors qu’en CD, les échantillons ont la forme d’un tonneau (voir figure 46). Les valeurs de l’angle de frottement sont présentées dans le tableau suivant. Tableau 37 : angles de frottement à l’état critique

Echantillon Type d’essai ϕ ° G1’ CU 35,0 G1’ CD 34,0 D1 CU 31,0 D1 CD 32.0

Figure 46 : échantillons après essai triaxial non drainé (à gauche) et drainé (à droite) Les ordres de grandeur des angles de frottement se situent dans la même gamme de valeurs que les valeurs des angles de frottement obtenus grâce aux essais à la boîte de cisaillement. Comme pour les essais de cisaillement rectiligne, entre les essais non drainés et drainés, des différences de valeurs d’angle de frottement apparaissent, pour un même échantillon. Le caractère très plastique des sédiments étudiés peut, selon l’apparition de surpressions interstitielles, jouer un rôle dans le frottement intergranulaire.

CU CD



2.2.2.7. Conclusion

Les sédiments ont une composition complexe et peuvent être considérés comme un matériau évolutif. La présence de matières organiques, même si elles ne sont pas en quantité importante, entraîne un comportement plastique et moyennement compressible. Les essais de limites d’Atterberg sur les sédiments naturels, lavés et traités démontrent bien une activité organique fortement influente sur l’ensemble de la matrice sédimentaire. Cette présence va évoluer au fil du temps, selon les conditions aérobies ou anaérobies qui vont altérer ou maintenir le potentiel organique. Le chargement permettrait la consolidation du matériau et donc l'évacuation de l'eau. Tant qu’aucun traitement particulier, simple ou complexe, ne sera réalisé sur les sédiments pour détruire les matières organiques, celles-ci pourront toujours agir dans la structure du matériau, même si celui-ci s’assèche ou libère de l’eau, car la réhumidification permettra une captation d’eau. Le paragraphe suivant porte sur l’utilisation des sédiments en structure de chaussée. Ce type d’application demande un matériau stable et des exigences de résistances et de tenue dans le temps. La prise en compte des matières organiques dans le process sera importante pour éviter tout désordre et limites d’application.

2.2.3. Elaboration d’une démarche de valorisation des sédiments marins en technique routière

La méthodologie générale de valorisation, décrite dans cette partie, a pour but l’utilisation des sédiments dans une formulation de matériau routier. Ce type de matériau est utilisé à des teneurs en eau de l’ordre de 10 à 25%. Or, la teneur en eau initiale des sédiments varie 120 à 200%, selon le procédé de prélèvement. Des traitements existent et sont performants, comme cela est présenté dans le chapitre suivant. La démarche de valorisation envisagée ici, s’appuie sur des choix de préparation et de formulation simples, facilitant l’utilisation des sédiments marins, et proposant une autre solution de réutilisation. Afin de permettre un emploi efficace des sédiments dans un process industriel, il est nécessaire de préparer ces sédiments au mélange, ce qui est plus précisément expliqué en Annexe 2-4.

2.2.3.1. Squelette granulaire

Classification des sédiments bruts dans le G.T.R. En s’appuyant sur les résultats des essais physiques, nous pouvons en conclure que notre matériau a une phase plastique plutôt importante. Le classement du Guide Technique Routier (GTR) permet de placer, dans un premier temps, le matériau, en classe F1, classe correspondant aux matériaux naturels renfermant de la



matière organique. En s’appuyant sur les valeurs des données géotechniques, le matériau se repositionne en classe A, celle des sols fins. La sous-classe ne peut être déterminée avec certitude, car les analyses granulométriques et la valeur au bleu nous orientent vers la classe A2 (limons), et les limites d’Atterberg, dont le choix et à privilégier, nous orientent vers la classe A4 (argiles). Dans les deux cas, l’utilisation de ce type de matériau en structure routière demande un traitement préalable afin de répondre aux exigences de comportement demandées (portance, absence de gonflement).

Type de squelette granulaire recherché Pour être réutilisé en tant que sol support, remblai, couche de structure, un matériau à distribution granulométrique étalée est conseillé. L’objectif est de limiter les vides en permettant aux particules de différentes tailles de s’imbriquer de manière optimale. Il est donc important d’utiliser des matériaux permettant, avec la granulométrie des sédiments, d’obtenir un bon squelette granulaire. L’étude de [Olin Estes et Palermo, 01] est basée sur la démarche suivante : comparer la distribution granulométrique d’un matériau étudié à un fuseau granulométrique idéal. Ainsi, on visualise le potentiel de réutilisation du matériau et l'on peut choisir les apports nécessaires à l’obtention d’un matériau idéal (figure 47).

Figure 47 : intervalle de réutilisation [Olin Estes et Palermo, 01] La méthodologie employée est intéressante, car elle consiste à mettre au point un matériau à granulométrie étalée. L’étude qui suit, s’appuie sur cet objectif.



Méthodologie de renforcement du squelette granulaire La formulation est basée sur l’étude de deux points de prélèvement de sédiments : D1 et G1, qui ont des caractéristiques semblables. Les ajouts granulaires choisis sont un sable des Carrières du Boulonnais SS 13 0/4 (13% d’inférieurs à 80µm) noté SB, et un sable de dragage 0/4 noté SD. Le premier a une granulométrie étalée alors que le sable de dragage a une courbe serrée, centrée sur 0.3 mm, indiquant la présence d’une grande part de sable fin (figure 48 et tableau 38). L’utilisation d’une proportion optimale de sable de dragage est souhaitée afin de bénéficier d’une source d’approvisionnement sur le site et de permettre d’associer la gestion des deux types de matériaux rencontrés. Deux méthodologies ont été élaborées : - l’une classique, basée sur la constitution d’une courbe granulométrique par analyse de régression, - l’autre s’appuie sur les conditions d’uniformité et de courbure fixées pour le classement de tout sable.

Figure 48 : distribution granulométrique des différents éléments granulaires de la formulation Tableau 38 : coefficients de courbure et d’uniformité des composants de la formulation

SB SD D1 G1 cu 58.5 1,7 14,1 12,9 cc 3.48 1,05 1,06 0,94

Les proportions de sédiments choisies, dans le cadre des formulations, sont 20, 35, 50% de sédiments secs par rapport au matériau final. La proportion de sédiments n’est pas voulue majoritaire dans la formulation, car nous préférons opter pour une composition granulaire constituée d’une solide base granulaire, en l’occurrence de sable et limiter ainsi les teneurs en matières organiques et en éléments fins du fait de leur sensibilité à l’eau.

0102030405060708090

100

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100tamis (mm)

refu

s cu

mul

é (%

)

SBSDD1G2G1



Optimisation de l’ajout granulaire par analyse de régression Notre but est d’obtenir une distribution granulométrique étalée, afin d’obtenir un squelette granulaire résistant. La première méthode est basée sur l’optimisation de l’ajout granulaire par une méthode graphique. L’élaboration d’une courbe de régression optimale a été réalisée à partir des distributions granulométriques des deux sables. La démarche de travail pour cette étude est de mettre au point une courbe théorique proche de la distribution granulométrique étalée du sable des Carrières du Boulonnais, pour obtenir un bon squelette granulaire, tout en incluant une proportion aussi grande que possible du sable de dragage. En fonction des résultats de refus cumulés obtenus, il nous sera possible de déterminer les proportions respectives de sable de boulonnais et de sable de dragage, dont on connaît les distributions granulométriques. La courbe théorique sur laquelle s’est appuyée cette étude est une courbe de type polynomiale et de degré 2, permettant de représenter les points d’inflexions de la courbe granulométrique. Une courbe de degré 3 avait été testée et n’avait pas montré de meilleurs résultats. Deux hypothèses ont été fixées pour permettre la résolution de l’équation. Ces hypothèses consistent à choisir les refus cumulés de deux tailles de tamis : 1mm et 0.08mm. La première hypothèse permet de simplifier les équations, car étant en échelle semi-logarithmique, nous obtenons facilement la constante de l’équation. La deuxième permet de réduire le nombre d’inconnus et de fixer la fraction fine que nous souhaitons avoir dans notre matériau. Le refus à 1 mm est pris comme la moyenne des refus des deux sables de l’étude. Nous avons donc un refus théorique à 1 mm de 58.8%. Le refus à 0.08 mm, sur le même principe que le refus à 1mm, est égal à 94.2%. Le matériau final, ayant un dmax égal à 4 mm, on sait que le refus cumulé, pour ce diamètre, est égal à 0%, ce qui permet de résoudre l’équation de la courbe qui est de la forme y = ax²+bx+c, avec y, le refus cumulé en %, et le x le diamètre de particule en mm :

- c = Rc1mm , - b = (-Rc1mm – (Rc0.08mm – Rc1mm) / log²(0.08)) / (log(4) – log²(4)/log(0.08)), - a = (Rc0.08mm – Rc1mm – b. log(0.08)) / log²(0.08)

L’équation résolue est donc : Rc (%) = -34.5 log²(d) – 74.5 log(d) + 58.8 La proportion de sable du boulonnais dans le mélange peut alors être calculée : Rcth = %SB * RcSB + %SD * RcSD

Rcth = %SB * RcSB + (1-%SB) * RcSD %SB = (Rcth – RcSD)/(RcSB – RcSD)*100 (Equation 1)

La figure 49 représente les distributions granulométriques des sables de l’étude, la distribution théorique calculée, et la distribution obtenue à partir des proportions calculées.



0102030405060708090

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100tamis (mm)

refu

s cu

mul

é (%

)

SBSDdistribution théoriqueSB + SD

Figure 49 : représentation des distributions granulométriques des sables et des mélanges théorique et calculé

Le coefficient de corrélation, pour la courbe calculée et la courbe théorique, est de 0.85, ce qui est assez satisfaisant. Cette méthode préconise l’utilisation d’un ajout granulaire composé de 2/3 de sable du boulonnais et 1/3 de sable de dragage. Ce résultat constitue une base pour élaborer la méthode. Cette méthode s’appuie sur des paramètres connus pour la caractérisation d’une distribution granulométique, permettant d’évaluer plus précisément les proportions des composants de la formulation. Critères d’uniformité et de courbure La deuxième méthode s’appuie sur les coefficients de courbure (cc) et d'uniformité (cu) fixés dans la mécanique des sols pour un sable fin [Schlosser, 1988] : - cu = d60/d10 > 6, - cc = d30²/(d60×d10) compris entre 1 et 3. L’étude est basée sur la prise en compte des différents pourcentages choisis de sédiments et de deux types d’ajout granulaire, sur la base des deux sables étudiés. Le premier type d’ajout granulaire est celui obtenu à partir de la première méthode. La composition du deuxième ajout granulaire est fixée en augmentant ou en diminuant les différents pourcentages de sable de boulonnais, de sable de dragage, de sédiments, afin d’obtenir une distribution granulaire respectant les critères d’uniformité et de courbure, précédemment détaillés et permettant d’utiliser la plus grande proportion possible de sable et de sédiments de dragage. Le tableau 39 présente les valeurs de cu et de cc obtenus à partir de plusieurs mélanges.



0102030405060708090

100

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10Tamis (mm)

Ref

us c

umul

és (%

)

CEM I 42,5 R HSRLAChaux vive 0/2 mm

Tableau 39 : cu et cc du squelette granulaire

site D1 G1 complément granulaire 2/3 SB 1/3 SD 2/3 SB 1/3 SD

% sédiments 20% 35% 50% 20% 35% 50% cu 39,3 42,3 40,3 45,2 44,5 42,8 cc 3,69 2,2 0,94 3,53 2,09 0,73

site D1 G1 complément granulaire 100% SD 100% SD

% sédiments 20% 35% 50% 20% 35% 50% cu 9,5 22,2 31,4 10,1 22,5 31,5 cc 4,55 3,41 1,32 4,97 3,57 1,24

L’objectif est d’utiliser un maximum de sédiments ; la solution à 35% (pourcentage massique) semble la plus intéressante. Les formulations à 35 et 50 % semblent remplir les critères, mais pour le moment, les liants ne sont pas encore ajoutés et vont modifier les valeurs de cu et cc. Les valeurs de cu et cc des deux points de prélèvement étudiés D1 et G1 sont du même ordre de grandeur. Ajouts de liants hydrauliques Afin de renforcer la structure et d’améliorer les résistances mécaniques du matériau, du ciment ou, une combinaison de chaux et de ciment, est introduit dans le mélange. Le ciment choisi dans le cadre de l’étude est un CEM I 42.5 R HSR LA, dit cibelcor et la chaux est une chaux vive aérienne calcique 0/2 mm. La prise en compte du pourcentage de liant dans le squelette granulaire est donc nécessaire, car ce composant apporte une fraction fine supplémentaire (figure 50). Les distributions granulométriques présentées ci-après sont issues de la moyenne de trois mesures, au granulomètre laser, par type de produit.

Figure 50 : distributions granulométriques du ciment et de la chaux



Le traitement va consister en l’ajout de 6% ciment, ou de 6% de ciment et de 2% de chaux. Ces dosages correspondent à ceux habituellement utilisés en technique routière pour le traitement des sols et des matières ayant une proportion de fines importante. Les formulations étudiées dans le cadre de ce chapitre sont présentées dans le tableau 40 et les fractions fines correspondantes dans le tableau 41. Tableau 40 : formulations étudiées sédiments SS 13 0/4 SD chaux ciment Formulation 1 33 % 40,9 % 20,4 % 0 % 5,7 % Formulation 2 33 % 0 % 61,3 % 0 % 5,7 % Formulation 1’ 32,4 % 40,1 % 20,1 % 1,85 % 5,55 % Formulation 2’ 32,4 % 0 % 60,2 % 1,85 % 5,55 % Tableau 41 : pourcentages d’éléments fins dans les formulations

G1 D1 Formulation % sédiments % < 63 µm % > 63 µm % < 63 µm % > 63 µm 1 et 2 33 20,4 12,6 20,8 12,2 1’ et 2’ 32,4 20,1 12,3 20,5 11,9 Les résultats du tableau 42 correspondent à une composition granulaire (hors ciment et chaux) comportant 35% de sédiments secs. Tableau 42 : cu et cc des mélanges traités aux liants hydrauliques

Les valeurs de coefficients d’uniformité sont largement supérieures à la valeur référence de 6. Par contre, les valeurs de coefficient de courbure sont, à part le mélange G1 en formulation 1’, légèrement en deçà de la valeur minimale recommandée. Les pourcentages fixés sont gardés pour la suite de l’étude. Cette méthode peut ne pas sembler adéquate pour les formulations étudiées car, initialement, ce type de classification est destiné aux sables ne dépassant pas 5% d’éléments inférieurs à 80µm. Dans notre étude, nos matériaux peuvent être considérés comme des sables car c’est leur fraction la plus importante. Cependant, la présence d’éléments fins est supérieure à 5%. Les résultats finaux de l’étude, concernant la durabilité mécanique des mélanges, permettront de valider les proportions fixées et d’admettre les valeurs de cu et cc, comme point de repère pour d’autres études.

site D1 G1 Formulation 1 Formulation 1’ Formulation 1 Formulation 1’

cu 47,6 49,6 49,4 51,4 cc 1,22 1,11 1,11 0,97

site D1 G1 Formulation 2 Formulation 2’ Formulation 2 Formulation 2’

cu 29,6 31,6 29,6 31,6 cc 2,80 2,60 2,90 2,68



Selon les résultats des analyses granulométriques et des essais au bleu, le mélange obtenu est classé en B5 dans le G.T.R.. Il est dit, alors, que "la proportion de fines et la faible plasticité de ces dernières rapprochent beaucoup le comportement de ces sols de celui des sols A1", c'est-à-dire "des sols qui changent brutalement de consistance pour de faibles variations de teneur en eau, en particulier lorsque la teneur en eau naturelle est proche de la teneur en eau de l’optimum Proctor normal" [GTR, 92]. Il est donc nécessaire d’évaluer la sensibilité du mélange à l’eau à travers des essais de compactage et de portance qui permettent de suivre le comportement des matériaux selon leur teneur en eau.

Variabilité des paramètres de comportement en fonction du pourcentage de sédiments L’utilisation dans le domaine routier de matériaux nécessite une évaluation du potentiel d’utilisation de ce matériau et la connaissance de sa teneur en eau optimale. Ainsi, on réalise des essais Proctor, qui permettent de reproduire le compactage du matériau, et vont déterminer la densité sèche et la teneur en eau optimales. Ces valeurs sont en rapport avec la compacité optimale et donc un matériau plus résistant. On associe ce type d’essai à la mesure de portance, permettant de contrôler la bonne tenue du matériau après mise en place, sous le passage des engins de chantier. La proportion de sédiments, qui représente un apport de fines, va influencer ces critères. Une campagne d’essais sur les échantillons D1 et G1, à différentes proportions, avec un ajout constitué de 2/3 de SB et de 1/3 de SD, permet de mettre en avant la variation des paramètres ρd et l’IPI, en fonction de la proportion de sédiments, et de la teneur en eau (figure 51). On remarque sur ces courbes, que plus un mélange contient de sédiments, plus la teneur en eau optimale est importante, pour une densité sèche et un IPI optimal plus faible. Les valeurs obtenues dénotent une bonne portance des sédiments ou des mélanges. L’inconvénient décelé sur ces courbes est la variation brutale de l’Indice Portant dans un faible intervalle de teneur en eau. Les sédiments, comme les mélanges sont donc sensibles à l’eau et leur emploi sans liant risque d’être préjudiciable pour la durabilité de la chaussée. Cette sensibilité pourrait être liée à la présence de matières organiques, qui par rétention de l’eau, accroissent les phénomènes.



1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

0 5 10 15 20w %

ρd (

g/cm

3 )

à 50% de D1à 35% de D1à 20% de D1

0102030405060708090

100

0 5 10 15 20w %

IPI

à 50% de D1à 35% de D1à 20% de D1

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

0 5 10 15 20w %

ρd (

g/cm

3 )

à 50% de G1à 35% de G1à 20% de G1

0102030405060708090

100

0 5 10 15 20w %

IPI

à 50% de G1à 35% de G1à 20% de G1

Figure 51 : évolution du ρd et de l’IPI en fonction de w%



1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

2,05

2,1

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

ρd (g

/cm

3 )

Sr = 80%

Sr = 100%

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

2,05

2,1

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

ρd (g

/cm

3 )

Sr = 80%

Sr = 100%

0102030405060708090

100

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

IPI

0102030405060708090

100

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

IPI

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

4 6 8 10 12 14 16 18 20

w (%)

ρd (g

/cm

3)

Sr = 80% Sr = 100%

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

ρd (g

/cm

3 )

Sr = 80%

Sr = 100%

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

IPI

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

4 6 8 10 12 14 16 18 20

w (%)

IPI

L’ajout de liants, dans la composition du matériau final, va aussi modifier les valeurs des paramètres de comportement. Les figures 52, 53, 54 et 55 présentent les résultats des essais Proctor modifiés des mélanges dont les compositions ont été présentées dans le tableau 40.

Figure 52 : formulation 1 sans ciment (gauche) et avec 6% de ciment (droite)

Figure 53 : formulation 2 sans ciment (gauche) et avec 6% de ciment (droite)



1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

ρd (g

/cm

3 )

Sr = 80%Sr = 100%

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

ρd (g

/cm

3 )

Sr = 80%

Sr = 100%

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

IPI

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

IPI

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

ρd (g

/cm

3 )

Sr = 80%

Sr = 100%

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

2

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

ρd (g

/cm

3 )

Sr = 80%Sr = 100%

0102030405060708090

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

IPI

0102030405060708090

100

4 6 8 10 12 14 16 18 20w (%)

IPI

Figure 54 : formulation 1’ sans liant (gauche) et avec 6% de ciment + 2% de chaux (droite)

Figure 55 : formulation 2’ sans liant (gauche) et avec 6% de ciment et 2% de chaux (droite)



Tableau 41 : synthèse des résultats sans ciment formulation 1 2 1’ 2’ ρd (t/m3) = 1,98 1,94 1,94 1,95 w (%) = 10,1 11,4 11,4 11,5

Tableau 42: synthèse des résultats avec ciment

formulation 1 2 1’ 2’ ρd (t/m3) = 2,02 1,96 2 1,96 w (%) = 10,5 11,5 11,5 11,6

Les tableaux 41 et 42 présentent les résultats à l’optimum proctor de la densité sèche et de la teneur en eau correspondante. On note une augmentation de quelques dixièmes de g/cm3, de la densité sèche optimale pour les quatre formulations. Les teneurs en eau sont assez stables et il n’est pas possible de conclure significativement d’une augmentation de la valeur de ce paramètre par l’ajout de liants. Sur les graphiques (w, ρd), pour les matériaux traités aux liants et à la chaux, on remarque habituellement un décalage de la courbe proctor vers la droite, vers des teneurs en eau plus importantes, car les liants utilisent une partie de l’eau disponible pour leur hydratation, ce qui réduit donc la proportion d’eau libre qui joue le rôle de lubrifiant. D’autre part, les liants hydrauliques et la chaux sont des particules fines qui peuvent aider à l’obtention d’une distribution granulométrique améliorée, en réduisant les espaces vides.

2.2.3.2. Elaboration d’une formulation de matériau d’assise routière

Utilisation de liants hydrauliques Dans le domaine routier, l’utilisation des matériaux à base de liant hydraulique, nécessite une étude mécanique complète afin de maîtriser au mieux le matériau mis en place [Voirin et al, 2001]. Pour évaluer les performances dans le temps du matériau, il est nécessaire d’étudier ses résistances en traction et en compression, ainsi que le module d’élasticité (NF P 98 232 1). Dans notre étude, le module d’élasticité est mesuré en compression, et l’essai de traction est remplacé par l’essai de compression diamétrale selon la norme française NF P 98 232 3. Des valeurs minimales sont à respecter afin de pouvoir utiliser les matériaux en couche d’assise choisie. Ces valeurs sont calculées ou mesurées à une échéance de 360 jours. Des coefficients de corrélation sont proposés dans les normes pour évaluer la valeur des paramètres précités en fonction d’essais à 28, 60, 90 jours selon les liants employés. L’utilisation de liants va permettre, pour les matériaux fins, généralement sensibles à l’eau, la mise en place de liens forts entre les particules, pour augmenter les résistances et diminuer la porosité ouverte qui permet le passage de l’eau libre dans la structure.



56789

1011121314

0 1 2 3 4 5 6% CaO

pH

G1 L/S=2,5D1 L/S=2,5D1 L/S=5

Le ciment va apporter rapidement, au matériau, les résistances qui le caractérisent. Pour cela, les résistances mécaniques à 28j des matériaux sont de bons repères pour évaluer les résistances à long terme (360 jours). L’ajout de chaux va également accroître les caractéristiques mécaniques, mais sur une période plus longue (de l’ordre d’un an) en comparaison au ciment ou laitier (de l’ordre d’un à trois mois) [Berthier, 1992]. De plus, par son effet floculant, la chaux va permettre de réduire les surfaces de contact des particules fines et des éléments qui leur sont attachées, notamment les matières organiques, avec l’eau. On parle aussi souvent de la chaux comme étant un produit stabilisant les matières organiques, de par son pH basique, qui leur serait néfaste. Cette propriété a été étudiée par des mesures de pH effectuées sur une solution de sédiments dans laquelle était incorporé un pourcentage croissant de chaux (figure 57).

Figure 57 : évolution du pH en fonction de l’ajout de chaux

On remarque une stabilisation du pH entre 2 et 3% de chaux. Des mesures de carbone organique ont été réalisées et n’ont pas montré de diminution notable de la proportion de carbone organique (tableau 43). L’activité organique est tout de même supposée affectée par cette montée de pH. Tableau 43 : mesure du pourcentage de matières organiques par analyse du carbone organique

% M.O. % CaO G1 D1

0 3,9 4,4 0,5 3,9 3,6 1 3,9 4,2

1,5 3,8 5,1 2 3,9 4,3



Résistances mécaniques Une première phase d’essais a permis d’évaluer les capacités mécaniques des formulations 1, 2, 1’, 2’ à 28 jours. Une étude de sensibilité des paramètres a été réalisée sur les formulations 1 et 2, qui ne contiennent que du ciment. Trois paramètres ont été étudié : la densité sèche optimale, avec une variation de 95 à 102%, le dosage en liant, variant de 80 à 120 %, et la teneur en eau optimale, variant de -1% à +0.5%, autour de wopt% (figure 58). Cette même procédure a été appliquée sur les échantillons des formulations 1’ et 2’, pour les essais mécaniques réalisés à 90 jours.

D1 - Formulation 1

0,1

1

10

0,1 1 10 100E 360j (103 MPa)

Rt 3

60 j (

MP

a)

Composition initiale95 % densité sèche optimale102 % densité sèche optimale80% dosage en liant(s)102% dosage en liant(s)w optimale -1%w optimale + 0,5%

Sol 0

Sol 1

Sol 2Sol 3Sol 4

Sol 5

D1 - Formulation 2

0,1

1

10

0,1 1 10 100E 360j (103 MPa)

Rt 3

60j (

MP

a)

Composition initiale95 % densité sèche optimale102 % densité sèche optimale80% dosage en liant(s)102% dosage en liant(s)w optimale -1%w optimale + 0,5%

Sol 0

Sol 1Sol 2Sol 3Sol 4

Sol 5



Figure 58 : étude de sensibilité réalisée sur D1 (NF P 98 114 3) Lors de la réalisation, la variation que l’on souhaite apporter aux paramètres précédemment décrits, sont difficiles à obtenir. Afin de vérifier les hypothèses de l’étude de sensibilité, des mesures de teneurs en eau et de masses des échantillons ont été réalisées aux différentes échéances, pour D1 et D2 (tableaux 44 et 45). Tableau 44 : mesure des teneurs en eau et des densités sèches réelles des éprouvettes réalisées avec D1

7 j formulation conditions d’essais

visées w% - wref% % ρd OPM

F1 100 / 1 / 0 -0,8 98,1 F2 100 / 1 / 0 -0,5 96,4 F1’ 100 / 1 / 0 -0,7 97,7 F2’ 100 / 1 / 0 -0,8 97,1

D1 - Formulation 1'

0,1

1

10

0,1 1 10 100E 360j (103 MPa)

Rt 3

60 j (

MP

a)Composition initiale95% densité sèche optimale102 % densité sèche optimale80% dosage en liant(s)102% dosage en liant(s)w optimale -1%w optimale + 0,5%

Sol 0

Sol 1


D1 - Formulation 2'

0,1

1

10

0,1 1 10 100E 360j (103 MPa)

Rt 3

60j (

MP

a)

Composition initiale95% densité sèche optimale102 % densité sèche optimale80% dosage en liant(s)102% dosage en liant(s)w optimale -1%w optimale + 0,5%

Sol 0


Sol 5



14 j

formulation conditions d’essais visées

w% - wref% % ρd OPM

F1 100 / 1 / 0 -0,8 97,7 F2 100 / 1 / 0 -0,3 95,3 F1’ 100 / 1 / 0 -1,0 97,7 F2’ 100 / 1 / 0 -0,9 96,5



95 / 1 / 0 -0,6 93,7 102 / 1 / 0 -0,7 99,5

100 / 0,8 / 0 -0,7 97,7 100 / 1,2 / 0 -0,4 98,1 100 / 1 / -1 -1,4 97,8

100 / 1 / +0,5 0,2 97,6

F1

100 / 1 / 0 -0,4 97,4 95 / 1 / 0 -0,4 93,0 102 / 1 / 0 -0,8 97,4

100 / 0,8 / 0 -0,7 95,0 100 / 1,2 / 0 -0,6 96,4 100 / 1 / -1 -1,4 95,6

100 / 1 / +0,5 0,1 96,4

F2

100 / 1 / 0 -0,6 95,9 F1’ 100 / 1 / 0 -0,7 97,6 F2’ 100 / 1 / 0 -1,1 95,8

90 j

formulation conditions d’essais visées

w% - wref% % ρd OPM

95 / 1 / 0 -0,8 97,1 102 / 1 / 0 -1,0 95,7

100 / 0,8 / 0 -2,2 93,6 100 / 1,2 / 0 -1,2 99,0 100 / 1 / -1 -1,1 96,1

100 / 1 / +0,5 -1,2 98,1

F1

100 / 1 / 0 -2,0 96,8 95 / 1 / 0 -1,2 96,8 102 / 1 / 0 -1,7 97,8

100 / 0,8 / 0 -1,9 92,7 100 / 1,2 / 0 -1,4 96,6 100 / 1 / -1 -1,4 94,8

100 / 1 / +0,5 -1,0 95,6

F2

100 / 1 / 0 -2,1 95,4 F1’ 100 / 1 / 0 -0,9 95,8 F2’ 100 / 1 / 0 -2,4 95,7



Tableau 45 : mesure des teneurs en eau et des densités sèches réelles des éprouvettes réalisées avec G1



F1 100 / 1 / 0 -1,0 97,4 F2 100 / 1 / 0 -0,9 96,2 F1’ 100 / 1 / 0 -1,9 97,2 F2’ 100 / 1 / 0 -1,4 96,4

On remarque à travers cette étude de sensibilité, que la plupart des variations de paramètres interviennent de façon très modérée dans les résultats des essais mécaniques. Les formulations peuvent être considérées comme robustes. Les figures 59 et 60 représentent les classements des formulations étudiées, comprenant des sédiments D1 et G1

Figure 59 : classement de D1 pour F1, F2, F1’, F2’ (NF P 98 114 3)

Figure 60 : classement de G1 pour F1, F2, F1’, F2’ (NF P 98 114 3)

D1

0,1

1

10

0,1 1 10 100E 360j (103 MPa)

Rt 3

60 j (

MP

a)

Formulation 1

Formulation 2

Formulation 1'

Formulation 2'

Sol 0

Sol 1


G1

0,1

1

10

0,1 1 10 100E 360j (103 MPa)

Rt 3

60 j (

MP

a)

Formulation 1

Formulation 2

Formulation 1'

Formulation 2'

Sol 0


Sol 5



Les formulations 1 et 1’ donnent des résistances plus élevées que les formulations 2 et 2’. Le mélange SB - SD offre de meilleures résistances au matériau que l’ajout de SD seul. On peut noter aussi l’apport intéressant de la chaux, qui permet d’obtenir de meilleurs modules d’élasticité et de meilleures résistances au fendage. La proportion de chaux n’est pourtant pas élevée. Il apparaît donc intéressant d’utiliser la chaux pour les formulations. Les formulations se classent à de bons niveaux d’utilisation, car il est recommandé une classe minimale Sol 2, pour les couches d’assises, ce qui est respecté pour toutes les formulations. Les figures 61 représentent l’évolution du comportement mécanique des différentes formulations dans le temps.

D1 - Formulation 1

0,1

1

10

0,1 1 10 100E (103 MPa)

Rt (

MP

a)

7 jours14 jours28 jours90 jours360 jours avec (E, Rt)28jours

Sol 0


Sol 5

D1 - Formulation 2

0,1

1

10

0,1 1 10 100E (103 MPa)

Rt (

MP

a)

7 jours14 jours28 jours90 jours360 jours avec (E, Rt)28jours

Sol 0

Sol 1

Sol 2Sol 3Sol 4

Sol 5



Figure 61 : évolution dans le temps des résistances mécaniques sur D1 (NF P 98 114 3)

L’évolution dans le temps des résistances mécaniques obtenues est relativement linéaire. Par contre, on peut noter des résistances mécaniques, à 90 jours, équivalentes voire supérieures aux résistances à 360 jours, extrapolées à partir des mesures à 28 jours et à l'aide des coefficients de corrélation. Il est possible, en première hypothèse, que ces derniers ne soient pas appropriés. Une deuxième hypothèse porterait sur une stabilisation des résistances mécaniques acquises par le ciment après 90 jours de cure et un apport de résistances à plus long terme par la chaux. Des mesures à 360 jours seraient intéressantes pour comparer les valeurs réelles aux valeurs estimées. Résistance à l’eau et au gel Dans le cas de traitement à la chaux et au ciment, il est important de vérifier l’aptitude d’un matériau à résister aux conditions défavorables du milieu, notamment les effets de l’eau et du gel.

D1 - Formulation 1'

0,1

1

10

0,1 1 10 100E (103 MPa)

Rt (

MP

a)7 jours14 jours28 jours90 jours360 jours avec (E, Rt)28jours360 jours avec (E, Rt)90jours

Sol 0

Sol 1Sol 2Sol 3

Sol 4

Sol 5

D1 - Formulation 2'

0,1

1

10

0,1 1 10 100E (103 MPa)

Rt (

MP

a)

7 jours14 jours28 jours90 jours360 jours avec (E, Rt)28jours360 jours avec (E, Rt)90jours

Sol 0

Sol 1Sol 2

Sol 3Sol 4

Sol 5



Dans notre étude, l’aptitude du matériau, à résister à un cycle de mouillage, a été évaluée par l’essai de mesure d’ICBR après immersion (NF P 94-078) (tableau 46). L’essai d’ICBR après immersion va nous permettre d’observer, ou non, la bonne prise du matériau, et de vérifier l’aptitude au traitement de D1. Cet essai consiste à réaliser un compactage Proctor (modifié ou normal) pour l’utilisation du matériau en remblai ou couche de forme), de mesurer l’indice CBR immédiat puis après 4 jours d'immersion. Pendant cette période, des mesures de gonflement sont réalisées. Les échantillons D1 étudiés sont confectionnés à partir des quatre formulations élaborées, de sédiments bruts et du mélange granulaire sédiments + sable de dragage, traité à la chaux, pour comparaison. Les mesures de gonflement permettent d’évaluer l’aptitude du sol au traitement, et ne doivent pas dépasser 5 %, dans le cas des traitements à la chaux et au ciment. Tableau 46 : résultats des essais d’immersion

échantillon compactage w% à

confection

ρd (g/cm3)

ICBR avant immersion

ICBR après immersion

G (%) gonflement

w% après immersion

et essai CBR

D1 seul Proctor normal 24,8 1,35 9,0 2,5 1,97 35,0 F2’ sans ciment avec chaux

Proctor normal 15,1 1,74 21,9 27,5 0,10 17,5

F1 Proctor modifié 11,9 1,98 37,1 243,4 0,03 12,0 F2 Proctor modifié 13,3 1,91 30,0 173,0 0,03 13,0 F1’ Proctor modifié 12,4 1,96 14,5 112,5 0,03 12,0 F2’ Proctor modifié 13,0 1,91 25,0 127,3 0,03 13,2

Les gonflements, pour l’ensemble des échantillons, sont en deçà de la limite de 5%, valeurs correspondant aux matériaux dont la sensibilité à l’eau n’est pas préjudiciable pour leur durabilité. Les valeurs d’indice portant CBR sont faibles après confection, puis élevées après immersion, pour les matériaux formulés, ce qui indique une bonne prise hydraulique. L’autre paramètre important, caractéristique de la durabilité d’un matériau, est la résistance au gel. Dans ce cas d’étude, l’essai réalisé est l’essai de résistance au gel – dégel des graves et sables traités aux liants hydrauliques (NF P 98 234-1). Il consiste à confectionner une série d’éprouvettes qui seront placés, dans un premier temps en cure à 20°C pendant 28 jours. Ensuite la moitié de la série sera soumise à 20 cycles de gel dégel en enceinte climatique, tandis que l’autre moitié sera conservée à 20°C (tableaux 47 et 48). Un cycle dure 24 heures, se décompose en une période d’exposition de 4 heures à 10°C puis d’une période de 14 heures à -10°C, le temps restant permettant la transition entre les deux paliers de température. Dans cette étude, les formulations étudiées sont F1’ et F2’, et pour chaque formulation, six éprouvettes ont été confectionnées par vibrocompression puis sont utilisées pour des essais de compression simple.



Tableau 47 : éprouvettes soumises aux cycles de gel – dégel formulation éprouvette n° mf épr (g) (mf-mi)/mi

(%) h épr (cm) Fc (kN) Rc (MPa)

1 2770,8 2,04 20,0 12,86 1,64 2 2962,4 2,16 20,6 11,19 1,42

F1’

3 2906,2 0,87 20,6 12,41 1,58

Rc moyen = 1,55

formulation éprouvette n° mf épr (g) (mf-mi)/mi (%)

h épr (cm) Fc (kN) Rc (MPa)

1 2672,3 1,40 20,0 10,00 1,27 2 2675,9 1,01 20,0 14,37 1,83

F2’

3 2693,7 1,09 20,0 12,69 1,62 Rc moyen = 1,57 Tableau 48 : éprouvettes témoin formulation éprouvette n° mf épr (g) (mf-mi)/mi


1 2688,3 -0,13 20,0 12,85 1,64 2 2780,2 -0,11 20,0 15,36 1,96

F1’

3 2710,5 -0,30 20,0 14,17 1,80 Rc moyen = 1,80 formulation éprouvette n° mf épr (g) (mf-mi)/mi


1 2636,5 -0,08 20,2 10,11 1,29 2 2651,1 -0,26 20,15 13,49 1,72

F2’

3 2665,1 -0,07 20,1 10,32 1,31 Rc moyen = 1,44 Les résistances mécaniques, obtenues pour les deux formulations, ne semblent pas être altérées par l’exposition aux cycles de gel - dégel. Les formulations restent donc intéressantes vis-à-vis des critères de durabilité et de conditions défavorables d’exposition des matériaux. Essais de lixiviation sur les sédiments traités Des essais de lixiviation ont été réalisés sur les échantillons des formulations 1’ et 2’, comprenant des sédiments D1 et G1 peu pollués. Le programme expérimental a consisté en la réalisation d’essais de lixiviation sur monolithes selon la norme NF X 31-211 et la réalisation d’essais de lixiviation sur éprouvettes broyées selon la norme EN 12457-2 (tableaux 49, 50, 51 et 52). Ces tests ont été réalisés par l’EMD et INERTEC en collaboration avec SITA FD. Les résultats issus de l’EMD résultent d’une moyenne de trois mesures (excepté pour les teneurs en cyanures, ammonium, ainsi que pour le COT et la DCO). Les essais réalisés par INERTEC ont été réalisés à 28 et 60 jours, sur un échantillon pour chaque essai. Comme les sédiments bruts, les résultats sont comparés à la législation de la mise en centre de stockage des déchets (Décision européenne 2003/33/CE établissant des critères et des procédures



d’admission des déchets dans les décharges, conformément à la Directive Décharge 1999/31/CE). La légende se situe dans le dernier tableau. Tableau 49 : essai de lixiviation sur monolithe des formulations F1’ et F2’ comprenant D1 D1 Formulation F1’ F2’ Laboratoire EMD INERTEC INERTEC EMD INERTEC INERTECMaturation 28 jours 28 jours 60 jours 28 jours 28 jours 60 jours FS % 0,69 0,68 0,63 0,57 Siccité % 92,27 93,18 91,49 92,27 pH 11,81 11,41 10,39 11,83 11,44 10,11 Cond mS/cm 2,01 1,4 1,4 1,78 1,3 1,14 As mg/kg < 0,5 <0.05 <0.05 < 0,5 <0.05 <0.05 Ba mg/kg 0,1 0,1 0,1 0,1 Cd mg/kg < 0,1 <0.05 <0.05 < 0,1 <0.05 <0.05 Cr mg/kg < 0,1 <0.05 <0.05 < 0,1 <0.05 <0.05 Cr (VI) mg/kg < 0,1 < 0,1 Cu mg/kg < 0,5 < 0.05 < 0.05 < 0,5 <0.05 < 0.05 Hg mg/kg < 0,01 <0.05 <0.05 < 0,01 <0.05 <0.05 Mo mg/kg <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 Ni mg/kg < 0,4 <0.05 <0.05 < 0,4 <0.05 <0.05 Pb mg/kg < 1 <0.05 <0.05 < 1 < 0.05 <0.05 Sb mg/kg < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 Se mg/kg < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 Zn mg/kg < 0,5 < 0.05 < 0.05 < 0,5 < 0.05 < 0.05 Fluorures mg/kg 1,1 <0.5 1,9 1 <0.5 2 Chlorures mg/kg 3526,67 2783,33 Nitrates mg/kg < 100 < 100 Sulfates mg/kg 60,67 60 I. phénol mg/kg <0.5 0,6 <0.5 0,6 Cyanures mg/kg < 0,1 < 0,1 Ammonium mg/kg 19 25 Carbone organique mg/kg 58 64 108 58 58 64

DCO mg/kg 120 340



Tableau 50 : essais de lixiviation sur monolithe des formulations F1’ et F2’ comprenant G1 G1 Formulation F1’ F2’ Laboratoire EMD INERTEC INERTEC EMD INERTEC INERTECMaturation 28 jours 28 jours 60 jours 28 jours 28 jours 60 jours FS % 0,56 0,52 0,58 0,5 Siccité % 92,88 93,66 91,89 92,8 pH 11,86 11,36 10,34 11,75 11,33 10,29 Cond mS/cm 1,59 1,23 1,14 1,57 1,26 1,04 As mg/kg < 0,5 <0.05 <0.05 < 0,5 <0.05 <0.05 Ba mg/kg 0,1 0,1 0,1 0,07 Cd mg/kg < 0,1 <0.05 <0.05 < 0,1 <0.05 <0.05 Cr mg/kg < 0,1 <0.05 <0.05 < 0,1 <0.05 <0.05 Cr (VI) mg/kg < 0,1 < 0,1 Cu mg/kg < 0,5 < 0.05 < 0.05 < 0,5 < 0.05 < 0.05 Hg mg/kg < 0,01 <0.05 <0.05 < 0,01 <0.05 <0.05 Mo mg/kg < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 Ni mg/kg < 0,4 <0.05 <0.05 < 0,4 <0.05 0,07 Pb mg/kg < 1 <0.05 <0.05 < 1 <0.05 <0.05 Sb mg/kg <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 Se mg/kg <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 Zn mg/kg < 0,5 <0.05 <0.05 < 0,5 <0.05 <0.05 Fluorures mg/kg 1,2 <0.5 2,1 1,1 <0.5 2,1 Chlorures mg/kg 1923,33 2086,67 Nitrates mg/kg < 100 < 100 Sulfates mg/kg 83,67 83 I. phénol mg/kg <0.5 0,8 0,5 <0.5 Cyanures mg/kg < 0,1 < 0,1 Ammonium mg/kg 21 23 Carbone organique mg/kg 59 54 70 58 54 61

DCO mg/kg 160 120



Tableau 51 : essais de lixiviations sur échantillon broyé des formulations F1’ et F2’, comprenant D1 D1 Formulation F1’ F2’ Laboratoire EMD INERTEC INERTEC EMD INERTEC INERTECMaturation 28 jours 28 jours 60 jours 28 jours 28 jours 60 jours FS % 2,91 2,77 2,84 2,82 Siccité % 92,27 93,18 91,49 92,27 pH 12,65 12,62 11,79 12,62 12,59 11,72 Cond mS/cm 8,24 8,38 7,86 8,5 8,22 7,74 As mg/kg < 0,5 <0.05 <0.05 < 0,5 <0.05 <0.05 Ba mg/kg 0,5 0,5 0,5 0,4 Cd mg/kg < 0,1 <0.05 <0.05 < 0,1 <0.05 <0.05 Cr mg/kg < 0,25 < 0.1 < 0.1 < 0,25 0,14 0,10 Cr (VI) mg/kg < 0,25 < 0,25 Cu mg/kg < 0,5 < 0.2 0,23 < 0,5 < 0.2 0,30 Hg mg/kg < 0,01 <0.05 <0.05 < 0,01 <0.05 <0.05 Mo mg/kg <0.1 0,11 <0.1 0,13 Ni mg/kg < 0,4 0,26 < 0,4 0,26 0,28 Pb mg/kg < 1 <0.05 1,1 < 1 <0.05 0,27 Sb mg/kg < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 Se mg/kg < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 Zn mg/kg < 0,5 < 0.05 0,10 < 0,5 < 0.05 0,07 Fluorures mg/kg 9,9 7,4 9,6 8,3 Chlorures mg/kg 7193,33 6916,67 Nitrates mg/kg < 100 < 100 Sulfates mg/kg 333,33 340 I. phénol mg/kg 0,7 0,7 <0.5 1 Carbone organique mg/kg 349 456 355 495



Tableau 52 : essai de lixiviation sur échantillon broyé des formulations F1’ et F2’ comprenant G1 G1 Formulation F1’ F2’ Laboratoire EMD INERTEC INERTEC EMD INERTEC INERTECMaturation 28 jours 28 jours 60 jours 28 jours 28 jours 60 jours FS % 2,67 2,51 2,67 2,6 Siccité % 92,88 93,66 91,89 92,8 pH 12,58 12,59 11,62 12,6 12,6 11,65 Cond mS/cm 8,12 7,8 7,1 7,87 7,74 7,23 As mg/kg <0.5 <0.05 <0.05 <0.5 <0.05 <0.05 Ba mg/kg 0,5 0,5 0,5 0,4 Cd mg/kg < 0,1 <0.05 <0.05 < 0,1 <0.05 <0.05 Cr mg/kg < 0,25 1,20 0,10 < 0,25 0,13 0,10 Cr (VI) mg/kg < 0,25 < 0,25 Cu mg/kg < 0,5 < 0.2 0,23 < 0,5 0,06 0,27 Hg mg/kg < 0,01 <0.05 <0.05 < 0,01 <0.05 <0.05 Mo mg/kg < 0,5 0,12 0,13 < 0,5 0,12 0,14 Ni mg/kg < 0,4 0,24 0,28 < 0,4 0,26 0,33 Pb mg/kg < 1 <0.05 0,12 < 1 <0.05 0,12 Sb mg/kg < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 Se mg/kg < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 Zn mg/kg < 0,5 < 0.05 < 0.05 < 0,5 < 0.05 < 0.05 Fluorures mg/kg 9,1 8,4 10 8,4 Chlorures mg/kg 5353,33 5203,33 Nitrates mg/kg < 100 < 100 Sulfates mg/kg 206,67 203,33 I. phénol mg/kg <0.5 1,1 <0.5 0,8 Carbone organique mg/kg 327 430 335 477

Décision européenne 2003/33/CE Classe II

Classe I Traitement nécessaire Les résultats entre les deux laboratoires sont homogènes à 28 jours de maturation. Ils montrent que pour les points de prélèvement D1 et G1, pour les deux formulations étudiées sur la base des paramètres physico-chimiques, et pour les deux conditions d’essais, les matériaux sont considérés non dangereux. Toutefois les échantillons de sédiments stabilisés ne répondent pas aux critères des déchets inertes du fait des résultats observés en Fraction Soluble (ou Chlorures), Chrome, Phénols. Le caractère dangereux ou non dangereux doit être aussi évalué sur le plan écotoxicologique grâce au paramètre H 14, qui n’a pas été étudié lors de cette étude. On peut remarquer aussi que les valeurs mesurées dans le cas des lixiviations sur monolithes sont 5 à 7 fois moins élevées que sur échantillon broyé : d’où l’intérêt du maintien des performances mécaniques du matériau au cours du temps grâce à la stabilisation. Etude du comportement mécanique des matériaux formulés Dans cette partie, notre but est de distinguer les liens existants entre le comportement mécanique des sédiments bruts et traités.



Sédiments traités - à la rupture

0100200300400500600700800900

1000

0 100 200 300 400 500σv (kPa)

τ (k

Pa)

Sédiments traités - après rupture

0100200300400500600700800900

1000

0 100 200 300 400 500σv (kPa)

τ (k

Pa)

Cette étude s’appuie sur les résultats d’essais à la boîte de cisaillement rectiligne sur matériau traité. Les échantillons sont réalisés à partir des formulations F1’ et F2’, ainsi qu’à partir de sédiments D1 seuls, traités à 1,85% de chaux et 5,55% de ciment. Cinq éprouvettes pour les sédiments traités et les échantillons de la formulation F1’, et six éprouvettes pour les échantillons de la formulation F2’, de dimensions 5*10 cm, ont été confectionnées par compression statique. Ces éprouvettes ont été placées dans des moules hermétiques en salle climatisée, à 20°C, pendant 28 jours. La force exercée pour la mise en place du matériau dans les moules, atteignait, en fin de confection, 50kN, pour les formulations F1’ et F2’, et 20kN pour les sédiments traités. La contrainte de préconsolidation correspondante est donc respectivement de 25 et de 10MPa. Tableau 53 : nombre d’essais réalisés en cisaillement direct

Sédiments traités F1’ F2’ 100 kPa 2 4 4 200 kPa 1 2 3 300 kPa 1 2 3 400 kPa 2 2 2

Dans le cadre des essais de cisaillement direct et afin de préciser les résultats, une série de chargements supplémentaires correspondant à une contrainte normale de 400 kPa, a été nécessaire (figure 62).



F1' - à la rupture

0200400600800

10001200140016001800

0 100 200 300 400 500σv (kPa)

τ (k

Pa)

F1' - après rupture

0200400600800

10001200140016001800

0 100 200 300 400 500σv (kPa)

τ (k

Pa)

F2' - à la rupture

0100200300400500600700800900

100011001200

0 100 200 300 400 500σv (kPa)

τ (k

Pa)



F2' - après rupture

0100200300400500600700800900

100011001200

0 100 200 300 400 500σv (kPa)

τ (k

Pa)

Figure 62 : essais de cisaillement direct Le tableau 54 présente les valeurs d’angle de frottement et de cohésion mesurées. Tableau 54 : résultats des essais de cisaillement direct sur les formulations Sédiments traités F1’ F2’ A la

rupture A l’état critique

A la rupture

A l’état critique

A la rupture

A l’état critique

c (kPa) 120 20 870 240 390 100 ϕ (°) 38,7 38,7 43,5 36,9 56,3 36,9 Les résultats mettent en avant l'augmentation de cohésion et l’accroissement des valeurs d’angle de frottement, à la rupture et à l’état critique, pour les sédiments traités, par rapport aux résultats sur les sédiments bruts (c=0 kPa, ϕ =32,0° à l’état critique et 34,7° à la rupture, voir chapitre 4). On remarque qu’à l’état critique, les valeurs d’angle de frottement sont quasi égales pour les trois types de formulations, indiquant l’influence du frottement entre les grains de sédiments, même pour les formulations ne contenant que 32% de ces éléments. Cependant, ϕ est plus petit pour les formulations F1’ et F2’, en comparaison avec les sédiments traités, ce qui dénote l’influence de la fraction sableuse. L’augmentation des valeurs de c et de ϕ indique également l’influence des liants et notamment de la chaux. Effectivement, à l‘état critique, les liaisons fortes entre la matrice granulaire et la matrice cimentaire sont rompues. Le frottement, à l’état critique, se situe principalement entre les grains. Cependant, les résultats de cisaillement direct sur les sédiments traités, à l’état critique, révèlent un angle de frottement plus important que pour les sédiments bruts issus du même point de prélèvement. Il est possible que l’action de la chaux sur les particules fines et notamment les argiles, ait modifié la structure de la matrice granulaire. Ce point reste à vérifier par une campagne d’essais sur les sédiments traités à la chaux seule.



2.2.3.3. Conclusions

La méthodologie de préparation des sédiments, avant formulation, est efficace pour une première phase de diminution de teneur en eau mais reste limité pour atteindre de faibles teneurs. Cette phase nécessite un suivi régulier et le respect de certaines étapes de préparation :

une première étape d’essorage, une deuxième étape de consolidation rapide, une troisième étape de consolidation lente.

Durant cette troisième étape, il est nécessaire de mettre en contact le plus possible le matériau à l’air, ce qui permet de l’assécher et de dégrader en partie les matières organiques. Pour l’élaboration d’un bon squelette granulaire, la généralisation des valeurs des critères d’uniformité et de courbure, obtenues sur nos mélanges, semble difficile. Les essais réalisés dans cette étude ne peuvent qu’alimenter un plan expérimental plus représentatif des différents mélanges possibles contenant des sédiments et non fixer des valeurs seuils. Les caractéristiques des mélanges étudiés sont encourageantes pour la gestion portuaire des sédiments marins et intéressantes vis à vis du comportement de ces matériaux en structure routière. Les résistances mécaniques obtenues sur les différentes formulations permettent de les placer au minimum, en classe Sable S2 (NF P 98 114 3). Il semble que la chaux ait un effet bénéfique sur ces résistances, car pour un faible pourcentage, égal à 1.85%, les résistances et le module d’élasticité augmentent de façon notable, permettant d’obtenir de meilleures classifications pour certaines formulations.

2.2.4. Valorisation des sédiments fins en techniques routières : influence du pré-traitement

L’exemple présenté ici permet de voir l’influence du pré-traitement de séchage des sédiments dragués, pour une valorisation en techniques routières. Les sédiments étudiés sont ceux de l’avant Port Ouest du Port Autonome de Dunkerque. Ils sont composés majoritairement de quartz, calcite, matière organique, sel et minéraux argileux. Ils ont un degré d’humidité supérieur à 150%.

2.2.4.1. Procédés de séchage

L’emploi de sédiments dragués en techniques routières peut nécessiter un pré-traitement de séchage. Deux procédés ont donc été étudiés.



Le premier procédé consiste en un séchage complet du sédiment à 105°C. Il comporte deux désavantages. Le premier est lié au coût prohibitif du procédé de séchage et à la quantité d’énergie consommée. Le second résulte de la formation de gros blocs de sédiments lors du séchage, comme le montre la Figure 63.

Figure 63 : Aspect du sédiment après séchage thermique à 105°C

Afin de désagréger ces blocs, une opération de concassage est nécessaire, ce qui constitue un coût supplémentaire. Cette opération vise à transformer le sédiment en un matériau non friable. Cependant, le principal avantage de ce procédé est qu’il permet l’évaporation de toute l’eau. Ainsi, le problème d’une eau résiduelle rencontré lors de la mise en œuvre d’un séchage mécanique est évité. Le second procédé de séchage testé couple le procédé Extract à un chaulage et un séchage doux à 40°C. Le procédé Extract comporte 4 principales étapes :

- la dilution du sédiment avec de l’eau, - la séparation des particules sédimentaires de diamètre supérieur à 63µm du reste du

mélange, - la défloculation du sédiment, - l’élimination de la plus grosse partie d’eau en utilisant une presse mécanique qui peut

aussi enlever une grande partie de sel contenue dans le sédiment. Ce procédé permet d’obtenir un sédiment possédant une teneur en eau de 100%, ce qui est très important pour une utilisation en techniques routières. Ainsi, un traitement complémentaire est nécessaire. L’utilisation de chaux minérale est couramment utilisée pour diminuer la teneur en eau d’un sol. Elle permet aussi la stabilisation de la matière organique. Différentes quantités de chaux ont été testées afin d’observer leur effet sur la diminution de la teneur en eau du sédiment. La Figure 64 montre que 4% de chaux permet de diminuer significativement le teneur en eau. Un traitement à 40°C est utilisé pour accélérer l’opération de séchage. En pratique, les sédiments seront séchés à température ambiante.

Figure 64 : Effet de l’addition de la chaux sur la teneur en eau du sédiment



2.2.4.2. Tests et résultats sur le sédiment séché, en utilisant le procédé 1

Proctor modifié sur le sédiment Des tests Proctor ont été effectués sur le sédiment broyé à différentes teneurs en eau. Les résultats montrent que la densité sèche maximale atteinte est de 1,65g.cm-3 et la teneur en eau optimale de 19,3%. Le matériau sera considéré comme utilisable pour une couche de chaussée si sa teneur en eau permet une densité sèche supérieure à 95% de 1,65g.cm-3 (soit supérieure à 1,55g.cm-3) et pour un IPI supérieur à 35. La Figure 65 montre que l’IPI vérifie ces conditions pour une utilisation en couche de fondation. Cependant, l’intervalle de teneur en eau précédent a du être étendu spécialement pour les hautes teneurs en eau. Récemment, Bernard et al., 2002 ont amélioré l’indice IPI des sables dragués par l’ajout de sable du Boulonnais et de ciment. La même méthodologie est utilisée dans cette étude pour les sédiments dragués.

Figure 65 : Evolution de l’indice IPI et de la densité en fonction de la teneur en eau

Essais Proctor modifiés sur des mélanges Afin d’augmenter les valeurs de l’IPI, du sable dragué, du sable du Boulonnais (0/4) et du ciment de Portland ont été retenus. Le ciment est utilisé pour fournir une résistance mécanique au mélange. Ainsi, la teneur en ciment a été fixée à une teneur raisonnable de 6%. Ensuite, la proportion des autres composants du mélange a été choisie en fonction de la distribution granulométrique du mélange. Afin d’avoir un IPI acceptable, la compacité doit être importante. Il est connu que la compacité d’un matériau granulaire dépend de sa distribution granulométrique. Plus cette distribution est étalée, meilleure sera la compacité. Deux mélanges (M1 et M2) vérifiant ce dernier point ont été identifiés et sont décrits dans le Tableau 55. Tableau 55 : Composition des mélanges M1 et M2 M1

% poids sec M2

% poids sec Sédiment dragué 40 64 Sable dragué 34 0 Sable du Boulonnais (0/4) 20 30 Ciment Portland CEM I 42.5 6 6



La distribution granulométrique du sédiment avant et après séchage est totalement différente. La distribution granulaire du sédiment broyé est retenue pour définir un étalement de la distribution granulométrique des mélanges (Figure 66).

Figure 66 : Distribution granulométrique du mélange M2 et de ses différents constituants Les Figures 67 et 68 présentent l’évolution de l’indice IPI et de la densité sèche en fonction de la teneur en eau respectivement pour les mélanges M1 et M2. Les résultats montrent que les deux mélanges sont acceptables pour une utilisation en couches de fondation et de chaussée si leurs classes structurales sont supérieures ou égales à S2. Cependant, M2 semble plus intéressant que M1 à cause de la diminution progressive de son IPI lorsque la teneur en eau augmente.

Figure 67 : Evolution de l’indice IPI et de la densité sèche en fonction de la teneur en eau du mélange M1




Résistances à la traction et modules élastiques des mélanges M1 et M2 Le test direct de résistance à la traction est très complexe. La norme française permet d’utiliser le test Brésilien qui est plus simple. Il permet d’obtenir une valeur maximale de résistance à la traction en utilisant une formule spécifique. Le module élastique peut être obtenu en s'appuyant sur une courbe de compression issue des essais de compression. Les tests ont été menés sur des éprouvettes d’un diamètre de 50 mm, de 100 mm de hauteur et âgées de 28 jours. Les valeurs à 360 jours sont calculées à partir des valeurs obtenues à 28 jours, en utilisant une formule spécifique donnée par la norme (NFP 98 113, AFNOR, 2005). Les résultats montrent de très faibles caractéristiques mécaniques. Les mélanges sont classés en S0, ce qui n’est pas suffisant pour une utilisation en couches routières. L’observation de la surface des éprouvettes montre des dépôts blancs (Figure 69). Ces dépôts ont été analysés par un microscope électronique à balayage (MEB). L’analyse élémentaire de ce produit montre qu’il est composé de calcium et de sodium : les formes particulières observées ici peuvent être dues à la présence de matière organique (Figure 70).

Figure 69 : Observation de la surface des éprouvette et mise en évidence d’un dépôt blanc

Figure 70 : Image du dépôt blanc au MEB et analyse élémentaire par sonde EDS Les faibles propriétés mécaniques observées peuvent être justifiées par la présence de matières organiques et de grandes quantités de sel. Plusieurs études antérieures ont montré l’effet négatif de ces composés sur le développement de la résistance mécanique de matériaux à base de ciment [Kamon et al., 1989, Kaushik et Islam, 1995]. Le procédé de séchage 1 décrit avant et sans autre traitement n’est pas acceptable pour la valorisation en techniques routières de ces sédiments dragués.



2.2.4.3. Essais et résultats sur sédiment séché issu du procédé 2

Précédemment, Bernard et al., 2002 ont montré qu’un mélange constitué de 52% de sable dragué, 40% de sable du Boulonnais et 8% de ciment possède des propriétés mécaniques et de compaction intéressantes. Ainsi, deux nouveaux mélanges, M3 et M4, utilisant le sédiment, ont été proposés. La composition de chaque mélange est donnée par le Tableau 56. Tableau 56 : Composition des mélanges M3 et M4 M3

% poids sec M4

% poids sec Sédiment dragué + 4% de chaux (sédiment humide)

26,4 26,4

Sable dragué 37,1 39,1 Sable du Boulonnais (0/4) 28,5 28,5 Ciment Portland CEM I 42.5 8 6 Plus le sédiment est séché, plus de gros blocs se forment. Ces blocs sont facilement détruits lors de l’opération de malaxage, lorsque la teneur en eau du mélange est supérieure à 8% (Figure 71).

Figure 71 : Photos montrant l’aspect du mélange M3 à 11% de teneur en eau avant et après malaxage

Essais Proctor modifiés des nouveaux mélanges Les tests de compaction indique que le mélange M3 a un optimum de teneur en eau de 11,6% et une densité sèche optimale de 2,04g.cm-3 ce qui est une valeur élevée significative (Figure 72). La courbe de l’évolution de l’IPI en fonction de la teneur en eau montre des valeurs acceptables pour des utilisations en couche de fondation et couche de base, pour des teneurs en eau comprises entre 7,8 et 11,1%.



Figure 72 : Evolution de l’indice IPI et de la densité sèche en fonction de la teneur en eau du mélange M3 Le mélange M4 qui contient moins de ciment possède une courbe d’évolution de la densité sèche, en fonction de la teneur en eau, plate et monotone. La densité sèche est toujours supérieure de 95% à l’optimum. L’IPI du mélange M4 est plus étendu et, par conséquent, ce mélange est plus stable même si l’IPI maximum atteint est seulement de 50 (contre 70 pour le mélange M3). Pour une teneur en eau comprise entre 6 et 11,2%, ce qui est un intervalle large, la valeur de l’IPI est acceptable pour une utilisation du mélange en couche de route.


Résistance à la traction et module d’élasticité des mélanges M3 et M4 Plusieurs éprouvettes des mélanges M3 et M4, à la teneur en eau optimale, ont été préparées puis testées afin de déterminer la classe des mélanges (Figure 74). Les résultats expérimentaux indiquent que le mélange M3 à 11% de teneur en eau est de classe S4 et le mélange M4 à 9,9% de classe S3. Du fait de la sensibilité du mélange aux variations de sa teneur en eau, des tests complémentaires ont été menés sur le mélange M3 pour un taux d’humidité plus faible de 7,8%. Les résultats classent ce mélange en S2. Cette différence de classement est due à la différence de teneur en eau entre le mélange M3 à 7,8% et le mélange M3 à 11%. En fait, à 11%, le degré d’hydratation du ciment est plus élevé qu’à 7,8%, ce qui permet une meilleure résistance.



Figure 74 : Classement des mélanges M3 et M4 La forte résistance indique que les grains du ciment ont correctement réagi avec l’eau disponible. En effet, le second procédé de séchage permet d’éliminer un fort taux de sel et l’addition de chaux stabilise les matières organiques. Des analyses complémentaires au MEB ont vérifié l’absence de dépôts de sel à la surface des échantillons comme le montre la Figure 75. Des analyses chimiques complémentaires sont en cours afin de quantifier plus précisément le taux de sel éliminé par le procédé de séchage n°2. D’un point de vue géotechnique, les mélanges M3 et M4 sont acceptables comme matériau pour différentes couches routières. Le mélange M3 peut être utilisé pour les couches de fondation et de base si la teneur en eau de ce matériau est contrôlée. Le mélange M4 peut être utilisé pour les couches de fondation.

Figure 75 : Analyse ponctuelle d’une éprouvette du mélange M3 à l’œil nu et au MEB

2.2.4.4. Conclusion

L’utilisation de sédiments de dragage en techniques routières nécessite un procédé de séchage. Ici, deux procédés ont été testés : le premier est un traitement thermique à 100°C et permet des caractéristiques de compaction acceptables mais de faibles propriétés mécaniques au taux important de sel. Le second procédé fait intervenir des traitements chimiques et mécaniques. Il permet d’obtenir des résultats très satisfaisants et montre que les sédiments et les sables dragués du Port de Dunkerque peuvent être utilisés comme matériau en couches routières. Deux mélanges M3 et M4 ont été acceptés. Le mélange M3 peut être utilisé en



couche de base et de fondation si la teneur en eau est bien contrôlée. Le mélange M4 peut être utilisé en couche de fondation. Enfin, des tests estimant l’impact environnemental de ces sédiments sont en cours.

2.2.5. Application dans le cadre d’une planche expérimentale

Une planche expérimentale est un ouvrage réduit, instrumenté ou/et suivi par des mesures et des essais sur site, soumis à des contraintes réelles d’utilisation. La planche a pour objectif de valider une technique élaborée en laboratoire, qui doit remplir les critères de référence fixés dans les normes et guides d’application, tel que le GTR. Ces critères représentent le comportement environnemental et mécanique souhaité dans le temps, d’un ouvrage soumis au trafic et aux intempéries. Des contrôles lors du chantier et un suivi environnemental et mécanique doivent vérifier les données, les hypothèses, et les mesures obtenues en laboratoire. Les dimensions d’une planche expérimentale doivent être assez importantes pour être représentatives. Le CETE de Lyon préconise une dimension minimale de 40 m² pour un remblai non couvert et 100 m² pour une structure perméable telle qu’une chaussée. A l’élaboration du projet, le comportement du site expérimental et son aptitude à recevoir le trafic doivent être connus, afin de dimensionner la chaussée étudiée et d’adapter les résultats des essais en laboratoire. Les données nécessaires pour un dimensionnement sont principalement [Pouliot et al, 2004] :

- la portance du sol support, - l’intensité du trafic prévu, - les conditions de drainage, - les conditions climatiques, - les résistances mécaniques du matériau étudié, - et son niveau de gélivité (si nécessaire).

Lors de la réalisation de la planche, des contrôles sur les matériaux utilisés ainsi que sur le sol, doivent permettre de vérifier [Pouliot et al, 2004] :

- la nature minéralogique et la mesure de leur masse volumique, - la composition des différentes couches, avec la teneur en bitume pour les enrobés, la

teneur en eau, en ciment, en retardateur de prise pour les matériaux traités aux liants hydrauliques,

- les mesures des différentes caractéristiques des couches (teneur en eau, masse volumique) de chaque couche et du sol récepteur,

- les épaisseurs de chaque couche. A cela, on peut rajouter la vérification de la compacité par gammadensimètre et du compactage par pénétromètre dynamique léger de type PANDA ou autres [Marcoen et al., 2000]. Les chaussées sont soumises aux intempéries qui peuvent être préjudiciables pour la structure, et peuvent provoquer le relargage d’éléments polluants dans le cas de matériaux initialement contaminés. L’eau du système (Figure 76) peut ruisseler en surface de l’ouvrage, s’infiltrer mais ne pas traverser tout l’ouvrage, ou s’infiltrer et traverser l’ouvrage pour atteindre, éventuellement, la nappe. D’autre part, les remontées de nappe peuvent aussi entraîner un lessivage du matériau et un relargage.



pluie intermittente sortie d’eau latérale circulations internes diffuse fonction de la structure aval très varié selon le contexte local immédiat à l’ouvrage infiltration verticale

Figure 76: schéma conceptuel des circulations dans un ouvrage de TP [Silvestre, 2002] Les contrôles d’ordre mécanique doivent être réalisées à des échéances fixées. Ces échéances sont choisies pour vérifier la bonne prise du ou des liant(s), ainsi que pour vérifier le comportement général des couches et de la route en service. Des mesures par déflectomètre multiniveaux permettent de connaître la déflexion de chacune des couches, par la mise en place de tiges à différentes profondeurs de chaussée [Pierre et al., 2003]. Une mesure globale peut aussi être réalisée par essai à la poutre Benkelman (Figure 77) pour obtenir la déformabilité de la chaussée. La poutre est placée sous un essieu de véhicule de charge définie (www.cebtp-solen.com).

Figure 77 : Poutre Benkelman (http://www.cebtp-solen.com) Afin de pouvoir valider la démarche méthodologique élaborée en laboratoire, une planche expérimentale a été réalisée au Port Autonome de DUNKERQUE, par la société COLAS Nord Picardie. L’objectif était :

- de vérifier la faisabilité de mise en place des sédiments, avec les engins de chantier, - d’atteindre les proportions de sédiments marins fixées en laboratoire (32-33%), - et, en perspective de ce travail de recherche, de suivre l’évolution de la structure

durant une année, sur le plan mécanique et environnemental. Description de la planche expérimentale Les formulations élaborées en laboratoire ont permis d’atteindre des caractéristiques mécaniques acceptables pour l’utilisation en assise de chaussée. Dans le cadre de la planche expérimentale, la formulation choisie est la formulation F2’ (chapitre 223), car l’étude réalisée en laboratoire a démontré l’apport intéressant de la chaux, et des résistances légèrement inférieures à celles de la formulation F1’, ce qui nous permet de valider la formulation la moins performante des deux. Les sédiments utilisés sont de même provenance que D1.



Le lieu de réalisation de la planche se situe sur une aire de retournement de poids lourds, au bord de la route d’accès du site de dépôt de sable, à 500 mètres de la zone de stockage des sédiments (figure 78). Pour cette application semi industrielle, l’objectif est, dans un premier temps, d’évaluer la tenue du matériau, à moyen terme, sans trafic. En fonction des résultats obtenus, la contrainte trafic sera mise en place, à travers la déviation du trafic existant sur la route, qui correspond à 80 poids lourds par jour, ou par des essais accélérés de fatigue.

Figure 78 : situation de la planche expérimentale

La surface de la planche a été fixée à 300 m² (50 m de long et 6 m de large). Cette largeur correspond à une largeur type d’une voie de circulation. La plate forme, en sable de dune, est classée PF2. En s’appuyant sur ces différentes caractéristiques, une simulation sur le logiciel Alizée, réalisée par le laboratoire COLAS, a permis de mettre en évidence la faible épaisseur de matériau à mettre en place, évaluée à 14 cm, si la couche de roulement mise en place est de 6+4 cm. Une épaisseur de 20 cm reste cependant l’épaisseur minimale à mettre en œuvre, par rapport à des contraintes chantier. Dans notre cas, la couche de roulement a une épaisseur de 5 cm. L’épaisseur de la couche d’assise est alors de 24 cm avant réglage. Après traitement et compactage, dans le cas de sables traités, on enlève 3 cm en surface, ce qui correspond à une zone de feuilletage, habituellement rencontrée pour ce type de matériau. L’épaisseur avant réglage de la couche de matériaux traités est donc de 27 cm. Avant de réaliser le chantier, une phase de préparation des sédiments, analogue à la méthodologie adoptée en laboratoire, a été nécessaire. Préparation des sédiments Les sédiments marins ont été déposés dans une zone de stockage au Port Autonome de Dunkerque, fin juin 2005 (figure 79). Cette zone a une profondeur estimée de 7 à 8 mètres, et est constituée de sable de dragage. La décantation naturelle est facilitée par la capacité de drainage du sable, constituant le fond et les parois latérales.

Planche expérimentale

Dépôt de sédiments



2

1

3

Figure 79 : zone de stockage des sédiments marins

Sur la photo de la figure 79, on remarque la frange de sable humide et la couche d’eau claire formée en surface du dépôt de sédiments, qui permettent d’observer le processus de la phase de décantation. Des mesures de teneur en eau ont été réalisées, un mois après la mise en dépôt, sur trois points du site (figure 80). Les prélèvements ont été réalisés à la tarière, afin de récupérer des échantillons sur toute la profondeur de la couche. Les mesures indiquées dans le tableau 57 sont la moyenne de neuf essais par point de prélèvement, qui compte trois prises d’échantillons.

Figure 80 : situation des points de mesures des teneurs en eau (après 1 un mois de mise en dépôt)

Tableau 57 : teneurs en eau après un mois de dépôt

1 2 3 w moyenne (%) 101,1 116,0 131,3 écart type 10,15 14,22 1,16

Les mesures révèlent une relative homogénéité des teneurs en eau sur le site.



Après plusieurs passages sur le site, pendant cette période, on pouvait remarquer l’absence d’évacuation de l’eau en surface. L’horizontalité du plan de surface de la couche, associé à une faible perméabilité du matériau en est vraisemblablement la cause. A ce stade, il était nécessaire d’évacuer l’eau en surface afin de permettre aux sédiments de s’aérer, les exposant, de la même manière, directement aux effets du vent. Ainsi, une brèche dans le dépôt a été réalisée, deux mois et demi après la mise en place. Cette action a permis d’évacuer l’ensemble de l’eau de surface (figure 81).

Figure 81 : dépôt après évacuation de l’eau de surface

Afin de préparer la quantité nécessaire à la réalisation de la planche expérimentale et pour poursuivre la diminution de la teneur en eau, une partie des sédiments a été reprise et stockée à proximité sur un terre plein en sable compacté. Avant de mettre en place les sédiments, une couche de sable non compactée a été déposée sur une surface d’environ 400 m² et sur une épaisseur de 30 à 40 cm. Des sédiments, prélevés au niveau de la brèche, ont été placés sur cette couche. Ces sédiments présentaient encore une teneur en eau relativement importante. Trois jours après la mise en place de cette couche de sédiments, des mesures de teneurs en eau ont été réalisées. Les mesures présentées dans le tableau 58, sont issues de deux prélèvements sur le site. Tableau 58 : mesures de teneur en eau sur les sédiments sortis de la zone de stockage

échantillon essai w (%) 1 71,8 A 2 73,7 1 77,0 B 2 72,6

On remarque une teneur en eau moyenne de 74%, qui reste importante pour l’utilisation en chantier.



Préparation du chantier Les matériaux, destinés à la réalisation de la planche, ont été repris et déposés sur une aire de stationnement, en face de la planche expérimentale. Afin de les protéger du terrain naturel, et notamment de la végétation, une couche de sable a été déposée. Les sédiments, mis en tas, à côté du dépôt initial, ont donc été placés sur cette couche. Lors de leur reprise, on a pu remarquer qu’ils s’étaient mêlés au sable de la couche inférieure. De plus, les quantités récupérées ont été jugées insuffisantes pour réaliser la planche. Ainsi des sédiments du dépôt initial ont été récupérés pour être placés à côté des matériaux du second dépôt. Cette opération s’est déroulée la veille de la mise en place des matériaux et coïncidait avec la phase de démolition de la structure existante. La démolition a été réalisée jusqu’au terrain naturel, en l’occurrence jusqu’au sable de dune. Un remblaiement a été réalisé en sable de dragage, pour atteindre un niveau de fond de forme de - 31 cm, par rapport au terrain naturel. Le matériau a subi un passage de compacteur à rouleaux, sans vibration, afin d’apporter une consistance suffisante. Mise en place du matériau La planche se divise en deux parties :

- une première partie constituée du mélange sédiments – sable formé naturellement sur le second dépôt,

- une deuxième partie, constituée de sable et des sédiments issus du dépôt initial. Les matériaux étaient répartis uniformément sur l’ensemble de la structure, à l’aide d’un bouteur, qui réglait la couche au niveau du terrain naturel. La réalisation de la seconde portion s’est déroulée de la manière suivante :

- mise en place d’une couche de sable de 28cm, - mise en place des sédiments, à l’état visqueux, voire fluide, en couche mince.

L’homogénéisation des matériaux était réalisée par un malaxeur épandeur (figure 82). Cet engin permet le malaxage en place de sols (figure 83), et l’épandage des liants hydrauliques, aux dosages souhaités, pour les traitements. Figure 82 : malaxeur - épandeur Figure 83 : homogénéisation de la matrice granulaire



Les observations visuelles des matériaux de la portion 1 et de la portion 2, révèlent une bonne efficacité de l’homogénéisation par la machine. Des prélèvements de matériaux sur les deux portions ont, alors, été réalisés, afin d’effectuer des essais Proctor modifiés en laboratoire, pour connaître les références de densité et la teneur en eau du matériau en place. Les résultats obtenus sont :

- une teneur en eau de 10,0%, une densité sèche de 1,93 g/cm3 et un IPI de 43, pour la première portion

- une teneur en eau de 5,8 %, une densité sèche de 1,77 g/cm3, et un IPI de 6, pour la seconde portion.

Le mélange est plus sableux pour la seconde portion, ce qui fausse le résultat de portance obtenu, car un sable, et en particulier de granulométrie serrée, ne donne pas de bons résultats de portance, malgré une tenue sur chantier, qui paraît correcte aux passages des engins. Traitements aux liants aériens Avant le traitement de la couche de matériaux, un compactage léger a été réalisé, afin de connaître l’épaisseur de matériau en place. Les mesures indiquaient une épaisseur de couche de 31 cm. En s’appuyant sur la formulation F2’, deux traitements ont été appliqués : 1.85 % de chaux et 5.55% de ciment. Les liants apportés sur chantier étaient identiques à ceux utilisés en laboratoire. Ces dosages correspondent à la mise en place de 10 kg/m² de chaux et de 30 kg/m² de ciment. Ces dosages ont été fixés pour les deux portions de la planche. Le traitement au ciment a été réalisé 16 heures après le traitement à la chaux, afin de permettre à la chaux d’agir sur le matériau. Afin d’homogénéiser le matériau traité, le malaxeur a réalisé cinq passes après le traitement à la chaux et huit, après le traitement au ciment, réparties, selon la figure 84, de la façon suivante :

- pour la chaux, les passes ont été réalisés selon le schéma A+A+A+B+B, - pour le ciment, le schéma était A+A+A+B+B+A+A+A.

Figure 84 : passages de malaxeur Largeur de la planche

A A A

B B



Après le traitement à la chaux, un passage de compacteur a été réalisé, sans vibration, pour protéger la structure d'éventuelles intempéries, pendant la période d’attente avant traitement au ciment. Après traitement au ciment et réglage de l’épaisseur de couche grâce au bouteur, cinq passes de compacteur vibrant V5, en mode vibrant petite amplitude, sur toute la surface, et 12+8 passes de compacteur à pneu (3t/roue), ont été réalisées afin d’obtenir les densités voulues.

Figure 85 : feuilletage La deuxième série de passes de compacteur à pneus a permis de supprimer en grande partie, l’effet de feuilletage apparu après la première série (figure 85). Des mesures au gammadensimètre, après passage du compacteur, ont été réalisées afin de vérifier le niveau de compactage et la teneur en eau sur site. Tableau 59 : masses volumiques apparentes au gammadensimètre

Référence mesure ρd (t/m3) % / réf. OPM w (%) 1 1,960 101,8 11,4 2 1,950 101,2 10,8 3 1,936 100,5 9,3

Portion 1

4 1,928 100,1 10,2 5 1,873 105,8 8,4 6 1,890 106,8 9,8 7 1,928 108,9 9,7 8 1,820 102,8 9,8 9 1,900 107,3 8,9

Portion 2

10 1,830 103,4 9,1 Les résultats présentés dans le tableau 59 indiquent des valeurs identiques, pour la portion 1, entre les essais en laboratoire et les mesures sur chantier. Les densités sèches de cette portion sont relativement élevées. Pour la portion 2, les densités sèches obtenues sont du même ordre de grandeur, alors que la mesure en laboratoire était plus faible. En comparant les teneurs en eau, on remarque que la teneur en eau en laboratoire est de 5.8%, alors que sur chantier la teneur en eau moyenne est de 9.3%. Notre référence laboratoire semble donc sur la partie gauche de la courbe Proctor du matériau de cette portion, dont l’optimum serait proche de la teneur en eau du matériau obtenue par les essais au gammadensimètre.



Protection de la couche Le tapis d’enrobé n’est posé qu’après un niveau de prise suffisant, pour les matériaux traités aux liants hydrauliques, correspondant à une résistance à la compression de 1 MPa. Dans notre cas, le choix s’est porté sur un temps d’attente de 14 jours. Pendant cette période, la couche d’assise a été protégée des intempéries par une couche d’émulsion gravillonnée pour créer un film étanche (figure 86).

Figure 86 : enduit gravillonné

Premiers résultats d’analyses La proportion d’éléments inférieurs à 80µm, dans le sable de dragage, peut être considérée inexistante, tandis que la proportion d’éléments inférieurs à 80 µm dans les sédiments est de 63%. Les analyses granulométriques réalisées sur les prélèvements des deux types de matériaux de la planche, ont permis d’estimer la proportion de sédiments, en équivalent sec, entre 11 et 20,7 % pour la première portion. Cette valeur a été obtenue sur une prise d’échantillon humide d’environ 600 g. Les teneurs en eau des sédiments ont posé problème, car les proportions de sédiments qu’il était possible de mettre en place, étaient conditionnées par ce facteur. Ainsi, l’analyse granulométrique évoquée ci-dessus, réalisée sur le matériau, avant sa mise en place sur le fond de chaussée, avait permis de déceler un manque de sédiments. Aucun ajout supplémentaire de sédiments n’a été réalisé sur la portion 1 afin d’éviter d’augmenter la teneur en eau, ce qui aurait pu être préjudiciable pour la réalisation et les résistances à long terme de la couche d’assise. La réalisation de cette planche a donc permis de valider, sur le plan de la faisabilité chantier, la méthodologie élaborée en laboratoire. Cependant, la phase de préparation reste à optimiser afin de pouvoir mettre en place une plus grande proportion de sédiments. Essai en colonne de décantation sur le mélange sédiments – sable de dragage Afin d’améliorer le drainage et d’atteindre des teneurs en eau plus faible, un mélange sédiments - sable de dragage, selon les proportions des formulations F2 et F2’ a été testé en colonne de décantation pour en évaluer l’efficacité de la solution. Les paramètres du matériau étudié sont donc :

- une proportion de 35 % de sédiments secs, référencés D1,



3,5 mois après la mise en dépôt

020406080

100120140160180200

0 20 40 60 80 100w (%)

prof

onde

ur (c

m)

hauteur initiale

hauteur finale

perte de 62 cm

0102030405060708090

100

0 20 40 60 80 100 120temps (jour)

tene

ur e

n ea

u (%

)

- une proportion de 65 % de sable de dragage sec, identique à celui utilisé pour les formulations,

- une teneur en eau du matériau, après homogénéisation de 91%, - une hauteur de matériau de 191 cm.

La figure 87 présente l’évolution de la teneur en eau pendant 3 mois et demi, et la figure 88, l’évolution de la teneur au bout des trois mois et demi, à différentes profondeurs de colonne.

Figure 87 : évolution de la teneur en eau dans le temps

Figure 88 : évolution de la teneur en eau en fonction de la profondeur à 3.5 mois

Les teneurs en eau, déterminées au bout de 3,5 mois, à différentes profondeurs de la colonne permettent de calculer une teneur en eau globale du matériau : w = ∑ ∑ViViwi /* avec wi, la teneur en eau pour chaque couche prélevée, Vi, le volume de la couche i prélevée, calculée, grâce à la masse de matériau humide

récupérée, et la teneur en eau correspondante. La valeur obtenue est égale à 52 %. L’eau de surface a été conservée pendant toute la durée de l’essai, d’où une teneur en eau en surface, égale à 83%, restée très proche de la valeur initiale.



En ne prenant pas en compte cette valeur, la teneur en eau varie de 36 à 62 % sur une hauteur de 117 cm. On remarque aussi que la teneur en eau, après mise en place dans la colonne, diminue de 20% en 11 jours, puis de 15% en 30 jours, pour ne perdre ensuite que 4% en 28 jours, puis encore 4% mais en 36 jours. Ces valeurs indiquent un début de stabilisation de la teneur en eau à 41 jours. Au bout de 41 jours, la teneur en eau est de 57%, ce qui reste élevé pour la valorisation. En effet, avec ce mélange, la teneur en eau souhaitée doit se situer entre 12 et 14%. Cette solution est peu satisfaisante sur le plan de la réduction de teneur en eau, mais reste intéressante dans une démarche de valorisation, car le mélange granulaire pour l’élaboration du matériau routier serait déjà réalisé. La planche expérimentale a permis de valider une démarche méthodologique, qui reste à optimiser sur le plan de la préparation des sédiments avant mélange. La faisabilité chantier est possible, même dans des conditions difficiles, avec des teneurs en eau encore relativement élevées. La perspective d’étude de cette planche consiste au suivi des résistances mécaniques et de l’impact environnemental, essentiels à la validation de la méthodologie générale de valorisation envisagée.

2.2.6. Valorisation en coulis de comblement de réseaux

Cette étude porte sur la réutilisation possible des sédiments de dragage en tant que matériau de construction, pour le comblement d’anciennes galeries ou bien également pour le remblaiement des vides et de tranchées… L’objectif principal consiste à l’étude de formulation de coulis de boue pour le comblement de réseaux. Il s’agit plus exactement d’optimiser des formulations présentant des bonnes caractéristiques à l’état frais et durci afin d’assurer un parfait remplissage des réseaux. Ces travaux de recherche sont réalisés sur des boues faiblement polluées issues du port de Gravelines et s’inscrivent dans le cadre du projet régional PREDIS.

2.2.6.1. Prélèvement et stockage des boues

L’étude expérimentale a été réalisée sur des boues de dragage provenant du port de Gravelines. Le prélèvement a été effectué en juillet 2004 dans la zone B du chenal du Grand Fort Philippe (Figure 89). Ces boues ont été placées directement et conservées dans des fûts (≈ 60 litres) étanches et hermétiques.



Chenal

Zone de prélèvement

Figure 89 : Chenal du Grand Fort Philippe – Zone B – Port de Gravelines En l’absence de moyens de dragage mécaniques sur le site, le prélèvement a été effectué manuellement sur un rayon d’action maximum de 10 mètres. Pour chaque point de prélèvement, la couche supérieure, d’une épaisseur de 0,1 m, a été enlevée afin d’accéder à une boue plus ou moins homogène, la profondeur de prélèvement étant approximativement de l’ordre de 0,5 m. Avant l’étape de formulation proprement dite, des essais de caractérisation géotechniques ont été menés sur des échantillons de boues représentatifs prélevés dans différents fûts. Ces essais ont été réalisés au LAMTI de l’Université d’Artois ainsi qu’au département de Génie Civil de l’Ecole des Mines de Douai.

2.2.6.2. Caractérisation géotechnique

L’étude géotechnique consiste à déterminer un ensemble de propriétés physiques et mécaniques des sédiments de dragage. Les différents essais de caractérisation réalisés, ainsi que les résultats obtenus sont donnés ci-après.

Analyse granulométrique L’analyse granulométrique constitue un premier mode d’identification des sédiments. Son objectif est de déterminer les dimensions des particules ainsi que le pourcentage de chaque fraction composant le matériau (sable, limon et argile). L’analyse granulométrique a été réalisée par tamisage par voie humide (XP P 94-041) sur la fraction supérieure à 80µm et par granulométrie laser sur la fraction inférieure à 80 µm. La courbe granulométrique représentée sur la Figure 90 correspond à l’analyse d’un échantillon de boue. D’après ces résultats, les boues ont un caractère extrêmement fin (73 % d’éléments inférieurs à 80 µm).



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10

Diamètre des particules (mm)

Tam

isat

s cum

ulés

(%)

Figure 90 : Courbe granulométrique de la boue étudiée D’autre part, on peut remarquer (Tableau 60) que ces boues sont composées majoritairement de fraction limoneuse (61,5 %) et sont pauvres en éléments argileux (5,5 %). Tableau 60 : Composition granulométrique de la boue étudiée

Fraction (%) Teneur en fines (< 80 µm) 73 Fraction argileuse (< 2 µm) 5,5 Fraction silteuse (2 à 63 µm) 61,5 Fraction sableuse (> 63 µm) 33

Teneur en eau initiale Les mesures de la teneur en eau initiale pour chaque essai ont été réalisées par séchage d’échantillons à 105 °C à l’étuve pendant 24 heures conformément à la norme NF P 94-050. Par définition, la teneur en eau (W) est le rapport entre la masse d’eau et la masse sèche des particules solides d’un échantillon qui est exprimée par la relation suivante :

100sècheMasse

eaud'Masse(%)W ×= (Equation 2)

Les teneurs en eau mesurées des boues sont comprises entre 107 et 136 %. Cette différence des teneurs en eau d’un échantillon à un autre est due aux prélèvements réalisés. Toutefois, la teneur en eau initiale moyenne des boues est de l’ordre de 121 %. Cependant, malgré la forte teneur en eau, les boues ont un aspect très visqueux.



Limites d’Atterberg La détermination des limites d’Atterberg a été effectuée conformément à la norme NF P 94-051 sur des échantillons de boue. Les résultats des mesures sont donnés dans le Tableau 61. D’après ces résultats, les boues étudiées se trouvent bien dans le domaine liquide puisque leur teneur eau initiale est de l’ordre de 120 %. Elles possèdent également un domaine plastique important puisque leur indice de plasticité est de 57 %. Tableau 61 : Limites d’Atterberg des boues étudiées

Boue étudiée WL (%) 91 WP (%) 33,9 IP (%) 57,1

En se basant sur la classification GTR (1992), la valeur de l’indice de plasticité IP obtenue permet de situer ces boues dans la classe A4 désignant des argiles de forte plasticité. Argilosité (Essai à la tache) L’argilosité des boues a été déterminée par l’essai à la tache au bleu de méthylène selon la norme NF P 94-068. Les résultats, présentés dans le Tableau 62, donnent des valeurs au bleu VB très voisines avec une moyenne de l’ordre de 2,72 g/100 g. En se basant sur ces valeurs, on peut en déduire que les boues étudiées présentent une fraction fine relativement active. Tableau 62 : Valeurs au bleu de méthylène des boues étudiées

Nombre d’échantillons

Valeurs extrêmes au VB (g/100 g de boue)

VB moyen (g/100 g de boue)

3 [2,52 ; 2,82] 2,72

Masses volumiques apparente et absolue La masse volumique apparente a été mesurée par pesée d’un litre de boue. Les résultats donnent des valeurs moyennes de 1,33 g/cm3. La mesure de la masse volumique absolue des particules solides a été effectuée à l’aide d’un appareil utilisant de l’hélium au département de Génie Civil de l’Ecole des Mines de Douai. Les valeurs des masses volumiques absolues obtenues sont de l’ordre de 2,50 g/cm3.

2.2.6.3. Formulation

L’objectif de cette étude est d’optimiser la formulation de coulis de boue (mélange boue-ciment) pour le comblement de réseaux d’assainissement désaffectés.



Les paramètres étudiés pour l’optimisation de ces formulations sont principalement : La rhéologie, Les propriétés mécaniques.

Les recommandations spécifiées dans le cadre des coulis de ciment [CIP, 1999 ; PTI, 2003] ont été suivies en ce qui concerne l’étude des propriétés à l’état frais des coulis. De plus, elles ont été adaptées à ces coulis de boue. Concernant la rhéologie, l’objectif est d’obtenir un coulis pompable et stable :

Une bonne fluidité avec : • Un temps d’écoulement au cône de Marsh de 11 à 25 s, • Un diamètre d’étalement au mini cône d’affaissement de 35 cm ± 5 cm.

Une bonne stabilité avec un ressuage statique inférieur à 2 %. Au niveau des propriétés mécaniques, ces coulis n’ayant comme fonction principale que le remplissage, ne nécessitent donc pas de faibles résistances (fc < 1 MPa). Afin d’apprécier le bon comblement des réseaux, les variations dimensionnelles (retrait et gonflement) ont été suivies. Préparation des coulis de boue L’objectif de l’étude est de formuler un coulis essentiellement à base de boue. Afin d’obtenir une prise mécanique, le choix s’est porté sur le rajout d’un ciment en faible proportion. Ainsi, la composition type du mélange est la suivante :

Boue humide, 22 % de ciment rapporté à la masse sèche, ce qui correspond environ à un dosage de

10 % par rapport à la masse humide de la boue, Eau de rajout.

Ne connaissant pas le comportement du matériau, la première étude a porté sur l’effet du temps de malaxage sur la fluidité des coulis de boue (temps d’écoulement et diamètre d’étalement). Pour cela, plusieurs temps de malaxage total ont été testés, à savoir : 5, 7 et 10 minutes. Les teneurs en eau initiales des boues mesurées sont variables en fonction des fûts utilisés, mais globalement de l’ordre de 120 %. Les coulis de boue ont été humidifiés à hauteur de 180, 190 et 200 %, ce qui a permis d’étudier l’influence du temps de malaxage sur la fluidité à différentes teneurs en eau finales. Les Figures 91 et 92 montrent l’effet du temps de malaxage, respectivement sur le temps d’écoulement et le diamètre d’étalement des coulis de boue.



23.74

16.83

11.810.29 10.2

0

5

10

15

20

25

5 min 7 min 10 min

Te mps de malaxage

Tem

ps d

'éco

ulem

ent

(s)

180% 190% 200%

Blocage pour 180 et 190%

Blocage pour 180 et 190%

Figure 91 : Effet du temps de malaxage sur le temps d’écoulement des coulis de boue

27 27

33

27,5 27,5

3540 41 42

0

10

20

30

40

50

5 min 7 min 10 min

Temps de malaxage

Dia

mèt

re d

'éta

lem

ent (

cm)

180% 190% 200%

Figure 92 : Effet du temps de malaxage sur le diamètre d’étalement des coulis de boue Sur la Figure 91, on voit qu’il y a blocage pour des teneurs en eau de 180 % et 190 % à 5 et 7 minutes de malaxage, ce qui n’est pas le cas pour un malaxage de 10 minutes où les temps d’écoulement, de 10 à 24 s, correspondent globalement aux gammes recherchées. Cependant, pour le coulis de boue humidifié à 200 %, on note une influence minime voir négligeable du temps de malaxage sur le temps d’écoulement. De même, sur la Figure 92, le diamètre d’étalement est un peu faible pour des teneurs en eau de 180 % et 190 % à 5 et 7 minutes de malaxage (≈ 27 cm), alors que pour un temps de malaxage de10 minutes, les diamètres d’étalement des différentes teneurs en eau étudiées ont des ordres de grandeurs recherchées soit de 33 à 42 cm. On constate donc que le temps de malaxage a une influence non négligeable sur la fluidité des coulis de boue. En effet, le cisaillement provoqué par le malaxage permet de défloculer les particules en rompant leurs liaisons attractives dues aux matières organiques et diminuant ainsi la viscosité du mélange, ce qui se traduit par une augmentation de la fluidité. Par ailleurs, l’eau piégée entre les particules agglomérées est aussi libérée par le malaxage, la



rendant disponible pour fluidifier le mélange. Ces phénomènes sont d’autant plus importants lorsque le temps de malaxage augmente. Pour la suite de l’étude, la préparation des coulis de boue s’effectuera donc avec un temps de malaxage total de 10 minutes, qui semble le plus adéquat puisqu’il permet d’obtenir les caractéristiques de fluidité recherchées. Ainsi, le protocole employé pour la préparation des mélanges boue-ciment est présenté. La préparation des coulis de boue a été réalisée selon la procédure de malaxage suivante :

homogénéisation de la boue en l’état (prélèvement des fûts avec mesure de la teneur en eau initiale) dans un malaxeur pour pâte et mortier, muni d’une cuve de 10 litres. La durée de cette homogénéisation est d’une minute à une vitesse lente de 140 tr/min,

ajout progressif de la quantité totale du ciment pendant une minute, arrêt du malaxage et raclage des parois et du fond de la cuve. Reprise du malaxage

pendant une minute afin d’obtenir un mélange homogène, ajout de l’eau et malaxage durant le temps restant à une vitesse rapide de 285 tr/min.

Enfin, le ciment utilisé dans le cadre de cette étude est un ciment portland de type CEM I 42.5 R HSR LA. C’est un ciment à haute résistance chimique possédant une bonne résistance à l’agression des sulfates et présentant des résistances mécaniques élevées à court et long terme. Il est employé pour les applications en milieux agressifs telles que : eau de mer, eaux industrielles, eaux usées et les ouvrages agricoles. Ce ciment est commercialisé sous le nom de CIBELCOR par la Compagnie des Ciments Belges (CCB) du groupe Italcementi. Protocole d’essais Le protocole d’essais utilisé à la suite du malaxage est le suivant :

• Mesure de la fluidité au cône de Marsh • Mesure de l’étalement au mini cône • Mesure du ressuage statique • Mesure des grandeurs rhéologiques au viscosimètre • Mesure du temps de début de prise • Confection d’éprouvettes pour essais mécaniques et essais de retrait.

Ces essais sont décrit en Annexe 2-5. Ils vont permettre de visualiser l’influence de la teneur en eau sur les propriétés des coulis, puis de déterminer la formulation optimale. Enfin, les propriétés de gonflement et de retrait de cette dernière seront étudiés Effet de la teneur en eau sur les propriétés des coulis L’étude d’optimisation de la formulation de coulis de boue est basée essentiellement sur l’effet de la teneur en eau sur les propriétés des coulis de boue à l’état frais. Les boues utilisées ont des teneurs en eau initiales avoisinant en moyenne 120 %. Une étude préliminaire a permis de montrer que la teneur initiale en eau n’avait pas d’influence sur les propriétés des coulis, après ajustement à la teneur en eau voulue. La gamme de fluidité a été balayée à partir d’une formulation dite ferme à 160 %, jusqu’à une formulation fluide à 220 %. Les différentes caractéristiques à l’état frais et durci étudiées sont présentées ci-après.



A. Effet sur la fluidité La Figure 93 représente l’évolution du temps d’écoulement et du diamètre d’étalement en fonction de la teneur en eau.

Figure 93 : Effet de la teneur en eau sur le temps d’écoulement et le diamètre d’étalement des coulis de boue Les temps d’écoulement (TE) diminuent avec l’augmentation de la teneur en eau et on voit qu'à partir de 200 %, cette influence s’atténue. D'ailleurs, on tend vers un TE proche de celui d’un fluide composé uniquement d’eau et qui correspond à un temps de 6 s. D’autre part, le diamètre d’étalement (DE) tend à augmenter avec la teneur en eau et l'on voit également qu’à partir de 200 %, la fluidité commence à être très importante. Sur la même figure, ont également été représentées pour les deux grandeurs (TE et DE) les caractéristiques recherchées, qui permettent de commencer à mieux situer la formulation optimale recherchée. Ainsi, la première tendance qui se dégage est que la fluidité est acceptable à partir de 180 % jusqu’à 200 %. B. Effet sur les propriétés rhéologiques Des essais rhéologiques ont été réalisés à l'aide du viscosimètre décrit en Annexe 2-5. La Figure 94 est un exemple de rhéogramme d’un coulis de boue à une teneur en eau de 200 %, qui représente l’évolution de la contrainte de cisaillement en fonction du taux de cisaillement. On peut remarquer que le comportement d'un coulis de boue est de type pseudo-plastique, selon une loi de type puissance. Ce comportement se rapproche d'ailleurs de celui qu'on peut trouver pour les coulis de ciment [Yahia, 1997 ; Mnif, 1997 ; Khayat et Yahia, 1997 et 1998].

Effet de Wf sur le temps d'écoulement et le diamètre d'étalement des

coulis de boues

0

5

10

15

20

25

30

150 160 170 180 190 200 210 220 230

Teneur en eau Wf (%)

T.E

(s)

0

10

20

30

40

50

60

D.E

(cm

)

T.E (s)D.E (cm)



y = 16,737x0,1831

R2 = 0,99

0

10

20

30

40

50

60

70

0 200 400 600 800 1000 1200

Taux de cisaillement (s-1)

Con

trai

te d

e ci

saill

emen

t (Pa

)

Figure 94 : Rhéogramme d’un coulis de boue à W = 200 % La figure 95 représente l’évolution de la viscosité apparente en fonction du taux de cisaillement du même coulis (W = 200 %). On voit que la viscosité apparente diminue grandement en fonction du taux de cisaillement. Cette diminution est due à la rupture progressive des liaisons de friction entre les particules. Ce comportement implique que ces coulis de boue semblent être pompables.

R2 = 0,999

0

1

2

3

4

5

0 200 400 600 800 1000 1200Taux de cisaillement (s-1)

Visc

osité

app

aren

te (P

a.s)

Figure 95 : Evolution de la viscosité apparente en fonction du taux de cisaillement d’un coulis de boue à W = 200 % Les Figure 96 et Figure 97 représentent l’évolution du seuil de cisaillement et de la viscosité apparente en fonction de la teneur en eau. On voit que l’augmentation de la teneur en eau entraîne, d’une part, une baisse du seuil de cisaillement et, d’autre part, une diminution de la viscosité apparente que ce soit à faible ou à grand taux de cisaillement. On pu remarquer que pour des teneurs en eau supérieure à 200 %, on se rapproche des valeurs rencontrées pour les coulis de ciment.



0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

150 160 170 180 190 200 210 220 230


Seui

l de

cisa

illem

ent-T

au (P

a)

Figure 96 : Effet de la teneur eau sur le seuil de cisaillement des coulis de boue

0

2

4

6

150 160 170 180 190 200 210 220 230


Visc

osité

app

aren

te à

5.1

s-

1 (P

a.s-

1)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Visc

osité

app

aren

te à

102

0 s-

1 (P

a.s-

1)

5.1 (s-1)1020 (s-1)

Figure 97 : Effet de la teneur eau sur la viscosité apparente des coulis de boue à faible et grand taux de cisaillement C. Effet sur le ressuage statique Une autre caractéristique étudiée concerne la stabilité des coulis de boue vis-à-vis du ressuage statique. La Figure 98 représente l’évolution du ressuage statique à 5 et 24 heures en fonction de la teneur en eau. On voit qu’il n’y a pas de problème de ressuage jusqu’à 190 %, voire même jusqu’à 200 % puisque la totalité de l’eau ressuée est réabsorbée après 24 heures. En revanche, pour une teneur en eau de 220 %, le ressuage, qui est de l’ordre de 2 %, persiste même après 24 heures; ce qui n'est pas acceptable au niveau de ce critère.



5 hrs; 0

5 hrs; 0

5 hrs; 0

5 hrs; 1.02

5 hrs; 2.04

24 hrs; 0

24 hrs; 0

24 hrs; 0

24 hrs; 2.04

24 hrs; 0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

160

180

190

200

220

Tene

ur e

n ea

u W

f (%

)

Ressuage (%)

24 hrs5 hrs

Figure 98 : Effet de la teneur en eau sur le ressuage statique des coulis de boue D. Effet sur le temps de prise Les temps de prise ont également été étudiés. Ils ont été déterminés à l’aide de l’appareil de Vicat. La Figure 99 représente l’évolution du temps de début de prise, exprimé en heures, en fonction de la teneur en eau. Sur la même figure, le temps de début de prise est également donné pour des teneurs en eau allant de 100 % jusqu’à 130 %, qui correspondent à des boues essorées.

20 2124

29

46

55

66

0

10

20

30

40

50

60

70

100 110 120 130 180 190 200Teneur en eau Wf (%)

Tem

ps d

e dé

but d

e pr

ise

(heu

res)

Figure 99 : Effet de la teneur en eau sur le temps de début de prise des coulis de boue Ces temps de prise sont importants et cela d’autant plus que la teneur en eau augmente. Ceci est dû à la grande teneur en eau, au faible dosage en ciment (10 %) mais aussi à la présence des sulfates qui perturbent l’hydratation du ciment, retardant ainsi sa prise. Malgré tout, ces temps de prise importants ne sont pas incompatibles avec une valorisation des boues pour le comblement de réseaux.



E. Effet sur la résistance à la compression Globalement, les résistances à la compression à 28 jours des coulis de boue sont très faibles et avoisinent 0,5 MPa. Les faibles valeurs des résistances sont dues au faible dosage en ciment et aux grandes teneurs en eau. Toutefois, ces valeurs restent acceptables par rapport, d’une part, aux critères recherchés et, d’autre part, à l’application envisagée pour cette étude (comblement de réseaux). F. Maintien de la fluidité des coulis de boue dans le temps L’étude du maintien de la fluidité dans le temps à été réalisé sur deux coulis, l’un humidifié à 190 % et l’autre à 200 %. Pour les deux coulis, l’étude du maintien de la fluidité a été suivie jusqu’à 2 heures de temps après contact Boue-Ciment.

Coulis de boue à 190 % : Au niveau du TE (temps d'écoulement) (Figure 100), à t = 0, on retrouve les résultats déjà présentés et à t = 2 h. L'écoulement se bloque à partir de 400 mL, ce qui pose évidemment des problèmes.

R2 = 0,994

R2 = 0,956

0

10

20

30

40

50

60

0 200 400 600 800 1000 1200Volume de coulis (ml)

Tem

ps d

'éco

ulem

ent (

s)

à t = 0 heure

à t = 2 heures

Figure 100 : Evolution du TE au cours du temps de coulis de boue à W = 190 % On peut également le vérifier sur le DE (Figure 101) qui passe de 34 à 30 cm, ce qui correspond à une perte de fluidité importante.



à t = 0 heure; 34à t = 2 hrs; 30

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Dia

mèt

re d

'éta

lem

ent (

cm)

Figure 101 : Evolution du DE (diamètre d'étalement) au cours du temps de coulis de boue à W = 190 %

Coulis de boue à 200 % :

Sur la Figure 102, on peut voir que le TE passe de 12 à 16 s à t = 2 h. Cette baisse de 4 secondes est acceptable d’autant plus qu’elle reste dans la gamme recherchée.

R2 = 0,995

R2 = 0,994

02468

1012141618

0 200 400 600 800 1000 1200Volume de coulis (ml)

Tem

ps d

'éco

ulem

ent (

s) à t = 0 heure

à t = 2 heures

Figure 102 : Evolution du TE au cours du temps de coulis de boue à W = 200 % On peut également voir une légère diminution du DE (Figure 103) qui passe de 40,5 à 39 cm à 2 heures. On peut donc dire que le coulis de boue à 200 % présente un bon maintien de la fluidité dans le temps.



à t = 0 h; 40,5 à t = 2 hrs; 39

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Dia

mèt

re d

'éta

lem

ent (

cm)

Figure 103 : Evolution du DE au cours du temps de coulis de boue à W = 200 % Choix de la formulation optimale D’après l’ensemble des résultats rhéologiques et des résistances mécaniques, la formulation de coulis de boue étudiée qui répond au mieux aux critères recherchés est celle qui a une teneur en eau égale à 200 %. L’optimisation de la formulation comprend également l’étude des variations dimensionnelles afin d’assurer un bon remplissage des réseaux. Retrait et gonflement de la formulation optimale Le suivi de l’évolution du retrait et du gonflement sur des éprouvettes de coulis de boue conservées à l’air libre et isolées du milieu extérieur a été réalisé, et ce à différentes échéances : 7, 14, 21, 28, 35 et 56 jours. Les résultats sont représentés sur la Figure 104.

-130

-110

-90

-70

-50

-30

-10

10

0 7 14 21 28 35 42 49 56

Age en jours

Ret

rait

et g

onfle

men

t dh/

h0 (‰

)

à l'air libre

isolées

Figure 104 : Evolution du retrait et du gonflement des éprouvettes stockées à l'air libre et isolées (W = 200 %) On voit que les éprouvettes isolées subissent un très léger gonflement qui s’atténue à partir de 28 jours. Comme il n’y a aucun échange avec le milieu extérieur, donc pas de séchage, ces éprouvettes ne montrent aucun signe de retrait. En revanche, les éprouvettes stockées à l’air



libre subissent un retrait considérable et qui tend à se stabiliser à partir de 28 jours. Ce retrait est dû principalement au départ par séchage d’une grande quantité d’eau. Ceci était prévisible puisque le coulis étudié possède une teneur en eau très élevée (200 %). Concernant le cas du comblement de réseaux, ont peut considérer le milieu comme étant quasi isolé. La formulation proposée semble donc convenir pour assurer un bon remplissage. Afin de compléter l’étude de la formulation, des essais de durabilité (perméabilité à l’air et à l’eau) sont en cours.

2.2.6.4. Etude de l’apport de l’adjuvantation

L’effet d’une adjuvantation sur les coulis de boue de Gravelines a également été effectué. Le but de cette étude est de vérifier si l’ajout d’adjuvant permet de réduire d’une manière significative la quantité d’eau finale tout en maintenant une fluidité acceptable. Tout d’abord, un bref rappel sur les adjuvants réducteurs d’eau est présenté. Les adjuvants réducteurs d’eau employés couramment dans le domaine du béton sont les plastifiants et les superplastifiants. Ils sont utilisés pour trois raisons essentielles : • Augmenter la maniabilité du mélange pour un même rapport E/C, • Diminuer le rapport E/C pour une même ouvrabilité, • Un effet combiné, à savoir diminution du rapport E/C tout en augmentant l’ouvrabilité du

mélange. Les plastifiants et superplastifiants sont des réducteurs d’eau qui, par leur effet dispersant, permettent de défloculer les grains fin en suspension dans l’eau [Aïtcin et Baron, 1996]. Cette meilleure dispersion des grains se traduit par une diminution de la quantité d’eau de gâchage nécessaire à l’obtention d’une fluidité donnée du mélange. Dans le cadre de cette étude, l’effet du type d’adjuvant puis du dosage en adjuvant sur le pouvoir de réduction d’eau des coulis de boue a été étudié, tout en gardant une fluidité acceptable répondant aux caractéristiques recherchées. Effet du type d’adjuvant Pour cette étude, deux types d’adjuvants ont été utilisés, à savoir : plastifiant (PL) et superplastifiant (SP). Le SP est à base de polycarboxylate et commercialisé sous le nom Cimfluid Adagio 2019. Les deux plastifiants sont à base de lignosulfonate et commercialisés sous les noms de Cimplast 402 et Plastiment 22 S (Tableau 63). Tableau 63 : Diamètre d’étalement obtenu pour différents types d’adjuvants

Type d’adjuvant Nom commercial

Dosage (% extrait sec/Ciment+boue sèche)

Wfinale (%) D.E (cm)

Superplastifiant (SP) Cimfluid Adagio 2019 0.6 32

Cimplast 402 0.8 28.5 Plastifiant (PL)

Plastiment 22 S 0.75

160

29



A noter que la teneur en eau a été fixée dans tous les cas à 160%, l’objectif étant de diminuer au maximum cette teneur en eau. On peut rappeler que la composition optimale des coulis de boue a été obtenue pour une teneur en eau de 200%. Comme le montre le Tableau 63, les dosages utilisés pour les différents adjuvants se situent autour de 0.7%. On constate que pour ces dosages, les diamètres d’étalement obtenus restent faibles et se situent à la limite inférieure des caractéristiques de fluidité recherchées. D’autre part, les dosages en adjuvants employés restent importants (sachant qu’ils sont exprimés en pourcentage d’extrait sec par rapport à la masse du ciment+boue sèche). Ainsi, les trois adjuvants utilisés présentent des efficacités semblables et limitées puisque, d’une part, leur dosage est presque identique (autour de 0.7%) et, d’autre part, les diamètres d’étalement obtenus sont faibles et assez proches. Suite à ces premiers résultats, il a été décidé d’augmenter la teneur en eau jusqu’à 170% et de déterminer le dosage optimal en adjuvant afin d’assurer une fluidité acceptable et semblable à celle du coulis de boue à Wf = 200%. Effet du dosage en plastifiant Plastiment 22 S L’effet du dosage en plastifiant (Plastiment 22 S) sur la fluidité du coulis de boue a été étudié à une teneur en eau de 170%. Il s’agit également de voir si le dosage en plastifiant reste faible pour l’obtention d’un coulis de boue présentant une fluidité similaire à celle du coulis de boue optimisé (Wf = 200%). La Figure 105 représente l’évolution du temps d’écoulement (T.E) et du diamètre d’étalement (D.E) en fonction du dosage en plastifiant du coulis de boue à Wf = 170%.

0

5

10

15

20

25

30

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Dosage en SP (%)

T.E

(s)

25

30

35

40

45D

.E (s

)T.E (s) D.E (cm)

Figure 105 : Effet du dosage en plastifiant sur le T.E et le D.E du coulis de boue à Wf = 170% Le temps d’écoulement (T.E) diminue avec l’augmentation du dosage en plastifiant. Celui-ci passe de 21.7 s pour un dosage de 0.6% à 13.6 s pour un dosage de 1.2%. Par ailleurs, le diamètre d’étalement (D.E) augmente avec le dosage en plastifiant, et passe de 32 cm à 37 cm. On constate que pour un dosage en plastifiant égal à 1.2%, la fluidité obtenue est pratiquement la même que celle du coulis de boue optimisé (Wf = 200%).



Comparaison des propriétés à l’état frais Le Tableau 64 ci-dessous donne les propriétés à l’état frais du coulis de boue adjuvanté (Wf = 170%) et non adjuvanté (Wf = 200%) ainsi que les caractéristiques recherchées posées en début d’étude. Tableau 64 : Comparaison des propriétés à l’état frais des coulis de boue à Wf = 170% Wf = 200%

Teneur en eau finale Wf (%) des coulis de boue

170 (+ 1.2% en Plastifiant 22 S) 200

à t = 0 h à t = 2 hrs à t = 0 h à t = 2 hrs

Caractéristiques recherchées

Temps d’écoulement (s) 13.6 19.4 12.2 16.3 Entre 11 et 25 s

Diamètre d’étalement (cm) 37 34.5 40.5 39 35 ± 5 cm

à t = 4 heures 0.5 1.0 < 2% Ressuage statique (%) à t =24 heures 0 0 0 %

Temps du début de prise (heures) 133 70 ---

D’après ce tableau, le coulis de boue adjuvanté (Wf = 170%) présente une fluidité initiale acceptable et proche de celle du coulis de boue non adjuvanté (Wf = 200%). Il présente aussi un bon maintien de la fluidité dans le temps puisque à t = 2 heures, la perte de fluidité reste faible. Le coulis de boue adjuvanté montre une bonne stabilité vis-à-vis du ressuage statique. En ce qui concerne la prise, le coulis de boue non adjuvanté accuse un temps de début de prise très important, pratiquement le double de celui du coulis non adjuvanté (Wf = 200%). Globalement, les propriétés du coulis de boue adjuvanté (Wf = 170%) sont acceptables et répondent bien aux caractéristiques recherchées. Comparaison à l’état durci Une comparaison à l’état durci a été également réalisée sur le retrait et le gonflement. La Figure 106 représente l’évolution du retrait et du gonflement du coulis de boue adjuvanté (Wf = 170%) et non adjuvanté (Wf = 200%) sur des éprouvettes stockées à l’air libre et complètement isolées.



Evolution du retrait et gonflement des coulis de boue avec et sans Plastifiant stockés à l'air libre et isolés

-130

-110

-90

-70

-50

-30

-10

10

0 7 14 21 28 35 42 49 56

Age en jours

Retra

it et

gon

flem

ent d

h/h0

(‰)

A l'air: sans Plas

A l'air: avec Plas

Isolées: sans PlasIsolées: avec Plas

Figure 106 : Evolution du retrait et du gonflement des coulis de boue avec et sans plastifiant stockés l’air libre et isolés D’après la Figure 106, le coulis de boue adjuvanté (Wf = 170%) ne présente aucun retrait mais un léger gonflement est observé comme pour le cas du coulis de boue non adjuvanté (Wf = 200%). En ce qui concerne les éprouvettes stockées à l’air libre, le coulis de boue adjuvanté accuse un retrait très important, pratiquement identique à celui du coulis de boue non adjuvanté (Wf = 200%). Ainsi, l’utilisation d’adjuvant n’apporte aucune amélioration du retrait. Conclusion sur l’adjuvantation Il est nécessaire d’employer un fort dosage en adjuvant (1.2%) pour atteindre des fluidités acceptables et similaires au coulis de boue optimisé (Wf = 200%), et ce uniquement pour faire baisser la teneur en eau de 200% à 170%. On peut avancer l’hypothèse que les minéraux des argiles, des phyllosilicates, ainsi qu'éventuellement les matières organiques, neutralisent l'efficacité des superplastifiants qui sont fixés sur les feuillets des argiles. On peut cependant en conclure que l’utilisation d’adjuvant présente un pouvoir de réduction d’eau très limitée d’autant plus que les dosages utilisés doivent être très importants : leur utilisation n’est donc pas justifiée.

2.2.6.5. Synthèse sur la partie des boues de Gravelines

L’étude réalisée sur les boues issues du port de Gravelines a permis :

D’optimiser la formulation de coulis de boue avec :

• Une rhéologie qui répond aux critères de pompabilité, • Une stabilité satisfaisante, • Une faible variation dimensionnelle en milieu isolé.



De mettre en évidence que l’ajout d’adjuvant n’améliore par significativement la formulation.

La même méthodologie de formulation va être appliquée sur les boues de Dunkerque.

2.2.6.6. Formulation de coulis à base des boues de Dunkerque (D)

Après avoir optimisé la formulation de coulis à base des boues de Gravelines (G), l’optimisation d'une formulation de coulis à base des boues de Dunkerque (D) a été réalisée. Pour cela, il faut vérifier que la méthodologie de formulation développée peut être appliquée dans le cas des boues de Dunkerque pour le comblement de réseaux d’assainissement désaffectés. La démarche expérimentale utilisée pour l’optimisation de la formulation de coulis de boue de Dunkerque est identique à celle de Gravelines. Les paramètres d’études, les caractéristiques recherchées, le protocole de fabrication et les essais de caractérisation restent les mêmes que ceux adoptés précédemment. La composition type du mélange est la suivante :

• Boue humide • 22% de ciment par rapport à la masse sèche, ce qui correspond environ à un dosage de

10% par rapport à la masse humide de la boue. • Eau de rajout

De la même manière que pour Gravelines, l’étape d’optimisation de la formulation de coulis de boue de Dunkerque a été basée sur l‘étude de l’effet de la teneur en eau sur les propriétés à l’état frais et durci. A l’issue de cette étape et d’après les résultats obtenus, la formulation qui répond au mieux aux caractéristiques recherchées est celle qui possède une teneur en eau égale à 210%. Evolution des propriétés à l’état frais du coulis de boue optimisé Les Figures 107 et 108 représentent, respectivement, l’évolution à t = 0 heure et t = 2 heures du temps d’écoulement (TE) et du diamètre d’étalement (DE) du coulis de boue optimisé (Wf = 210%).



0

5

10

15

20

25

0 200 400 600 800 1000 1200

Volume de coulis (ml)

Tem

ps d

'éco

ulem

ent (

s) à t = 0 heure

à t = 2 heures 19 s

11 s

Figure 107 : Evolution du TE du coulis de boue à Wf = 210%

à t = 0 heure; 39 à t = 2 heures;

35

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Dia

mèt

re d

'éta

lem

ent (

cm)

Figure 108 : Evolution du DE du coulis de boue à Wf = 210% Comme le montre la Figure 107, le TE passe de 11 s à t = 0 h à 19 s à t = 2 h. Cette baisse est acceptable d’autant plus que la fluidité à t = 2 h reste dans la gamme recherchée. On peut également voir sur la Figure 108 une légère diminution de DE qui passe de 39 cm (à t = 0 h) à 35 cm (à t = 2 h). On peut donc dire que le coulis de boue à Wf = 210% présente un bon maintien de la fluidité dans le temps. Comportement rhéologique Les essais rhéologiques ont été réalisés à l’aide du viscosimètre à cylindres coaxiaux décrit précédemment. La Figure 109 représente l’évolution dans le temps des rhéogrammes de coulis de boue à Wf = 210%. On peut remarquer que le comportement du coulis est de type pseudo-plastique selon une loi de puissance. On peut également voir que les deux rhéogrammes sont presque confondus. Ceci montre une fois de plus le bon maintien de la fluidité dans le temps du coulis de boue à Wf = 210%.



0

10

20

30

40

50

60

70

0 200 400 600 800 1000 1200Taux de cisaillement (s-1)

Con

trai

te d

e ci

saill

emen

t (P

a)

à 0 heureà 2 heures

Figure 109 : Evolution dans le temps des rhéogrammes de coulis de boue à Wf = 210% La Figure 110 représente l’évolution de la viscosité apparente en fonction du taux de cisaillement du coulis de boue à t = 0 h et à t = 2 h. On voit que la viscosité apparente diminue grandement avec le taux de cisaillement. Par ailleurs, on remarque bien que les viscosités apparentes restent pratiquement les mêmes dans le temps et ce quel que soit le taux de cisaillement appliqué. Globalement, le comportement rhéologique du coulis des boues de Dunkerque est semblable à celui du coulis des boues de Gravelines et semble donc également être pompable.

0,01

0,1

1

10

1 100 10000Taux de cisaillement (s-1)

Visc

osité

app

aren

te (P

a.s)

à 0 heureà 2 heures

Figure 110 : Evolution dans le temps de la viscosité apparente du coulis de boue à Wf = 210% Comparaison du comportement à l’état frais et durci Le Tableau 65 regroupe les propriétés à l’état frais et durci des coulis de boue optimisés de Dunkerque et de Gravelines ainsi qu’un rappel des caractéristiques recherchées fixées en début d’étude.



Tableau 65 : Comparaison des propriétés à l’état frais et durci des coulis de boue de Dunkerque et de Gravelines

Teneur en eau finale Wf (%) des coulis de boue

Coulis de boue G Coulis de boue D

200 210

à t = 0 h à t = 2 hrs à t = 0 h à t = 2 hrs

Caractéristiques recherchées

Temps d’écoulement (s) 12.2 16.3 11.1 19.1 Entre 11 et 25 s

Diamètre d’étalement (cm) 40.5 39 39 35 35 ± 5 cm

à t = 4 heures 1.0 0.78 < 2% Ressuage statique (%) à t = 24 heures 0 0 0 % Temps du début de prise (heures) 70 84 ---

Retrait à 14 jrs (‰) isolés Inexistant Inexistant ---

Comme le montre le Tableau 65, le coulis de boue de Dunkerque présente une fluidité initiale acceptable et très proche de celle du coulis de boue de Gravelines. De même, les deux coulis présentent un bon maintien de la fluidité dans le temps. La stabilité vis-à-vis du ressuage statique est satisfaisante, puisque ce paramètre reste inférieur à 2% à t = 4 heures pour devenir quasiment nul après 24 heures. Concernant la prise, le coulis de boue de Dunkerque accuse un temps de début de prise supérieur à celui de Gravelines. Cette différence peut s’expliquer par le fait que la quantité d’eau du coulis de boue de Dunkerque est un peu plus élevée que celle du coulis de boue de Gravelines. Au niveau du retrait, ce dernier reste inexistant pour les deux coulis et ce pour les éprouvettes stockées dans un milieu complètement isolé. En conclusion, des formulations optimales des coulis à base des boues de Dunkerque et de Gravelines ont été développées dans le cas de l’application du comblement de réseaux.

2.2.6.7. Conclusions et perspectives

L’étude menée sur les sédiments de dragage a permis de développer des formulations de coulis de boue pour le comblement de réseaux d’assainissement désaffectés. Ce type d’application constitue une nouvelle solution pour l’élimination des sédiments de dragage et donc une nouvelle voie de valorisation sous forme de coulis. Cette étude a également permis de mettre en place une méthodologie de formulation de coulis applicable, quelle que soit l’origine et la nature de la boue (Dunkerque et Gravelines). Néanmoins, cette méthodologie reste valable uniquement dans le cadre de boues non contaminées, voire faiblement contaminées. Par ailleurs, une autre voie de valorisation des sédiments de dragage serait possible et qui concernerait l’utilisation de ces sédiments pour le remblayage de tranchées. La réalisation d’une planche expérimentale à l’échelle réelle paraît être la suite logique à ces travaux. Cette phase constitue un moyen de validation des formulations de coulis de boue optimisées. Cependant, il est très important, lors de la mise en œuvre des coulis de boue, de procéder à la vérification des points suivants :

• L’état de remplissage des réseaux, • La stabilité vis-à-vis du ressuage forcé,



• Le maintien de la fluidité dans le temps, • Le retrait.

Enfin, il serait intéressant de voir l’applicabilité de la méthodologie de formulation dans le cas des boues contaminées.

TTRROOIISSIIEEMMEE PPAARRTTIIEE

OOUUTTIILL DD’’AAIIDDEE AA LLAA DDEECCIISSIIOONN MMUULLTTIICCRRIITTEERREE





Partie III Outil d’aide à la décision multicritère


153

3. OUTIL D’AIDE A LA DECISION MULTICRITERE

33..11.. IInnttrroodduuccttiioonn

L’objectif de l’étude présentée dans cette partie est de mettre à disposition des décideurs un outil de gestion et d’aide à la décision pour le pilotage des opérations de dragage et de mise en dépôt. La démarche développée repose sur la réalisation d’un modèle conceptuel basé sur l’évaluation environnementale, l’analyse des données et des contraintes du projet, l’élaboration des critères d’évaluation des scénarios potentiels. Cette démarche multicritère est également orientée sur une approche participative entre les différents acteurs du projet. Face à la complexité de l’opération, la prise de décision n’est pas aisée et les acteurs doivent désormais disposer d’un outil d’évaluation commun pour appréhender de façon structurée et objective le choix des variantes. Cette démarche négociée et itérative est fondée sur l’échange des connaissances multidisciplinaires en vu d’aboutir à des recommandations acceptées par l’ensemble des acteurs. La Figure 111 synthétise cette démarche méthodologique.

Acteurs Base de connaissance

Données projet Contraintes

OPERATION DE DRAGAGE

Évaluation environnementaleAnalyse multicritère des scénarios

NEGOCIATION

Recommandations consensuelles

Figure 111 : démarche méthodologique



154

Les paragraphes suivants vont présenter les différents acteurs intervenant dans une opération de dragage, chacun possédant une base de connaissance qui influencera son comportement. De plus, un rappel sur les données du projet, dont le recensement a pu être établi grâce à l’utilisation de la méthodologie de la première partie de ce guide, sera effectué. Des contraintes pouvant être imposées au projet, interdisant certaines options, seront également présentées. Les procédures d’évaluation environnementale et d’Aide à la Décision Multicritère (A.D.M.) seront ensuite décrites. Enfin, l’algorithme de synthèse qui a été proposé pour intégrer ces deux méthodes complémentaires sera présenté.

3.1.1. Les acteurs du projet et les bases de connaissance

L’opération de dragage fait appel à différents acteurs qui possèdent des compétences propres et qui disposent d’une base de connaissance spécifique. Le rôle de chacun des parties dépend intimement de leurs missions et de leurs domaines d’intervention dans le cadre professionnel, associatif ou culturel (avec les connaissances associées). Les principaux acteurs d’une opération de dragage sont présentés dans le Tableau 66. Tableau 66 : Missions et domaines d’intervention des principaux acteurs d’une opération de dragage Acteurs Missions Domaines d’intervention principauxMaîtrise d’ouvrage et maîtrise d’œuvre déléguée

Conception, réalisation, pilotage du projet

Technique, économique, environnemental, réglementaire

Directeur Départemental des Affaires Maritimes

Sécurité maritime, activités économiques de la mer

Sécuritaire, économique, environnemental

Chef de la Mission Inter-Services de l’Eau

Qualité des eaux-sédiments, contrôle niveau de pollution

Environnemental, réglementaire

Directeur Régional de l’Environnement

Incidence sur l’eau, impacts sur les écosystèmes

Environnemental, économique, réglementaire

Directeur Départemental des Affaires Sanitaires et Sociales

Qualité des eaux de baignade, salubrité

Sanitaire, réglementaire

Maires de villes concernées Qualité des eaux littorales (plaisance, tourisme, loisirs)

Social, économique, politique

Chef du Laboratoire de l’Institut Français de Recherche pour l’Exploitation de la MER

Surveillance des eaux littorales, réseaux d’observation

Environnemental, biologique, sanitaire, scientifique

Associations pour la Protection de l’Environnement

Relais de l’opinion publique et des riverains

Environnemental, sanitaire, social, communication

La démarche proposée est de considérer l’aspect multi-acteurs afin d’analyser l’ensemble de la problématique liée à l’opération de dragage. Cette diversité des acteurs est essentielle pour atteindre l’exhaustivité des aspects à aborder.



155

3.1.2. Les données du projet

En amont de l’opération de dragage, il convient d’identifier les données du projet pour l’analyse des méthodes d’exécution des travaux envisagées. La méthodologie présentée dans la première partie de ce guide permet leur collecte et leur classement. Les données concernées par les opérations de dragage peuvent être regroupées en cinq classes :

météorologiques, hydrographiques, géologiques et géotechniques, environnementales et sanitaires, régionales, socio-économiques.

3.1.3. Les contraintes du projet

Les contraintes relatives à l’opération de dragage conditionnent également l’analyse des méthodes d’exécution et les choix ultérieurs des scénarios alternatifs. Elles permettent aussi de mettre en évidence la non-faisabilité de certains scénarios dans la phase préliminaire d’analyse. Ces contraintes peuvent être regroupées en six classes principales :

environnement physique, meilleures pratiques environnementales, conventions et réglementations, maîtrise des dépenses, délai d’exécution, contraintes socio-économiques.

L’ensemble de ces contraintes influence l’exécution de l’opération, impose des difficultés de réalisation, oriente les choix matériels, occasionne des risques spécifiques et provoque le cas échéant des litiges financiers ou des recours juridiques.

3.1.4. L’évaluation environnementale et l’aide à la décision multicritère

La démarche développée par P. Grégoire [GREGOIRE, 2004] dans le cadre de ce projet permet d’associer l’évaluation environnementale et l’analyse multicritère par l’utilisation de deux outils spécifiques et complémentaires :

l’Etude d’impact Environnemental (E.I.E.), un modèle d’Aide à la Décision Multicritère (A.D.M.).



156

Cette procédure a pour objectif de favoriser la négociation environnementale associée à tout projet de dragage, en se basant sur une approche structurée et itérative. La Figure 112 permet de présenter les différentes étapes de l’Etude Impact Environnemental :

Projet à l’étude


Identification

Prédiction

Évaluation

Suivi

Cadrage

examen du projet

évaluation rapide

hiérarchisation des enjeux

évaluation détailléecaractérisation du milieu

examen du projet

examen du projet

examen du projet

Correctifs

évaluation post-projet

émergence d’impacts nouveaux

Mesures d’atténuation, de compensation

Figure 112 : Processus d’E.I.E. [LEDUC et al., 2000] Cette démarche a plusieurs objectifs :

maîtriser les conséquences environnementales du projet, optimiser les impacts sur l’environnement favoriser l’approbation du projet par les différents acteurs impliqués.



157

La modélisation de l’outil d’aide à la décision multicritère comporte trois phases principales décrites par la Figure 113.

1. Structuration du modèle

Objectifs de l’étudeDonnées et contraintes du projetDéfinition des actions potentiellesChoix des critères d’évaluation

2. Exploitation du modèleÉvaluation des critèresPondération des critères par les acteursÉvaluation de chaque actionClassement des différentes actionsInterprétation et représentation des résultats

3. Concrétisation des résultats (P, m)Présentation des résultats aux acteursConsultation et recours des associationsDécision de mise en œuvreContrôle de conformitéMesures correctives éventuelles

Figure 113 : Processus global d’A.D.M. La démarche d’A.D.M. a pour but d’aider les décideurs à organiser et à synthétiser leurs informations afin de faciliter leur prise de décision [JOERIN, 1998]. Elle considère que les préférences des intervenants sont souvent conflictuelles, peu structurées, appelées à évoluer au sein du processus de décision et influencées du fait même de la mise en œuvre du modèle [MAYSTRE et al., 1994]. La méthode de traitement qui a été retenue fait appel au modèle ELECTRE III, mis au point par B. Roy et développé par L.Y. Maystre dans le domaine de la gestion environnementale (Annexe 3-1).



158

3.1.5. Conclusion

Globalement, la conjugaison des démarches retenues (E.I.E. et A.D.M. avec ELECTRE III) permet l’examen détaillé du projet dans le cadre d’un processus d’étude intégrant les différents aspects techniques, économiques, environnementaux et sociaux. De plus, elle permet d’associer au mieux les acteurs concernés aux différentes étapes du projet afin d’aboutir à la sélection de scénarios consensuels. Par ailleurs, dans le cadre de cette étude, le champ d’étude a été limité à :

l’évaluation environnementale par l’analyse des impacts sur l’environnement, l’identification et le choix des critères d’évaluation des scénarios, l’analyse multicritère pour l’évaluation et le classement des scénarios.

Aussi, le schéma simplifié de ce modèle conceptuel, appelé DRAGSED [GREGOIRE, 2004] est présenté par la Figure 114.

OPERATION DE DRAGAGE

Critères Scénarios

Matrice des évaluationsPondération des acteurs

Sensibilité des paramètres

Recommandations

Choix de la variante alternative

Algorithme de

traitement


Figure 114 : schéma simplifié du modèle conceptuel DRAGSED On remarque le rôle transversal de l’évaluation environnementale, qui permet de préciser que :

les scénarios à étudier doivent être identifiés à partir des contraintes du projet, préalablement à la mise en oeuvre de l’évaluation environnementale,

l’évaluation environnementale va permettre d’identifier les critères environnementaux à prendre en compte dans l’outil d’aide à la décision.

Le paragraphe suivant va présenter l’application de ce modèle DRAGSED à un cas concret.



159

33..22.. AApppplliiccaattiioonn aauu PPoorrtt AAuuttoonnoommee ddee DDuunnkkeerrqquuee

3.2.1. Introduction

Le Port Autonome de Dunkerque connaît des problèmes d’envasement dont le volume annuel est estimé à 3 Mm3, depuis la construction de l’Avant Port Ouest (1977). Ces sédiments doivent être évacués systématiquement pour maintenir une côte de navigation sécuritaire (- 20,00 m), permettant l’accès des navires à fort tirant d’eau (pétroliers, minéraliers), par toutes conditions de marée. Les résultats des mesures de turbidité naturelle indiquent des variations comprises entre 5 et 20 mg/L en fonction de la profondeur d’eau, des conditions de marée et du courant. Près du fond, les courants de flot exercent un effet de succion sur les vases qui peuvent être transportées de l’extérieur vers l’intérieur de l’Avant Port Ouest. En l’état actuel des connaissances, l’Avant Port Ouest de Dunkerque fonctionne comme un vaste décanteur. A la turbidité des eaux du large s’ajoute des la progression de vases molles à de fortes concentrations près du fond, ce qui justifie l’importance des volumes à évacuer périodiquement. L’objectif de cette étude, dans le cadre du PREDIS, est de définir de manière participative un ensemble de scénarios pour le dragage et la mise en dépôt des produits. Dans un second temps, la pertinence de la solution actuelle (immersion) sera vérifiée.

3.2.2. Données et contraintes du projet

3.2.2.1. Données

La première partie de ce guide a permis de recenser les données existantes de la partie Est du Port de Dunkerque. De plus, cette étude a été pratiquée alors que la méthodologie de la première partie de ce guide n’était pas établie. Les données ont donc été obtenues et classées de manière classique (Annexe 3-2). Les mesures réalisées dans l’Avant Port Ouest ont fait l’objet d’un rapport d’étude concernant les courants de marée, la houle, la granulométrie des sédiments et le mouvement des fonds évalué à l’aide de traceurs radioactifs et luminescents [BONNEFILLE, 1971]. L’étude de l’exhaussement des fonds de l’Avant Port Ouest a fait l’objet d’une synthèse des phénomènes hydrauliques, des données sédimentologiques, des données hydrographiques et des apports sédimentaires [MIGNIOT et al., 1985].



160

L’évaluation de la qualité des eaux littorales a fait l’objet d’une synthèse des réseaux de surveillance [IFREMER, 1993]. L’évaluation de l’impact des dragages et de l’immersion sur les communautés macrozoobenthiques du Port de Dunkerque et de ses zones de vidage a fait l’objet d’un mémoire de thèse [PRUVOT, 1999]. L’analyse environnementale a fait l’objet d’un rapport d’incidence environnementale de l’immersion des produits de dragage du Port Ouest de Dunkerque [CREOCEAN, 1998]. Enfin, la caractérisation des sédiments se trouve en Annexe 3-3.

3.2.2.2. Contraintes

En général, l’identification et l’analyse des contraintes, en corrélation avec les données du projet, permet d’éliminer les solutions non admissibles et de borner l’évolution des solutions admissibles (Annexe 3-4). Les principales contraintes du projet concernent :

l’importance des volumes à évacuer, la fréquence des interventions et la nature des matériaux très fluides,

le niveau relatif de contamination des sédiments marins, les conditions naturelles particulières de l’Avant Port Ouest, site en eau profonde,

soumis aux vents, houles, courants et marnages cycliques, la sédimentation permanente du site liée aux apports naturels du transit littoral Nord-

Pas de Calais le contexte réglementaire sur la protection des écosystèmes dans une logique de

développement durable, l’interaction et les risques de conflits d’usage ou d’occupation de l’activité des

dragages avec les activités socio-économiques locales, notamment le trafic portuaire, la maîtrise des dépenses et du délai d’exécution dans le cadre de la sécurité maritime

et du maintien de l’activité commerciale du Port.

3.2.3. Identification des scénarios potentiels

En fonction des contraintes particulières au projet, les scénarios jugés non admissibles ont été éliminés, en concertation avec l’ensemble des acteurs. Cette démarche permet d’éviter un nombre trop élevé de scénarios, en privilégiant la pertinence à une exhaustivité injustifiée ou abusive des scénarios potentiels. Les deux contraintes retenues pour procéder à l’élimination des scénarios non admissibles sont explicitées ci-dessous :

la présence de vase très fluide, non consolidée conduit d’emblée à rejeter les engins mécaniques non adaptés à l’extraction de ce type de sédiments,



161

la volonté de ne pas ralentir ni interrompre ou suspendre l’activité commerciale portuaire (trafic maritime) dans la zone d’extraction des sédiments conduit également à rejeter les dragues dites stationnaires.

Finalement, les quatre scénarios potentiels identifiés sont :

dragage de l’Avant Port Ouest à la drague suceuse traînante (DAM) et stockage à terre pour une valorisation BTP (S1),

dragage de l’Avant Port Ouest à la drague suceuse traînante et épandage des sédiments sur le domaine public maritime (S2),

dragage de l’Avant Port Ouest à la drague à Injection d’eau (JETSED) et transfert des sédiments en mer à l’extérieur du Port (S3),

dragage de l’Avant Port Ouest à la drague suceuse traînante (DAM) et immersion des sédiments (S4).

La Figure 115 indique l’ensemble des scénarios qui ont été envisagés (n = 22) et ceux qui ont été obtenus dans l’optique d’une analyse multicritère (n = 4).



162

Engins hydrauliques

Engins mécaniques

Drague stationnaire désagrégatrice

Drague à roue excavatrice

Drague suceuse stationnaire

Drague suceuse trainante

Drague pneumatique

Drague àinjection d’eau

Drague à godets

Drague à benne

Drague à cuiller

Drague rétro

Briseur de roche

Charrue niveleuse

Immersion

Dépôt à terre

Immersion

Dépôt à terre

Immersion

Dépôt à terre

Immersion

Dépôt à terre

Immersion

Dépôt à terre

Transfert, nivelage

Immersion

Immersion

Immersion

Immersion

Immersion

Transfert, nivelage

ScénariosN = 22

Chalands

Valo-BTPÉpandage DPM

Chalands




Valo-BTP

Chalands

Chalands

Chalands

Chalands

Auto-porteuse

Chalands

Chalands

Chalands

Figure 115 : Identification des scénarios potentiels



163

3.2.4. Evaluation environnementale

Cette évaluation environnementale s’est limitée à l’analyse des impacts environnementaux dans le contexte de l’étude d’impact sur l’environnement (E.I.E.) de l’opération de dragage. Cette étude d’impact est établie conformément aux articles 110-1 et 122-3 du Code de l’Environnement et au décret n°77-1141 du 12 octobre 1977 et au décret n°93-245 du 25 février 1993 [LEGIFRANCE, 2005]. Cette étude doit comprendre 6 points principaux :

un résumé non technique à l’usage du public, l’analyse de l’état initial du site et de son environnement l’analyse des effets directs, indirects, temporaires ou permanents du projet sur

l’environnement, la description des différents partis envisagés et la raison des choix, les mesures pour supprimer, réduire, compenser les conséquences dommageables, l’évaluation des coûts collectifs des pollutions et nuisances et des avantages induits

pour la collectivité et les consommations énergétiques du projet. L’analyse simplifiée des effets du projet sur l’environnement a été menée à l’aide du modèle conceptuel P.E.R. (Pression-Etat-Réponse) proposé par l’OCDE [OCDE, 1992] explicité en Annexe 3-5.

3.2.4.1. Modèle P.E.R.

L’opération de dragage de l’Avant Port Ouest est une activité récurrente visant à entretenir les profondeurs pour le passage des navires. Les répercussions environnementales sont liées à l’extraction, au transport et à la mise en dépôt des sédiments. Elles sont fonction de la quantité, de la nature et de la qualité des sédiments dragués, de la durée des travaux et du moment de l’année ou ils sont effectués. La nature des habitats du site de dragage et du site de mise en dépôt sont également des facteurs influents.



164

Le Tableau 67 synthétise le modèle P.E.R. appliqué à la problématique des opérations de dragage. Tableau 67 : Modèle P.E.R. appliqué aux opérations de dragage de l’Avant Port Ouest de Dunkerque PRESSION ETAT REPONSE - Extraction, transport et mise en

dépôt - Volume annuel de 3 Mm3 in situ

de sédiments fins faiblement pollués

- Travaux réalisés en 4 campagnes d’entretien avec une périodicité de 2,5 mois et une durée de 200 à 300 heures continues d’intervention par campagne

- Rejet par immersion à quelques miles des côtes sur des zones fortement dispersives à cause des courants de marée

- Augmentation de la turbidité et des MES remises en circulation

- Etat des polluants trace et dispersion - Biodisponibilité des polluants dans la

colonne d’eau par Redox - Dégagement de gaz et d’odeurs - Diminution de la teneur en oxygène dissous - Eutrophisation planctonique - Réduction de l’intensité lumineuse à

l’extraction et sur dépôt - Survie des bactéries pathogènes - Etouffement ou ensevelissement de la faune

et de la flore - Perturbation de la faune benthique - Exposition et risques de bioaccumulation

des organismes vivants

- Conventions internationales Londres, Oslo, Paris

- Directives européennes sur l’eau, études d’impacts,…

- Lois françaises d’immersion, qualité des sédiments, incidence sur l’eau, code de l’environnement

- Arrêtés préfectoraux de permis d’immersion

- Outils d’aide à la décision - Recherches scientifiques - Surveillance et contrôle

environnemental, mesures correctives

3.2.4.2. Guide d’évaluation

L’application du modèle P.E.R. permet de reconnaître une grande variété d’indicateurs environnementaux, liés à l’évaluation des perturbations mais aussi aux pressions exercées sur les écosystèmes. Cependant, l’utilisation d’indicateurs nécessite de fixer des seuils environnementaux de référence. Ces seuils traduisent les limites du milieu et constituent un jugement de valeur qui ne repose pas toujours sur des preuves scientifiques. Ils peuvent également résulter de considérations techniques, économiques, sociales ou politiques, tout comme l’absence délibérée de seuils. Les seuils environnementaux constituent des bornes essentielles à l’interprétation des indicateurs et permettent de poser un diagnostic. Cependant, ce dernier est établi en fonction des connaissances scientifiques disponibles et des valeurs propres à chaque société. Cette démarche de seuil est donc imparfaite mais reste une nécessité pour évaluer l’état de l’environnement, réaliser des opérations de suivi et apporter des réponses. Aussi, l’indicateur environnemental recouvre 4 fonctions essentielles :

la connaissance des phénomènes, la comptabilisation des effets de l’activité humaine, un guide normatif à l’évaluation et à la décision, un débat structurant des discussions et des débats sociaux en permettant la diffusion

d’une information simple et synthétique.



165

Les pressions potentielles sur les différents compartiments de l’environnement sont décrites par la Figure 116.

EAU

SEDIMENTS SOL

AIR

EAU

SEDIMENTS SOL

AIR

MIL

IEU

VIV

AN

T

IMP

ACTS

/ P

OLL

UTI

ON

S

CHIMIQUE

PHYSIQUE

BIOLOGIQUE

FAUNE

FLORE

HUMAIN

Pressions potentielles Figure 116 : schéma de la problématique environnementale de l’opération de dragage maritime Ainsi, en tenant compte de l’ensemble de ces éléments, les indicateurs environnementaux nécessaires à la conduite d’une opération de dragage sont les suivants (Tableau 68). Tableau 68 : paramètres des indicateurs environnementaux ETAT POTENTIEL SUR L’ENVIRONNEMENT PARAMETRES - Remise en suspension des sédiments - Dispersion des MES - Recouvrement des fonds, flore, faune - Eutrophisation planctonique - Diminution de la production de flore planctonique - Relargage des polluants - Emission d’odeurs, de méthane, de mercaptans, … - Bioaccumulation dans la faune et flore de polluants - Toxicité potentielle, mortalité - Contamination par des bactéries pathogènes - Perturbation des conditions de vie, faune planctonique, nekton

- Turbidité, MES - Granulométrie, courants - Volume, granulométrie, courants - Azote, phosphore, courants - Turbidité, intensité lumineuse - Agents oxydants, oxygène, fer, manganèse - Matières organiques - Métaux, PCB, HAP, TBT, POP,… - Métaux, PCB, HAP, TBT, POP,… - Granulométrie, turbidité, MO, intensité lumineuse - Oxygène dissous

L’annexe 3-6 détaille ces indicateurs environnementaux ainsi que les seuils qui leur sont associés, tirés de plusieurs études [ALZIEU et QUINIOU, 2001, ALZIEU et TARBOURIECH, 2002, AGENCE DE L’EAU, 1998, QUINIOU et ALZIEU, 1999]. L’opération de dragage et de mise en dépôt nécessite également de considérer la composante environnementale et physique du projet dont les principaux paramètres sont rappelés au Tableau 69.



166

Tableau 69 : paramètres de la composante environnementale et physique (MICHAUD, 1999) Paramètres Dragage Transport immersion Dépôt terrestre Bathymétrie X X Hydrodynamisme X Granulométrie X Turbidité, Mes X X X X Sédimentologie X X Bruit X X X X Drainage des eaux X Qualité des sédiments X X Enfin, les Annexes 3-7 et 3-8 présentent les méthodes utilisées afin de modéliser et de prévoir le comportement des sédiments lors de leur immersion et les impacts environnementaux associés. L’ensemble des outils qui permettent de visualiser et de prévoir les pressions sur l’environnement va faciliter la prise de décision par les acteurs concernés par le projet, concernant la partie environnementale.

3.2.4.3. Suivi environnemental

La complexité de l’approche des écosystèmes et la collecte partielle des informations peuvent receler un jugement incomplet, subjectif ou controversé. Dans cette optique, le suivi environnemental apporte une évaluation consolidée favorisant l’amélioration des connaissances scientifiques et techniques par une vérification nécessaire de la validité de l’étude d’impact initiale sur l’environnement.



167

La Figure 117 présente la démarche proposée par Environnement Canada pour la conception et la mise en œuvre d’un programme de surveillance et de suivi environnemental pour les opérations de dragage et de mise en dépôt.

FORMULATION DESOBJECTIFS GENERAUX ET

PARTICULIERS DESURVEILLANCE ET DE SUIVI

IDENTIFICATIONS DESCOMPOSANTES

ENVIRONNEMENTALES A SURVEILLER

FORMULATIOND'HYPOTHESES

D'IMPACT VERIFIABLES

CONCEPTION DU PLAND'INTERVENTION (OPTIONS DE

GESTION ET MESURESD'INTERVENTION

CONCEPT DU PLAND'ECHANTILLONS ET CHOIX DES

METHODES D'ANALYSE

IDENTIFICATION DES AUTRESCOMPOSANTES PARTICULIERES

DU PROJET A SURVEILLER

MISE EN OEUVRE

REDACTION DURAPPORT FINAL

EXAMEN PERIODIQUEDU PROGRAMME

DIFFUSION DU RAPPORT

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

CONCEPTION

REALISATION

DIFFUSION

ACTUALISATION

PHASES ETAPES ACTIVITE

Figure 117 : programme de surveillance et de suivi environnemental [MICHAUD, 1999] Un exemple de programme de surveillance et de suivi environnemental hiérarchisé pour un site de dépôt de matériaux de dragage en milieu aquatique est décrit à la Figure 118.



168

NIVEAU 1BATHYMETRIE ET SUIVI

DU TRANSPORTDES SEDIMENTS

EVALUATION

NIVEAU 2SUIVI BIOLOGIQUE MINIMAL

ET (OU) SUIVI PLUS INTENSIFDU TRANSPORT DES

SEDIMENTS

EVALUATION

NIVEAU 3SUIVI BIOLOGIQUE MODERE

EVALUATION

NIVEAU 4SUIVI BIOLOGIQUE INTENSIF

EVALUATION

BASEES SUR DES CRITERESPRE-DETERMINES

LES ACTIVITES DE DEPOTPEUVENT ETRE MODIFIEES

RETROACTION Figure 118 : application pour un site de dépôt en milieu aquatique [MICHAUD, 1999] Le programme de surveillance et de suivi environnemental vise à s’assurer de la conformité réglementaire, à vérifier la justesse des prévisions d’impact annoncées et à améliorer les performances environnementales en réduisant les impacts sur l’environnement par une meilleure connaissance des milieux.



169

3.2.4.5. Conclusion

L’E.I.E. permet de mettre en évidence les enjeux environnementaux de l’opération de dragage maritime. Certains de ces résultats pourront être intégrés à l’aide à la décision multicritère qui est présentée dans le paragraphe suivant. D’autres peuvent permettre de réaliser un suivi de l’opération de dragage et de vérifier les hypothèses émises.

3.2.5. Mise en œuvre de l’outil d’aide à la décision multicritère

3.2.5.1. Définition des critères d’évaluation

Définir les critères d’évaluation est une étape obligée de la mise en œuvre d’une méthode d’aide à la décision multicritère. L’annexe 3-1 donne plus de précisions sur la méthode ELECTRE III qui a été utilisée, ainsi que sur la terminologie qui est employée. Selon Maystre, « le critère est une expression qualitative ou quantitative de points de vue, objectifs, aptitudes ou contraintes relatifs au contexte réel, permettant de juger des personnes, des objets ou des évènements ou d’apprécier des alternatives. Pour qu’une telle expression puisse devenir un critère, elle doit être utile pour le problème considéré et fiable » [MAYSTRE et al, 1994]. Le pseudo-critère est basé sur l’introduction de seuils dits d’indifférence et de préférence stricte correspondant à l’introduction du flou dans la définition des critères. Ces seuils correspondent respectivement à la marge d’incertitude minimale et à la marge d’erreur maximale liée aux évaluations [MAYSTRE et al, 1994]. Cette notion de pseudo-critère sera désormais utilisée compte tenu de la problématique de surclassement flou. Le groupe de pilotage a en charge l’élaboration d’une famille cohérente de pseudo-critères répondant aux exigences d’exhaustivité, de cohérence et de non redondance [MAYSTRE et al, 1994] ainsi qu’aux exigences complémentaires d’intelligibilité et d’acceptabilité [SCHARLIG, 1996]. Le meilleur moyen de répondre à l’exhaustivité consiste à optimiser le choix des acteurs avec le souci de tenir compte de la multidisciplinarité du projet. Ce choix réduit le risque d’omettre certains éléments d’appréciation dans la famille cohérente de pseudo-critères. L’exigence de cohérence est fondée sur la base des évaluations binaires des scénarios en considérant que (A) est préféré à (A), si l’évaluation de deux scénarios est égale sur tous les pseudo-critères sauf un et que (A) est meilleur sur ce seul pseudo-critère (condition minimum). La non redondance a été privilégiée en limitant à cinq le nombre de pseudo-critères tout en privilégiant l’exhaustivité d’appréciation par le recours à de nombreux sous-critères qui



170

viennent confirmer la complexité et la richesse de l’information caractérisant chaque pseudo-critère. Les exigences complémentaires évoquées par certains auteurs d’intelligibilité et d’acceptabilité, malgré une certaine subjectivité, sont plus faciles à appréhender par un groupe d’acteurs possédant une polyvalence disciplinaire, une expérience confirmée, des compétences et un savoir-faire reconnu, ce qui pose à nouveau le choix optimum des acteurs du projet. Les cinq pseudo-critères (retenus par les différents acteurs) au terme d’un processus itératif concernent les aspects techniques, économiques, environnementaux, sanitaires et sociaux. Chaque pseudo-critère et sous-critère associés fait l’objet d’une grille d’évaluation à l’aide d’un système de notation exclusivement ordinale, où la note la plus élevée correspond systématiquement à l’évaluation la moins bonne. Des évaluations notées sur une échelle ordinale de valeurs numériques ont été choisies pour éviter toute discrimination entre pseudo-critères « objectifs » et pseudo-critères « subjectifs ». L’annexe 3-9 détaille les pseudo-critères et les sous-critères retenus dans cette étude. Brièvement, les pseudo-critères sont les suivants :

« aspects techniques », regroupant 7 sous-critères liés aux performances techniques de l’engin de dragage,

« aspects économiques », regroupant 4 postes financiers, « aspects environnementaux », comportant 8 sous-critères liés à l’évaluation

environnementale du projet et aux risques de perturbation de l’environnement, « aspects sanitaires », regroupant 5 sous-critères liés à l’évaluation sanitaire du projet

et aux risques potentiels pour la santé publique, « aspects sociaux », comportant 4 sous-critères liés à l’évaluation sociale du projet.

3.2.5.2. Proposition d’évaluation du projet

Un ensemble de pseudo-critères ont été établis en concertation avec les différents acteurs concernés par le processus de décision. Les scénarios potentiels vont ensuite être évalués à l’aide d’une matrice des évaluations représentée par un tableau à double entrée dans lequel chaque ligne représente un scénario et chaque colonne un pseudo-critère. Il est important de préciser que le terme évaluation est plutôt réservé aux caractéristiques subjectives, personnelles ou interpersonnelles où les données sont exprimées en ordre de grandeur avec un niveau de précision relatif ou avec une fourchette, notion empirique. De manière générale, certaines données subjectives sont donc moins précises et fiables que des données objectives [MAYSTRE et al, 1999]. L’agrégation permettant d’obtenir des informations sur la préférence globale entre les scénarios potentiels, à partir d’informations sur les préférences par pseudo-critères, comprend deux étapes :

l’agrégation sectorielle, l’agrégation globale.



171

L’agrégation sectorielle porte sur les groupes de sous-critères et l’agrégation globale sur l’ensemble des pseudo-critères. Dans une première étape, des pseudo-critères globaux ont été établis. Ils regroupent plusieurs sous-critères. Chaque scénario potentiel peut donc être évalué sur chaque sous-critère. Pour un pseudo-critère donné, les évaluations des scénarios potentiels sont agrégées sur l’ensemble des sous-critères qui composent ce pseudo-critère. Cette agrégation sectorielle est développée au moyen de la méthode de la somme pondérée et permet d’établir la matrice des évaluations. La deuxième étape d’agrégation globale permet l’évaluation des scénarios potentiels par agrégation sur l’ensemble des pseudo-critères pour obtenir le résultat final. Elle nécessite le recours à une méthode algorithmique d’agrégation dont le choix porte dans la présente étude sur l’une des méthodes ELECTRE. Finalement, l’agrégation sectorielle conduit à la matrice des évaluations des scénarios potentiels pour chaque pseudo-critère. L’agrégation globale permet le classement des scénarios potentiels des meilleurs au moins bons à l’aide d’un algorithme mathématique.

Agrégation sectorielle L’évaluation en valeur numérique a été choisie pour l’ensemble des évaluations de scénarios potentiels par pseudo-critère. La note la plus élevée correspond à l’évaluation la moins bonne. Le cas échéant, il sera procédé à la pondération sectorielle des sous-critères afin de marquer l’importance relative de sous-critères d’un même pseudo-critère. Un processus de pondération par étape a donc été choisi au niveau de l’agrégation sectorielle puis de l’agrégation globale. Evaluation des scénarios pour le pseudo-critère N° 1 – « Aspects techniques » L’évaluation découle des grilles d’évaluation par sous-critères N° 1 à 7 et tient compte d’une pondération par sous-critère correspondant à un coefficient multiplicateur de 1 à 3 (Tableau 70). Ce choix permet d’enrichir l’agrégation sectorielle par la simple somme pondérée. Tableau 70 : pondération sectorielle N° 1 Sous-critères Extraction Conditions

naturelles Manœuvrabilité Délai Sédimentation Mobilisation Accueil

Pondération 3 1 2 3 2 1 3

L’évaluation des scénarios pour le pseudo-critère N° 1 intègre la pondération sectorielle sur la note globale (Tableau 71). Tableau 71 : évaluation des scénarios par pseudo-critère N° 1 Scénarios Extraction Conditions

naturelles Manœuvrabilité Délai Sédimentation Mobilisation Accueil Note

S1 1 1 1 2 1 1 3 24 S2 1 1 1 3 1 1 3 27 S3 3 3 2 2 3 2 1 33 S4 1 1 1 1 12 1 1 17 S1 : DAM stockage S2 : DAM épandage S3 : JETSED transfert S4 : DAM immersion



172

Evaluation des scénarios pour le pseudo-critère N° 2 « Aspects économiques ». L’évaluation découle des différents postes financiers afférant aux travaux. Les dépenses totales sont converties en note ordinale en considérant une augmentation d’un point par tranche de 25 Keuros (Tableau72). Tableau 72 : évaluation des scénarios/pseudo-critère N° 2 Scénarios Amené

Repli Dragage transfert, dépôt

Stockage sécurisé

Recettes valorisation Total dépenses K€

Note

S1 50 800 90 30 910 24 S2 50 1050 - - 1100 31 S3 70 550 - - 620 12 S4 20 320 - - 340 1

Evaluation des scénarios pour le pseudo-critère N° 3 « Aspects environnementaux ». L’évaluation découle des grilles d’évaluation par sous-critère N° 1 à 8 tient compte d’une pondération par sous-critère correspondant à un coefficient multiplicateur de 1 à 3 (Tableau 73). Tableau 73 : pondération sectorielle N° 3 Sous-critère Turbidité Faune

macrofaune Oxygène Sels N. Valorisation Recouvrement Esthétique Air odeur

Pondération 3 3 2 2 2 3 1 1

L’évaluation des scénarios pour le pseudo-critère N° 3 intègre la pondération sectorielle sur la note globale (Tableau 74). Tableau 74 : évaluation des scénarios par pseudo-critère N° 3 Scénarios Turbidité Faune

macrofaune Oxygène Sels N. Valorisation Recouvrement Esthétique Air odeur Note

S1 5 7 3 6 1 7 8 3 88 S2 5 7 3 5 3 7 10 3 92 S3 6 4 4 4 3 4 5 3 72 S4 5 4 4 4 3 4 5 3 69

Evaluation des scénarios pour le pseudo-critère N° 4 : « Aspects sanitaires » L’évaluation découle des grilles d’évaluation par sous-critère N° 1 à 5 et tient compte d’une pondération par sous-critère correspondant à un coefficient multiplicateur de 1 à 3 (Tableau 75). Tableau 75 : pondération sectorielle N° 4 Sous-critère Toxicité chimique Toxicité bio-tests Qualité bactérienne Qualité virale Radioactivité Pondération 2 3 2 2 1



173

L’évaluation des scénarios pour le pseudo-critère N° 4 intègre la pondération sectorielle sur la note globale ( Tableau 76). Tableau 76 : évaluation des scénarios par pseudo-critère N° 4 Scénarios Toxicité chimique Toxicité bio-tests Qualité bactérienne Qualité virale Radioactivité Note S1 0 1 1 1 0 7 S2 0 9 9 9 0 63 S3 0 9 9 9 0 63 S4 0 9 9 9 0 63

Evaluation des scénarios pour le pseudo-critère N° 5 « Aspects sociaux » L’évaluation découle des grilles d’évaluation par sous-critère N° 1 à 4 et tient compte d’une pondération par sous-critère correspondant à un coefficient multiplicateur de 1 à 3 (Tableau 77). Tableau 77 : pondération sectorielle N° 5 Sous-critère Droits Politique Commercial Populations - Associations Pondération 3 2 3 2

L’évaluation des scénarios pour le pseudo-critère N° 5 intègre la pondération sectorielle sur la notre globale (Tableau 78). Tableau 78 : évaluation des scénarios par pseudo-critère N° 5 Scénarios Droits Politique Commercial Populations - Associations Note S1 1 3 1 3 18 S2 3 3 2 3 27 S3 3 2 3 1 24 S4 1 2 3 1 18

Pour regrouper l’ensemble des évaluations précédentes, on peut établir la matrice des évaluations (scénarios, pseudo-critères) pour préparer l’agrégation globale (Tableau 79). Tableau 79 : matrice des évaluations

Famille de pseudo-critères C1 C2 C3 C4 C5

Scénarios potentiels

Technique Economique Environnemental Sanitaire Social S1 24 24 88 7 18 S2 27 31 92 63 27 S3 33 12 72 63 24 S4 17 1 69 63 18

Agrégation globale La procédure d’agrégation globale, dans le déroulement du processus d’aide à la décision, nécessite le recours à un algorithme mathématique afin d’évaluer globalement chaque scénario potentiel. Un logiciel informatique peut être utilisé [LAMSADE, 2005]. La proposition étudiée ici correspond à l’approche opérationnelle du surclassement de synthèse par les méthodes d’agrégation partielle, qui comparent les scénarios potentiels couple par couple et permettent de ranger ceux-ci selon un ordre de préférence décroissante



174

qui accepte également les 3 cas de la notion de préférence (la préférence, l’indifférence et l’incomparabilité) au niveau des concepts de surclassement. Rappel du choix de la méthode Parmi les méthodes de surclassement, la famille des méthodes ELECTRE semble bien adaptée à notre problématique, notamment sur les aspects environnementaux et sanitaires, mais également pour structurer le processus de négociation avec de nombreux acteurs. Ainsi, la méthode ELECTRE III mise au point par B. Roy [ROY, 1978] a été privilégiée :

elle est basée sur le surclassement flou nécessaire pour l’évaluation environnementale compte tenu du caractère incertain de certains indicateurs et de leurs conséquences sur les décisions,

elle introduit la notion de pseudo-critère au travers des seuils d’indifférence et de préférence stricte (gestion des incertitudes des évaluations) et du seuil de veto afin d’évaluer la crédibilité du surclassement des scénarios et mettre en évidence des différences inacceptables,

elle répond à la problématique γ de classement de scénarios en proposant un classement du meilleur au pire,

elle permet l’usage des notes ordinales pour évaluer les scénarios en considérant des pseudo-critères quantitatifs et qualitatifs dans une même analyse,

elle met en évidence des scénarios incomparables, sans rechercher de l’existence d’un optimum objectif,

elle favorise la recherche d’un consensus d’un groupe d’acteurs par une approche structurée et multidisciplinaire en intégrant de façon formalisée l’opinion des acteurs notamment par le recours à la pondération individuelle des pseudo-critères en visualisant également les résultats du classement (rangement des scénarios) pour chaque acteur,

les analyses de sensibilité (variation des seuils) et de robustesse (stabilité du classement) permettent d’éclairer les acteurs dans la compréhension de l’analyse des résultats tout en cernant les variations entre la réalité et le modèle.

Le principe de la méthode est détaillé dans [MAYSTRE et al, 1999] et en Annexe 3-1. Pondération et seuils La pondération a été appliquée une première fois au niveau des sous-critères en notant sur une échelle de 1 à 3 l’importance attribuer à chaque sous-critère pour un pseudo-critère considéré (pondération sectorielle). Nous proposons désormais d’utiliser une ou plusieurs techniques de pondération ou chaque acteur a la possibilité de fixer sa propre pondération afin de respecter les systèmes de valeurs de chacun d’eux. a) Pondération des pseudo-critères De nombreuses techniques disponibles sont rappelées, sans que cette liste soit exhaustive :

hiérarchisation des pseudo-critères, classement des pseudo-critères, notation sur une échelle d’importance, distribution des poids sous forme de points,



175

taux de substitution, combinaison notation et taux de substitution, analyse de risque, régression multiple,

Deux d’entre elles ont été choisies :

le classement des pseudo-critères et l’usage de la méthode des rangs avec transformation des rangs en poids,

la méthode de pondération directe liée à la sensibilité des acteurs. Les raisons majeures qui ont favorisé le choix de ces deux options sont :

la simplicité de mise en œuvre pour l’ensemble des acteurs, l’usage fréquent de ces deux techniques compréhensibles, le cadrage « discret » de la méthode des rangs qui évite des débordements d’opinion, l’absence de cadrage « flagrant » de la méthode de pondération directe qui peut

conduire à une polarisation des acteurs. Globalement, la mise en œuvre de ces deux techniques distinctes entre également dans le processus ultérieur d’analyse de sensibilité des scénarios et de robustesse des résultats sans vouloir affirmer que telle méthode est plus enviable qu’une autre. La méthode des rangs évoquée précédemment correspond au classement des pseudo-critères par ordre décroissant de préférence avec possibilité d’ex-æquo, ainsi que d’espacement dans ce classement. L’exploitation du classement est réalisée par conversion des rangs en poids. Un ensemble de jeux de poids de pseudo-critères différents va être utilisé avec comme ambition de cerner dans quelle mesure les évaluations correspondantes peuvent conduire (malgré tout) à des résultats convergents liés aux préférences relatives des acteurs en présence. Le jeu de poids des pseudo-critères reste affaire personnelle, subjective et donc en aucun cas démontrable [SCHARLIG, 1985]. Le Tableau 80 évoque la pondération retenue dans le cas de la technique du classement pour une partie des actions concernées. Tableau 80 : pondération par classement des pseudo critères Famille de pseudo-critères Acteurs Classement Technique Economique Environnemental Sanitaire Social C1 C2 C3 C4 C5 A1

C1, C2 C3, C4 C5

4,5 (1) 30 (2)

4,5 30

2,5 17

2,5 17

1 6

A2

C2, C4 C1, C3 C5

2,5 17

4,5 30

2,5 17

4,5 30

1 6

A3

C3, C4 C5 C1, C2

1,5 10

1,5 10

4,5 30

4,5 30

3 20

A4

C5 C1, C2, C3, C4

2,5 17

2,5 17

2,5 17

2,5 17

5 32

(1) : classement des pseudo-critères C1 à C5 par la méthode des rangs. (2) : conversion des rangs en poids exprimé en %, la pondération évoque la relative divergence initiale des

acteurs liée à son système de représentation personnelle.



176

La méthode des pondérations directes des pseudo-critères permet aux acteurs de distribuer (sans contrainte) des poids exprimés en pourcentage dont le total pour l’ensemble des pseudo-critères est égal à 100%. Le Tableau 81 évoque la pondération retenue par la technique de pondération directe pour l’autre partie des acteurs concernés. Tableau 81 : pondération directe des pseudo-critères Famille de pseudo-critères Acteurs Technique Economique Environnemental Sanitaire Social C1 C2 C3 C4 C5 A5 30(1) 5 30 30 5 A6 5 60 5 20 10 A7 20 20 20 20 20 A8 45 5 10 10 30 A9 60 30 3 5 2 A10 5 5 10 40 40 1) pondération exprimé en %. La pondération évoque un risque de polarisation des acteurs sur certains pseudo-critères pouvant accroître certaines divergences d’opinion. b) seuils des pseudo-critères La méthode ELECTRE III nécessite l’usage de seuils pour chaque pseudo-critère ou pour seulement certains d’entre eux. La méthode introduit deux seuils dits d’indifférence et de préférence stricte afin de tenir compte de l’incertitude des valeurs de la matrice d’évaluation. L’introduction du flou se fait en considérant une zone de faible préférence, qui marque une hésitation entre l’indifférence et la préférence stricte. Le seuil d’indifférence (q) est le plus grand écart de préférence jugé compatible avec l’indifférence [VALLEE et al., 1994]. Ce seuil peut être considéré comme la marge d’incertitude minimale liée aux évaluations des scénarios par pseudo-critère [MAYSTRE et al, 1994]. Le seuil de préférence stricte (p) est le plus grand écart de préférence jugé non probant d’une préférence stricte [VALLEE et al., 1994]. Ce seuil peut être considéré comme la marge d’erreur maximale liée aux évaluations [MAYSTRE et al, 1994]. La méthode préconise également un seuil de veto qui permet de mettre en évidence les différences inacceptables entre deux scénarios pour un pseudo-critère considéré. Le seuil de veto (v) est le plus petit écart entre les performances de deux scénarios potentiels au delà duquel l’utilisateur estime qu’il n’est plus possible d’accepter que le plus mauvais de deux scénarios soit considéré globalement comme au moins aussi bon que le meilleur, même si ses performances sur les pseudo-critères sont toutes meilleures (paramètre intra-critère) [VALLEE et al., 1994]. Le seuil de veto pour un pseudo-critère donné est donc la valeur de la différence des évaluations de deux scénarios à partir de laquelle il apparaît prudent de refuser toute



177

crédibilité au surclassement de scénarios, même si tous les autres pseudo-critères sont en concordance avec ce surclassement [MAYSTRE et al, 1994]. La crédibilité du surclassement est donc annulée au profit d’une incomparabilité entre les deux scénarios considérés. Ceci permet de définir des écarts intolérables qui abolissent le surclassement d’un scénario sur l’autre pour un pseudo-critère prédéfini [MAYSTRE et al, 1999]. Le Tableau 82 présente le paramétrage initial des seuils (q, p, v) en vue de l’application de la méthode ELECTRE III. Tableau 82 : seuils initiaux (*) Seuils des pseudo-critères Technique

C1 Economique C2

Environnemental C3

Sanitaire C4

Social C5

Seuil d’indifférence (q) 3 7 3 0 3 Seuil de préférence (p) 6 11 4 56 6 Seuil de veto (v) 7 12 16 56 9 (*) la détermination des seuils est menée par l’analyse des évaluations par pseudo-critère présentée dans la matrice des évaluations. Le but de l’algorithme ELECTRE III est le classement des scénarios en se fondant sur la relation de surclassement flou. Pour distinguer, si tel surclassement est plus crédible que tel autre, la méthode introduit le seuil de discrimination (λ). Pour déterminer le nombre des scénarios strictement préférés à un scénario (A), il faut faire intervenir le seuil de discrimination (λ), tel que seuls les surclassements dont la crédibilité est supérieure à ce seuil ont lieu d’intervenir dans le dénombrement. L’algorithme de classement permet l’élaboration de deux préordres antagonistes fondés sur le niveau de signification du degré de crédibilité. Soit (λ0) la valeur maximale qu’atteint le degré de crédibilité [0,1], l’algorithme procède en abaissant progressivement le seuil (λ) depuis (λ0) jusqu’à zéro (0) en passant par des paliers successifs. La fonction seuil de discrimination (initiale) utilisée dans l’algorithme de rangement est du type : S (λ) = α. λ + β avec α ∈ [-1;0] ; α + β > 0 et β < 0,5 Les coefficients par défaut (version ELECTRE III) sont : α = -0,15 et β = 0,3 La fonction seuil de discrimination (initial) est donc : S(λ) = -0,15 λ + 0,3 Cette fonction est utilisée au cours des distillations pour réaliser des coupes successives à partir de la relation de surclassement floue. Elle permet de définir comment vont évoluer les niveaux de coupe au cours de la distillation.



178

Pour un exemple applicatif, se reporter à l’annexe 4 du guide d’utilisation ELECTRE III de [VALLEE et al., 1994]. Analyse de sensibilité L’analyse de sensibilité est l’analyse de l’instabilité d’un scénario donné par rapport aux différents paramètres en question. Elle consiste à répéter l’analyse multicritère originale en faisant varier, isolément ou collectivement, les valeurs attribuées à l’origine aux différents paramètres de la méthode. Elle vise à définir quels sont les paramètres qui en fait conditionnent le plus étroitement le scénario choisi, c’est à dire où il suffit d’une faible modification pour changer le scénario proposé [SIMOS, 1989, MAYSTRE et al, 1994]. C’est en effectuant une telle analyse qu’il est possible de vaincre les réticences éventuelles de différents acteurs d’opinions divergentes sur le projet. Cette démarche est donc essentielle, car elle permet également l’assimilation du modèle conceptuel dans la pratique itérative du jeu de paramètres susceptibles de variations dues à l’incertitude ou à la subjectivité des données. L’analyse de sensibilité a donc été structurée en considérant (pour éviter d’être trop exhaustif) quelques paramètres modifiés parmi l’ensemble des paramètres suivants :

le poids de sous-critères (pondération sectorielle), le poids des pseudo-critères (pondération globale), les seuils d’indifférence (q), les seuils de préférence stricte (p), les seuils de veto (v), le seuil de discrimination S(λ), les valeurs de la matrice des évaluations, le système de notation de sous-critères ou des pseudo-critères, les modes d’agrégation de sous-critères en pseudo-critères.

a) Analyse de sensibilité N°1 : Cette analyse correspond à la modification des seuils (q, p, v) sans modification des autres paramètres (Tableau 83). Tableau 83 : analyse de sensibilité N°1 - seuils (q,p,v) Seuils modifiés des pseudo-critères

Technique C1

Economique C2

Environnemental C3

Sanitaire C4

Social C5

Seuil d’indifférence (q) 3 7 3 0 3 Seuil de préférence (p) 3 7 3 0 3 Seuil de veto (v) 4 7 4 - 3



179

b) Analyse de sensibilité N°2 : Cette analyse correspond à la suppression des poids des sous-critères et à la modification consécutive des seuils (q,p,v) (Tableau 84) Tableau 84 : analyse de sensibilité N°2 - seuils (q,p,v) Seuils modifiés des pseudo-critères

Technique C1

Economique C2

Environnemental C3

Sanitaire C4

Social C5

Seuil d’indifférence (q) 1 7 1 0 1 Seuil de préférence (p) 1 7 1 0 1 Seuil de veto (v) 2 12 3 24 2 Elle affecte donc la matrice des évaluations (Tableau 85). Tableau 85 : analyse de sensibilité N°2 - matrice modifiée Famille de pseudo-critères Scénarios potentiels

Technique Economique Environnemental Sanitaire Social

C1 C2 C3 C4 C5 S1 10 24 40 3 8 S2 11 31 43 27 11 S3 16 12 33 27 9 S4 8 1 32 27 7 c) Analyse de sensibilité N°3 : Cette analyse modifie la matrice d’évaluation de l’analyse de sensibilité N°2, en rendant homogène les notes globales ordinales par pseudo-critère. L’analyse de sensibilité est conduite en modifiant également les seuils (q, p, v) (Tableau 86). Tableau 86 : analyse de sensibilité N°3 - matrice modifiée Famille de pseudo-critères Scénarios potentiels

Technique Economique Environnemental Sanitaire Social

C1 C2 C3 C4 C5 S1 48 73 53 0 67 S2 52 89 57 5 92 S3 76 50 44 5 75 S4 38 27 43 5 58 La transformation (en %) d’une note ordinale d’un scénario pour un pseudo-critère consiste à diviser cette note par la somme des notes maximales d’évaluation des grilles d’évaluation des sous-critères du pseudo critère concerné (Tableau 87). Tableau 87 : analyse de sensibilité N°3 - seuils (q, p, v) Seuils modifiés des pseudo-critères

Technique C1

Economique C2

Environnemental C3

Sanitaire C4

Social C5

Seuil d’indifférence (q) 4 16 1 0 8 Seuil de préférence (p) 4 16 1 0 8 Seuil de veto (v) 10 23 2 5 9



180

Cette analyse permet d’évaluer les scénarios en supprimant toute pondération « masquée » ou « implicite » au travers des sous-critères dont le nombre et les grilles d’évaluation ne sont pas homogènes en valeur numérique pour les différents pseudo-critères. Synthèse des résultats a) Représentation graphique des analyses La représentation graphique à deux dimensions a été retenue pour reporter les rangs en distillation descendante et en distillation ascendante. Chaque scénario est représenté par 2 coordonnées du graphique. Sur chaque graphique, les positions d’un scénario telles qu’elles résultent des pondérations de l’ensemble des acteurs pour l’ensemble des analyses réalisées sont représentées (Figure 119 à Figure 122). La grande uniformité des résultats conduit à constater un nombre de points (graphiquement) réduits sur l’ensemble des représentations (phénomène de superposition).

+

R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1

Distillation ascendante

Distillation descendante

+RéférenceSensibilité N°1Sensibilité N°2Sensibilité N°3

Légende :

Le scénario S1est classé systématiquement

au 2ème rang

+

R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :

Le scénario S2 est classéau 3ème et 4ème rang

Figure 119 : représentation scénario S1 (DAM – stockage) pour l’ensemble des acteurs

Figure 120 : représentation scénario S2 (DAM –épandage)

+

R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :


au 3ème rang

+R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :


au 1er rang

Figure 121 : représentation scénario S3 (JETSED - transfert pour l’ensemble des acteurs

Figure 122 : représentation scénario S4 (DAM - immersion)



181

Ce type de représentation a également pour objectif de faciliter la communication entre les acteurs pour conduire la négociation vers le consensus grâce à une meilleure lisibilité des résultats. Aussi, l’ensemble des résultats pour l’ensemble des analyses réalisées a été représenté pour chaque acteur (Figure 123 à Figure 132). Cette représentation donne les rangs descendant et ascendant de tous les scénarios.

+R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :

S4

+ S1

+ S3

S2 + S2

S1

+R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :

S4

+ S1

+ S3

S2 + S2

S1

Figure 123 : représentation ensemble des analyses - Acteur 1

Figure 124 : représentation ensemble des analyses – Acteur 2

+R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :

S4

+ S1

+ S2

+ S2

S1

S3

S3

+R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :

S4

+ S1

+ S2

+ S2

S1

S3

S3

S2



+R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :

S4

+ S1

+ S2

+ S2

S1

S3

S3

S2

+R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :

S4

+ S1

+ S2

+ S2

S1

S3

S3S3





182

+R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :

S4

+ S1

+ S2

+ S2

S1

S3

S3

S2

+R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :

S4

+ S1

+ S2

+ S2

S1

S3

S3 S2



+R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :

S4

+ S1

+ S2

+ S2

S1

S3

S3 S2

+R1

R2

R3

R4 R3 R2 Rang 1




Légende :

S4

+ S1

+ S2

+ S2

S1

S3

S3 S3



b) Examen des résultats Les analyses de sensibilité réalisées sans modifier les pondérations des différents acteurs permettent d’observer une grande constance dans le rangement des scénarios.

Le scénario S4 est classé systématiquement en tête et correspond au scénario le meilleur.

Le scénario S1 est classé systématiquement au second rang et correspond à un scénario acceptable.

Les scénarios S2 et S3 sont classés aux 3ème et 4ème rangs et correspondent aux

scénarios les moins bons. L’examen des représentations de l’ensemble des analyses de sensibilité pour chaque acteur révèle une convergence du scénario 4 (1er rang) présentant une grande stabilité en regard des pondérations initiales et des modifications apportées (seuils, matrices). Les graphes de surclassement (40 résultats non représentés) n’indiquent pas d’incomparabilité ni d’indifférence pour les scénarios. Les différentes analyses de sensibilité modifient partiellement les rangs de référence de certains scénarios au niveau des distillations descendantes ou ascendantes sans remettre en cause le rangement au niveau du préordre final.



183

L’analyse a été poursuivie en supprimant tous les seuils de veto (v) sur l’ensemble des pseudo-critères pour la totalité des acteurs sur les 4 analyses précédentes (référence, sensibilité N°1 à 3). Les résultats sont analogues :

Pas de modification fondamentale dans le rangement des scénarios, le scénario S4 reste en tête systématiquement et le scénario S2 en queue.

Le rangement des scénarios S1 et S3 n’est généralement pas remis en cause sur

l’ensemble des analyses à l’exception de l’analyse de référence où l’on constate que les graphes des acteurs (A3, A6, A9) sont modifiés et indiquent trois situations d’incomparabilité pour les scénarios (S1, S3).

Enfin, il a été vérifié si le classement final du préordre total est modifié si l’analyse est réduite à un sous-ensemble de l’ensemble initial, en supprimant par exemple le scénario S2 systématiquement classé en queue. Les résultats sur les 4 analyses (référence, sensibilité N°1 à 3) indiquent :

Un scénario S4 systématiquement classé au 1er rang.

Le rangement des scénarios S1 et S3 n’est généralement pas remis en cause sur l’ensemble des analyses à l’exception des analyses (référence, sensibilité N°1) où l’on constate que les graphes des acteurs (A8, A9) sont modifiés et indiquent une situation d’indifférence pour les deux scénarios (S1, S3).

c) Recommandation Vu la grande homogénéité des résultats, la très faible incomparabilité et indifférence, la recommandation est facile à établir. « La meilleure solution consiste à choisir le scénario (S4) : Dragage à la drague aspiratrice en marche et immersion des sédiments ». Cette solution très stable sur l’ensemble des simulations s’explique par une sensibilité moindre compte tenu des bons scores ordinaux sur plusieurs pseudo-critères de la matrice d’évaluation, en regard des scores éventuellement très performants de certains scénarios sur une partie seulement des pseudo-critères et moyens sur les autres. La préférence des scénarios a été très peu influencée par le choix des pondérations globales des différents acteurs malgré des propositions très larges et des pondérations directes volontairement radicales ou extrêmes.

Conclusions et perspectives


CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

L’objectif de ce guide était de proposer : - une méthodologie permettant d'améliorer la gestion des sédiments de dragage

(Partie I), - des solutions de valorisation dans le domaine du Génie Civil (Partie II), - un outil général d’aide à la décision pour le pilotage des opérations de dragage et de

mise en dépôt de ces sédiments (Partie III). L'outil méthodologique, décrit dans la partie I, apparaît intéressant et nécessaire dans le cadre d'une démarche de valorisation. En effet, l'hétérogénéité des propriétés des sédiments, selon les zones portuaires, entraîne une variabilité du comportement ce qui peut être préjudiciable pour la valorisation. Ainsi, le zonage permet la délimitation de zones où se trouvent des sédiments de composition granulaire et de qualité physico-chimique (pollution) équivalentes. Il peut donc être envisagé de choisir des sédiments de caractéristiques définies pour répondre au type de valorisation prise en compte. Dans le domaine de la valorisation, le Génie Civil est un secteur de choix, à travers la forte consommation en granulats et les problèmes d'approvisionnement en granulats naturels dans certaines régions. Les études décrites dans la partie II montrent qu'une valorisation des sédiments peu pollués en tant que matériau de chaussée ou en tant que coulis de remblaiement est possible. Chaque voie de valorisation étudiée s'appuie sur une démarche méthodologique proche du contexte industriel. Une planche expérimentale a été réalisée en fin de projet, avec des sédiments ayant subis, préalablement, une décantation, pour l'élaboration et la mise en place d'un matériau traité aux liants hydrauliques en couche de base d'une aire de stationnement pour poids lourds, au Port Autonome de Dunkerque. La réalisation et les premiers résultats de l'étude de suivi sont encourageants. Dans un cadre législatif sensible à la problématique environnementale liée aux rejets en mer, le lancement d'une opération de dragage, dans une zone où le niveau de pollution pose problème, est soumis aux avis de nombreux acteurs politiques, économiques, techniques, environnementaux. Dans ce contexte, l'élaboration d'un outil d'aide à la décision permet d'associer les différentes opinions et de concilier les acteurs pour choisir la solution optimale par un système de notation, affecté à de nombreux critères et sous-critères. La solution doit prendre en compte toutes les étapes, de l'opération de dragage à la valorisation ou la mise en centre de stockage permanent. Ainsi, les résultats issus des parties I et II peuvent donc être intégrés dans cet outil. Dans le cadre d'une valorisation en technique routière, la diminution de la teneur en eau, après dragage, reste une phase clé qui devra faire l'objet d'une étude spécifique. De même, la validation des voies de valorisation développées devra être vérifiée avec des sédiments pollués. Les solutions proposées ont été élaborées dans le respect de critères techniques et environnementaux, ainsi que dans une logique de moindre coût. Une étude économique détaillée devrait permettre de comparer ces solutions aux matériaux existants.

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MMEETTHHOODDOOLLOOGGIIEE DDEE GGEESSTTIIOONN DDEESS SSEEDDIIMMEENNTTSS DDEE DDRRAAGGAAGGEE PPOORRTTUUAAIIRREE

AANNNNEEXXEESS

Démarche PREDIS Nord Pas de Calais Groupe de travail n°5

SSOOMMMMAAIIRREE





Sommaire

Guide technique régional relatif à la méthodologie de gestion des sédiments de dragage portuaire i

SOMMAIRE

SOMMAIRE ........................................................................................................................................... i

ANNEXE GENERALE METHODOLOGIES DE GESTION DES OPERATIONS DE DRAGAGE .................................................................................................................... 1

ANNEXE 1-1 FICHES « HISTORIQUE », « SITE », « DONNEES » ET « REFERENCE ». 5

ANNEXE 1-2 REALISATION DU ZONAGE ........................................................................... 11

ANNEXE 1-3 TRAITEMENT DES DONNEES ...................................................................... 199

ANNEXE 2-1 GESTION DES SEDIMENTS ........................................................................... 233

ANNEXE 2-2 DES SEDIMENTS AU MATERIAU VALORISE ............................................ 33

ANNEXE 2-3 PREPARATION A LA FORMULATION ......................................................... 45

ANNEXE 2-4 ESSAIS DE CARACTERISATION DES FORMULATIONS DE COULIS .. 57

ANNEXE 3-1 PRESENTATION DE LA METHODE ELECTRE III .................................... 63

ANNEXE 3-2 IDENTIFICATION DES DONNEES ................................................................. 71

ANNEXE 3-3 CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DES SEDIMENTS DE L’AVANT PORT OUEST DE DUNKERQUE............................................................................... 109

ANNEXE 3-4 IDENTIFICATION DES CONTRAINTES ..................................................... 113

ANNEXE 3-5 PRESENTATION DU MODELE PRESSION – ETAT – REPONSE (P.E.R.) .. .............................................................................................................................. 125

ANNEXE 3-6 INDICATEURS ET SEUILS ENVIRONNEMENTAUX RETENUS DE L’E.I.E. .............................................................................................................................. 127

ANNEXE 3-7 MODELISATION DE LA DISPERSION DES SEDIMENTS LORS DE LEUR IMMERSION ........................................................................................................................ 135

Sommaire

Guide technique régional relatif à la méthodologie de gestion des sédiments de dragage portuaire ii

ANNEXE 3-8 METHODES DE MODELISATION ET D’EVALUATION DE L’IMPACT DES OPERATIONS DE DRAGAGE SUR LES ORGANISMES VIVANTS ............................. 139

ANNEXE 3-9 PRESENTATION DES PSEUDO CRITERES ET DES SOUS-CRITERES RETENUS .............................................................................................................................. 143

AANNNNEEXXEE GGEENNEERRAALLEE





ANNEXE GENERALE Méthodologies de gestion des opérations de dragage


ANNEXE GENERALE METHODOLOGIES DE GESTION DES OPERATIONS DE DRAGAGE

Le tableau qui suit (Tableau 1) permet de visualiser rapidement les particularités des procédures principales qui assurent la gestion des opérations de dragage. Ces dernières sont comparées, étape par étape : l’échantillonnage, la lutte à la source, la méthode de choix de la (ou des) solution(s), la surveillance et le suivi. Une ligne supplémentaire a été ajoutée pour des recommandations particulières. Concernant l’échantillonnage, l’OSPAR, le PNUE et l’AIPCN ont proposé plusieurs solutions. La stratégie générale de l’OSPAR, fondée sur l’homogénéité supposée du matériau, semble la plus réfléchie. Concernant le nombre d’échantillons à analyser, la proposition du PNUE, précisée par le Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement, [MATE, 1997] semble être la meilleure solution. En revanche, les trois méthodes ne donnent pas de consignes pour la définition d’un plan d’échantillonnage. Une méthode flamande [DPHMCF, 1990] pourrait être mise en œuvre pour pallier à ce problème. Par ailleurs, l’étude des résultats d’analyses des échantillons est un point qui n’est explicité par aucune des procédures. La lutte contre la pollution à la source est évoquée par les trois méthodes. Cependant, ces dernières n’ont pas défini de méthodologie afin d’identifier les sources de pollution et les combattre. Ces méthodes sont également imprécises quant au choix de la solution d’élimination retenue. L’organigramme OSPAR, assez complet sur le processus d’immersion, aussi bien techniquement qu’administrativement, mais ne traite pas du dépôt confiné du matériau quand celui ci ne peut être rendu acceptable. En revanche, le schéma SCSPD de l’AIPCN traite essentiellement de la solution de dépôt et de contrôle de celle-ci. De plus, si l’OSPAR favorise la solution de valorisation, elle n’explique pas les démarches nécessaires afin de valoriser le sédiment. Enfin, le suivi et la surveillance ne concernent que les lieux de dépôt (en mer ou à terre) des sédiments.



Tableau 1 : synthèse des méthodologies existantes de gestion des opérations de dragage

ETAPES OSPAR [OSPAR, 1998]

PNUE [PNUE, 2000, MATE, 1997]

AIPCN [AIPCN, 1990, AIPCN, 1997, AIPCN, 1998, AIPCN, 2000a, AIPCN, 2000b, AIPCN, 2003]

ECH

AN

TILL

ON

NA

GE

- fonction des volumes à draguer et selon que le site à draguer est fermé ou non - fréquence dépendant de la contamination - si homogénéité de la contamination, 3 stations de prélèvements donnent 1 échantillon d’analyse - pas de méthodologie de plan d’échantillonnage

2 méthodes : - la première est uniquement fonction de la superficie à draguer - la seconde est fonction des volumes à draguer et selon que le site à draguer est fermé ou non Pour ces deux méthodes, l’hypothèse d’uniformité des sédiments sur la zone à draguer retenue, mais sans explication Les circonstances du choix de l’une ou l’autre méthode ne sont pas expliquées Pas de méthodologie de plan d’échantillonnage

- répartition spatiale de la contamination (en surface et en profondeur) - échantillons mélangés plutôt qu’isolés - fréquence selon la mobilité de l’environnement et l’espacement des campagnes de dragage - pas de méthodologie de plan d’échantillonnage

LUTT

E A

LA

SO

UR

CE

Evoquée comme l’une des priorités, mais sans aucun détail Evoquée, mais sans explication

Evoquée au travers de quelques recommandations sans application concrète

CH

OIX

DE

LA

SOLU

TIO

N - la valorisation est

prioritaire sur l’immersion - les méthodes pour évaluer l’acceptabilité des matériaux (après analyses) ne sont pas données

- seule l’immersion en mer est considérée, - si les matériaux sont jugés impropres à l’immersion, d’autres solutions doivent être envisagées, sans précision

- les méthodes pour effectuer les choix ne sont pas détaillées - le dépôt confiné est la priorité, avec ou sans traitement qui, seul, n’est pas une solution envisagée.

SUR

VEI

LLA

NC

E

& S

UIV

I

- son importance est notée, mais ne concerne que les sites d’immersion - la comparaison avec des analyses antérieures est évoquée pour faciliter l’obtention du permis d’immersion

Jugés coûteux mais ne concernent que les sites d’immersion

- la surveillance est évoquée mais elle ne concerne que les sites d’immersion ou les sites de dépôt confiné - le suivi concerne surtout la réduction de l’impact des dépôts confinés

AU

TRES

- aucune solution n’est apportée pour les matériaux jugés non traitables - la valorisation n’est pas incluse dans l’organigramme

- un dragage sélectif est proposé, selon des paramètres qu’on ne peut connaître avant analyse des échantillonnages préconisés - le matériau est supposé homogène, les échantillons sont mélangés, sauf si les analyses infirment cette hypothèse

Ainsi, si ces méthodologies ont des aspects complémentaires intéressants, elles présentent aussi des points faibles identiques :

définition d’un plan d’échantillonnage, exploitation des résultats d’analyses, lutte contre la pollution à la source, choix de la solution d’élimination, méthodologie de valorisation, suivi et surveillance du site dragué.



A ces points faibles, il faut rajouter un problème de gestion et d’exploitation de l’information, permettant d’assurer une prise de décision judicieuse ainsi qu’une bonne traçabilité des opérations de dragage et des sites associés (sites de dragage et de dépôt). Par ailleurs, la problématique sociale des opérations de dragage rend nécessaire la participation des acteurs impliqués dans les différentes phases du projet pour une prise de décision concertée.

ANNEXE 1-1





ANNEXE 1-1 Fiches « historique », « site », « données » et « référence »


ANNEXE 1-1 FICHES « HISTORIQUE », « SITE », « DONNEES » ET « REFERENCE »

La fiche « historique » (Figure 1) est issue de l’étude préalable du site, première étape de la méthode, et permet de se familiariser avec le site et les installations présentes. Les données antérieures sont récupérées et regroupées dans 4 rubriques différentes.



Figure 1 : présentation de la fiche « Historique » de l’étude du site Cette fiche, associée à celle « données », permettra de lutter plus efficacement contre la pollution à la source, en repérant les différentes pollutions et en les comparant aux installations portuaires. La fiche « site » est la base même de la réflexion pour effecteur le zonage du port étudié (Figure 2). Les informations rassemblées doivent permettre d’identifier tous les éléments du port qui peuvent faciliter le découpage logique du site.



Figure 2 : présentation de la fiche « Site » de l’étude du site Cette fiche peut aussi être présentée sous la forme d’une carte. L’usage de logiciels informatiques, comme les Système d’Information Géographiques, permet de visualiser les paramètres séparément ou simultanément, selon le besoin du gestionnaire. La carte est alors constituée de plusieurs couches, chacune concernant un même type de données utiles par la suite au zonage.



La fiche « données » présentée ci-dessous est certainement la plus importante de toutes car elle permet de choisir la solution d’élimination des matériaux de dragage. Elle se décompose en 4 parties (Figure 3).

Figure 3 : présentation de la fiche « Données » de la phase de caractérisation Les paramètres généraux sont pris lors de l’échantillonnage alors que les autres paramètres sont le fruit des analyses en laboratoire.



La fiche « référence » (Figure 4) permet, par comparaison, de connaître la qualité du matériau ou de la pollution en proposant des valeurs « seuils ».

Figure 4 : présentation de la fiche « Référence » du traitement des données Les paramètres généraux, présentant principalement les conditions dans lesquelles se sont passés les prélèvements, n’ont pas de valeurs « seuils ». La présentation de valeurs moyennes permet de situer si les conditions sont exceptionnelles ou ordinaires. Ainsi, la rose des vents permet de comparer la vitesse et la direction du vent mesurées lors de l’échantillonnage à une référence. Les paramètres physiques présentent les mêmes caractéristiques : pour certains paramètres comme la granulométrie ou l’indice des vides, des abaques permettent de définir le matériau. La comparaison entre la fiche « données » et la fiche « référence » complète ainsi la caractérisation du matériau en traduisant les valeurs en qualités. Les autres paramètres biologiques et chimiques peuvent être intégrés au logiciel GEODRISK et permettent de savoir, par comparaison avec les valeurs de la fiche « données », si l’immersion est envisageable.

ANNEXE 1-2





ANNEXE 1-2 Réalisation du zonage


ANNEXE 1-2 REALISATION DU ZONAGE

La probabilité d’une pollution doit être considérée à toute étape de la procédure de dragage. Il faut tenir compte :

des voies par lesquelles les contaminants pourraient pénétrer les sédiments, de la probabilité d’une contamination due au ruissellement à partir de terres agricoles et

au ruissellement urbain, des rejets de contaminants dans la zone où le dragage doit être effectué, des rejets de déchets industriels et municipaux (passés et présents), de l’origine et de l’utilisation des matériaux de dragage, de la présence de gisements naturels de minéraux et autres substances.

Le zonage s’appuie sur la base des informations récoltées durant l’étude du site et plus précisément sur la carte de synthèse qui comporte normalement tous les éléments pouvant être à l’origine d’une modification de la sédimentation. Pour une bonne gestion des matériaux de dragage, il faut trois informations principales :

la quantité de matériaux, la qualité des matériaux, la teneur en contaminants.

Ces paramètres diffèrent selon les secteurs d’un port, de par leurs particularités (industries présentes, écluses, bassins fermés, etc.). Si l’on souhaite classifier les secteurs selon leur probabilité d’avoir un matériau et une pollution homogènes, les éléments suivants peuvent aider à distinguer les différentes zones :

les dimensions du site : La carte du site définit les surfaces générales. En effet, les plans

d’échantillonnage dépendent des surfaces à draguer, donc des dimensions du site. Une zone supposée homogène ne doit pas être trop grande, et au delà d’une certaine dimension, il est difficile d’envisager suffisamment de prélèvements sans que le coût soit excessif.

les entreprises et leurs façades portuaires : La pollution due aux entreprises provient des émissions de matériaux ou à des

émissions atmosphériques. Ces dernières sont souvent nettement moins localisées et plus difficiles à quantifier que les déversements de produits pollués. La part, non négligeable, de cette pollution ne sera pas étudiée ici. Par contre, pour juger des apports de matières, les quais de chargement et



déchargement des navires, les zones de stockages, souvent ouvertes aux vents, etc., sont intégrés dans la définition du zonage.

Les points de rejets : La pollution peut être industrielle, urbaine, ou rurale. Les cours d’eau, les

rivières, les égouts ou encore les systèmes de refroidissement des usines sont à considérer dans cette étape du zonage. En effet, les probabilités sont fortes pour qu’autour d’un de ces points, une certaine homogénéité soit effective.

Le découpage du site se fait en prenant en compte ces trois éléments. Le zonage est réalisé arbitrairement, en supposant que dans chaque zone se trouve un matériau relativement homogène, présentant une pollution régulière et donc différente des autres zones. Ce découpage fictif d’un port crée donc un nombre de zones variables au sein desquelles l’homogénéité des sédiments est supposée. Cette homogénéité sera vérifiée au travers des résultats d’analyses et permettra une gestion ciblée des matériaux de dragage. Cependant, si les résultats démontraient que la zone s’avère toujours hétérogène quant aux matériaux de dragage et/ou à sa pollution, il est conseillé de reprendre le zonage. Toutefois, il faut remarquer qu’une zone peut être non homogène du fait des évènements aléatoires à l’origine de cette pollution. Afin de simplifier la démarche, il est recommandé de tracer les frontières entre zones de manière rectiligne et perpendiculaire aux quais et de profiter du profil des bassins pour définir des zones simples. Pour cela, il est conseillé de minimiser les frontières tracées entre zones. Les trois points précédemment cités sont pris en compte pour valider ce découpage, au travers d’une méthode itérative. Cette étape est ainsi constituée de trois tests successifs décrits dans les paragraphes suivants.

11.. TTeesstt ddee ddiimmeennssiioonnss

Le zonage découpe virtuellement le port étudié en zones d’homogénéité probable, tant du point de vue du matériau que de sa pollution. Ces zones sont définies en fonction du port et des éléments à l’origine d’une modification des sédiments et de la pollution. Elles peuvent avoir des tailles variées mais des limites doivent être fixées : une surface minimale et une maximale. Ces limites vont être définies par l’adaptation de méthodes d’échantillonnage à cette problématique de zonage.

1.1. Surface minimale

Reprenant une méthode de maillage flamande d’échantillonnage [DPHMCF, 1990], il est possible de définir, selon les dimensions du site, la surface minimale d’une zone. En effet, la méthode flamande calcule la surface d’une maille pour le plan d’échantillonnage. On peut ainsi considérer cette maille comme une unité de surface élémentaire pour un port



donné. Ainsi, toute zone issue du zonage aura une surface supérieure ou égale à cette unité de surface élémentaire.

1.1.1. Principes de la méthode flamande

Cette méthode flamande respecte plusieurs principes :

le mode de prélèvement doit garantir que les échantillons sont représentatifs du projet de dragage considéré,

la limitation du nombre d’analyses doit en éviter un coût excessif. Elle s’obtient en brassant des échantillons individuels en échantillons mixtes,

la normalisation de la procédure d’échantillonnage doit garantir la reproductibilité des résultats.

1.1.2. Présentation générale de la méthode flamande

La zone à draguer est couverte par une grille de sondage dans chaque case de laquelle est prélevé un échantillon de manière aléatoire. La procédure comporte les étapes suivantes :

délimitation de la/des zone(s) à draguer, calcul du nombre et de la taille des cases de la grille de sondage, prélèvement des échantillons, description et analyse visuelle des échantillons, brassage des échantillons mixtes, transport et stockage des échantillons, analyse des échantillons mixtes.

1.1.3. Calcul du nombre des cases de la grille de sondage de la méthode flamande

Représentativité de la surface : Chaque site de dragage étant caractérisé par sa longueur L et sa largeur W, il y est défini n cases de la grille de sondage. n = nx*bf (n ≥ 6) où nx = densité d’échantillonnage spécifique nx = 30 * (W*L)0.33 et avec :

• W = largeur du site de dragage (km). Si celui-ci est complexe, c’est la largeur de la section à draguer la plus large qui est retenue pour W.

• L = longueur (en km) d’un site de dragage unique ou somme des longueurs de toutes les parties d’une section complexe.



• bf = facteur représentatif de l’historique du dragage, qui intègre le fait que les sites régulièrement dragués sont plus propres que ceux qui ne le sont que sporadiquement. Il prend les valeurs :

• bf = 1 pour un site dragué au moins une fois par an. • bf = 2 pour un site dragué au moins une fois tous les 5 ans. • bf = 3 pour un site dragué moins d’une fois tous les 5 ans.

Le facteur bf est introduit dans le calcul du nombre de cases d’échantillonnage, dans la mesure où celui-ci influence la représentativité des échantillons.

Représentativité de l’épaisseur de couche : Pour que les échantillons soient représentatifs de l’épaisseur de couche à draguer, les échantillons prélevés dans chaque case doivent l’être sur toute l’épaisseur des sédiments. Le prélèvement continu est effectué chaque fois que possible. Si l’épaisseur est au maximum d’un mètre, la totalité de l’échantillon doit être extraite de la carotte. Au-delà d’un mètre, un nombre ny d’échantillons partiels doit être retiré du carottage continu. ny = 2*d arrondi au nombre entier le plus proche où d est l’épaisseur des sédiments. Chacun des échantillons partiels a une longueur égale à l/ ny m et est prélevé au centre de la tranche de 0,50 m de l’échantillon continu.

Prélèvement des échantillons : Une fois déterminé le nombre n de cases de la grille de sondage, un réseau est dessiné sur le plan de localisation des sites de dragage comme indiqué ci-dessous : • Nombre de cases = n • Surface de chaque case = (W * L) / n = Sg • Dimensions de chaque case :

• si √Sg ≥ W : wg = W • si 0,5 W ≤ √Sg < W : wg = W/2 • si √Sg < 0,5 W : wg = W/3 • et alors Lg = Sg / wg

Un point de prélèvement d’échantillon est fixé de manière aléatoire dans chaque case.

1.1.4. Adaptation à la problématique du zonage

En adaptant cette méthode d’échantillonnage à la détermination d’une surface minimale de zone, on obtient :



Smin = W*L*106 / (bf *30 * (W*L)0,33) si (bf *30 * (W*L)0,33) ≤ 6 Avec : W = largeur du site de dragage (km). Si celui-ci est complexe, c’est la largeur de la section à draguer la plus large qui est retenue pour W. L = longueur (en km) d’un site de dragage unique ou somme des longueurs de toutes les parties d’une section complexe. bf = facteur représentatif de l’historique du dragage :

• bf = 1 pour un site dragué au moins une fois par an, • bf = 2 pour un site dragué au moins une fois tous les 5 ans, • bf = 3 pour un site dragué moins d’une fois tous les 5 ans.

Il n’est pas tenu compte de l’épaisseur des sédiments. Il est rappelé que ce zonage n’est pas strictement un plan d’échantillonnage mais plutôt un découpage pour identification des secteurs d’homogénéité probable du site.

1.2. Surface maximale :

La surface maximale d’une zone est plus problématique. Elle a été déterminée à partir du protocole d’échantillonnage proposé par le PNUE [PNUE, 2000]. En effet, ce protocole présente deux approches pour évaluer le nombre d’échantillons à analyser. La première, qui tient compte de la superficie du site, a permis de déterminer la surface maximale.

1.2.1. Principe de la première approche

La première approche permet de déterminer le nombre de stations d’échantillonnage, ajusté à la zone à draguer, en appliquant la formule N = x/25 où x est la superficie en mètres carrés et N le nombre de stations d’échantillonnage (N ≥ 4). Compte tenu des caractéristiques d’échange dans la zone à draguer, le nombre de stations d’échantillonnage devrait être plus restreint pour les zones ouvertes [PNUE, 2000].

1.2.2. Principe de la seconde approche

La seconde approche a été étendue et précisée selon les cas de figure. Le Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement [MATE, 1997] a ainsi réglementé le prélèvement et l’analyse des déblais de dragage au travers de différents tableaux présentés ci après.



Zones à échanges libres :

Nombre d’échantillons à analyser Volume dragué [m3] Nombre de stations

Pour matériaux homogènes Pour matériaux hétérogènes

Jusqu’à 25 000 3 3 1

25 000 à 100 000 4 – 6 4-6 2-3

100 000 à 500 000 7 – 15 7-15 3-5

500 000 à 2 000 000 16 – 30 16-30 6-10

> 2 000 000 10 de plus par million de m3 supplémentaire

10 de plus par million de m3 supplémentaire

4 de plus par million de m3 supplémentaire

Zones confinées :

Volume dragué [m3] Nombre d’échantillons à analyser < 5 000 m3 1 5 000 m3 ≤ < 25 000 m3 1 par 5 000 m3 25 000 m3 ≤ < 100 000 m3 5 plus 1 par 25 000 m3 ≥ 100 000 m3 8 plus 1 par 50 000 m3

Ports de plaisance : Pour les ports de plaisance, il est tenu compte soit du volume à draguer défini pour les zones confinées, soit de la capacité d’accueil selon les modalités suivantes : Capacité d’accueil Nombre d’échantillons à analyser < 100 bateaux 1 100 ≤ < 500 bateaux 2 500 ≤ < 1 000 bateaux 3 500 ≤ < 1 000 bateaux 4 ≥ 1 000 bateaux 5 Le nombre d’échantillons à prélever est fonction du volume total de matériaux à draguer et non de la surface. Ce nombre est différent selon que le site est fermé ou ouvert. Cependant, du fait que le site sur lequel le zonage est effectué est décrit par sa superficie, cette seconde approche ne peut pas être utilisée par le calcul d’une surface maximale de zone.

1.1.3. Adaptation à la problématique de zonage

En se basant sur la première approche, 4 échantillons au minimum doivent être récoltés. Ainsi, en considérant un prélèvement à effectuer par maille (ou zone), un maillage minimal de 4 zones doit être considéré. La surface maximale d’une zone est donc de :

Smax = W*L / 4 Avec : W = largeur du site de dragage (km). Si celui-ci est complexe, c’est la largeur de la section à draguer la plus large qui est retenue pour W. L = longueur (en km) d’un site de dragage unique ou somme des longueurs de toutes les parties d’une section complexe.



Il est rappelé que ce zonage n’est pas strictement un plan d’échantillonnage mais plutôt un découpage pour identification des secteurs d’homogénéité probable du site. Il faut noter que ce découpage en 4 zones minimum n’est pas forcément adapté aux petits volumes. En effet, dans ce dernier cas, la surface du site est telle que les sources de pollution sont souvent peu nombreuses ou alors tellement regroupées que l’on ne peut distinguer différents matériaux.

22.. TTeesstt ddeess ffaaççaaddeess ppoorrttuuaaiirreess

Chaque quai, comme chaque entreprise, a ses spécificités. Le type de matériaux traités n’est pas identique partout. Lorsqu’il y a déversement accidentel, diffus ou chronique, les produits se déposent au fond des bassins, ou augmentent la turbidité en se mettant en suspension. Les solides en suspension, tant minéraux qu’organiques, sont d’importants vecteurs de contaminants. Les conséquences pour les plans d’eau sont des types de sédiments différents selon les façades portuaires. Les sources de contamination sont nombreuses et la charge contaminante s’est souvent accumulée pendant des décennies. Chaque type de contaminant a sa propre voie de pénétration dans les sédiments. Si certaines de ces voies peuvent être déterminées durant l’étude, il sera alors plus aisé de repérer la (ou les) source(s) de pollution. L’objectif de ce test est de vérifier qu’une façade portuaire est bien incluse dans une zone et n’est pas coupée par le zonage du site. Le fait d’avoir une même façade au sein d’une zone peut expliquer pourquoi on a un certain type de matériau dans cette zone et un autre dans la zone voisine. Si l’entreprise ou le quai de déchargement faisait partie de deux zones, les conclusions à propos de la pollution seraient plus difficiles à tirer.

33.. TTeesstt ddeess rreejjeettss ppoonnccttuueellss

Les sources de pollution sont multiples et les contaminants sont émis dans l’atmosphère et dans les eaux souterraines et de surface avant d’aboutir dans les sols et sédiments. Néanmoins, il est probable que la majeure partie des concentrations de contaminants dans les sédiments a directement été déversée dans un cours d’eau, où elle s’est d’abord fixée aux solides en suspension pour se déposer ensuite sur le lit. Un autre cheminement généralement moins pris en compte, mais qui pourrait être prédominant pour certaines substances telles que la dioxine, est le dépôt dans l’atmosphère sous forme de poussière ou de précipitation. L’origine de la contamination est soit ponctuelle (rejets de collecteurs sans traitement des effluents ou fuites dues à un accident ou à de la négligence), soit diffuse (ruissellement des eaux de surface et cultures intensives). Les déterminants et sources de solides en suspension ont été synthétisés par [TESSIER, 2003].



Adaptées à la problématique du port maritime, les origines de la pollution des matériaux de dragage sont :

la précipitation dans le bassin versant : érosion du sol, fonction de la topographie, de la géologie, de l’affectation des terres et du réseau hydrographique (affluents),

le transport des sédiments dans les cours d’eau : sédiments charriés, abrasion des berges due au débit solide sur le fond,

les apports : pluies d’orage évacuées par les égouts, effluents des décharges municipales et industrielles, rejets des installations de traitement des eaux usées,

les autres sources dues à l’homme : aménagements hydrauliques, extraction et mise en dépôt de matériaux de dragage, mise en mouvement de sédiments par la navigation, dépôts atmosphériques, manutention de contaminants (stockage, transbordement, transport) [AIPCN, 1997].

La synthèse de l’existant permet de connaître l’environnement des matériaux de dragage. Les points de rejets ponctuels, chroniques ou diffus, sont connus au moyen de repérages aériens par exemple. La DRIRE recense les industries potentiellement polluantes et contrôle leurs émissions ou rejets. De la même manière que pour les façades portuaires, il faut tenir compte de ces points de rejets pour effectuer le zonage. La zone d’influence du point étudié dépend évidemment du débit ou de la quantité de produits déversés. Etant donné la multitude de cas, il faudra s’assurer que les points, repérés lors de l’étude préalable du site et annotés sur la carte, ne sont pas trop proches d’une frontière entre les zones que l’on a définies. L’idéal est de positionner ces points de rejets à égale distance des frontières de la zone qui les contient. La carte d’influence des points de rejet est particulièrement utile pour cela. Ces trois tests peuvent conduire à un découpage impossible. A ce moment là, c’est à la personne qui applique la méthode de juger du facteur influençant le moins les sédiments et de ne pas le considérer pour effectuer le zonage.

ANNEXE 1-3





ANNEXE 1-3 Traitement des données


ANNEXE 1-3 TRAITEMENT DES DONNEES

11.. IInnttrroodduuccttiioonn

La mise en place d’une méthodologie de gestion des sédiments de dragage maritime conduit à assurer la traçabilité des données recueillies, auxquelles sont associées toute une série d’informations sur les conditions de collecte de mesures, d’analyses, de résultats, et de suivi. L’élaboration de bases de données, associées à des outils de traitement des informations, s’avère donc indispensable pour assurer la conservation des données et la base juridique indispensable à la prise de décision et à la communication. Toutes ces informations sont alors traitées, validées, cartographiées et organisées pour être conservées. Enfin, elles pourront être valorisées dans des modèles mathématiques de transfert et/ou d’exposition. Les moyens informatiques actuels permettent de superposer sur la carte du site étudié ces différentes données pour l’aide à la décision des élus ou des gestionnaires. Toutes les données traitées, nécessaires au zonage ou issues de celui-ci, ont été regroupées sous la forme de fiches, de cartes ou équivalents afin d’en faciliter l’usage. Ainsi, l’étude préalable fournit une fiche « historique » (Annexe 1-1), document regroupant toutes les informations sur le passif du site, son histoire, son évolution, quel que soit le type de données. Elle fournit également une fiche « site » (Annexe 1-1) qui pourrait se présenter sous la forme d’une carte du site sur laquelle sont annotées toutes les informations concernant le site lui-même, les industries présentes, etc. L’étape suivante, le zonage, utilise cette fiche « site » afin de découper au mieux le port en zones de probables homogénéités. A l’issue de cette étape, nous disposons alors d’une carte morcelée, les informations précédentes étant réparties dans chacune des zones. La phase d’échantillonnage suivie de la caractérisation des prélèvements procure des fiches « données » (Annexe 1-1). Chacune de ces fiches correspond à un échantillon et présente tous les résultats d’analyses. Ces fiches constituent le cœur même de la caractérisation des matériaux de dragage qui permettra d’en adapter au mieux la gestion. La quasi totalité des données centralisées sous cette fiche est de nature numérique, recouvrant les résultats des analyses. Les autres données sont saisies à titre indicatif comme la météo lors du prélèvement ou encore la direction du vent. Cette fiche « données » est utilisée dans l’étape de traitement des données, et d’interprétation des résultats. En effet, à l’aide d’une fiche type regroupant les valeurs de référence (ou valeurs



seuils) pour chacun des paramètres mesurées dans les fiches « données », il est possible de noter le matériau vis à vis de chaque paramètre. La note finale, calculée à partir de chaque note obtenue, permet de juger le matériau sur sa globalité et de savoir s’il peut être immergé ou non. Dans le cas d’une interdiction d’immersion, le détail des notes permettra de savoir quel(s) traitement(s) appliquer selon la pollution contenue. L’outil GEODRISK permet de réaliser cette notation.

22.. LLooggiicciieell GGEEOODDRRIISSKK

2.1. Problématique

Actuellement, le traitement des données est l’étape privilégiée par les organismes en charge du dragage. En effet, les propositions de seuils pour certains paramètres apparaissent et donnent lieu à des débats entre experts, telles celles du groupe GEODE adoptées par la législation française. En effet, juger la teneur limite d’un paramètre n’est pas chose aisée. Selon le type de paramètres, la toxicité ne se manifeste pas de la même manière et proposer des seuils ne se fait pas sans une sérieuse réflexion. Dans le cadre de la gestion des sédiments, l’important est de connaître le matériau et la pollution éventuellement présente. Cette connaissance doit permettre d’éliminer certains solutions de traitement (immersion en mer, traitement(s) puis dépôt confiné ou valorisation). Néanmoins, il ne faut pas oublier que la solution prioritaire restera toujours l’immersion, de par son coût et la facilité de réalisation. Afin de juger la capacité du matériau dragué à être immergé, le logiciel GEODRISK [ALZIEU et QUINIOU, 2001] s’appuie sur deux valeurs seuils pour les 15 paramètres que l’arrêté du 14 juin 2000 impose de vérifier. Les valeurs d’analyses effectuées sur les échantillons prélevés sont comparées à ces valeurs seuils. Le résultat de cette comparaison permet de choisir le mode de gestion du matériau étudié. Ce principe de comparaison peut être appliqué aux paramètres physiques, chimiques et biologiques des matériaux afin d’en tirer un maximum d’enseignement. De plus, d’autres études ont été menées dans différents pays et des valeurs ont été proposées pour d’autres paramètres. Sur la base de ces valeurs, une comparaison peut aussi être entreprise pour définir le matériau, dans l’attente de la prise en compte de ces paramètres par la réglementation française. Les conclusions des différentes études de caractérisation du matériau vont permettre, dans un premier temps, de déterminer le degré de pollution du matériau et sa possibilité d’immersion. Dans un deuxième temps, les données recueillies et comparées aux valeurs « seuils » de la loi aideront à la décision du choix des traitements, des valorisations ou des solutions de dépôt en utilisant l’outil d’aide à la décision présenté dans la troisième partie de ce guide. Ces valeurs « seuils » sont en partie issues des réglementations et recherches diverses sur les matériaux de dragage. Pour certains paramètres, il a aussi été nécessaire de se référer aux indices de qualité de l’Agence de l’Eau Française [AGENCE DE L’EAU, 1998]. Les teneurs



proposées permettent d’effectuer une notation de la qualité des sédiments dragués, en vue de leur immersion. Toutes les valeurs « seuils » de chacun des paramètres vont être réunies sur une fiche « référence » (Annexe 1-1). Cette fiche est structurée de la même manière que la fiche « données » afin de faciliter la comparaison et la notation. Une veille législative doit mise en place afin de mettre à jour les valeurs « seuils » de cette fiche. La comparaison entre fiches « données » et « référence » peut être aisément informatisé sous la forme d’un logiciel comparable à GEODRISK. Sur la base de ces connaissances, la comparaison des données mesurées et de ces valeurs seuils peut être menée et déboucher sur une évaluation du matériau et de sa pollution.

2.2. Logiciel GEODRISK

Le logiciel GEODRISK est une démarche d’analyse des risques liés à l’immersion des boues de dragage des ports maritimes. Incorporant l’arrêté du 14 juin 2000 (Publication du Gouvernement Français, 10 août 2000) « relatif aux niveaux de référence à prendre en compte lors d’une analyse de sédiments marins ou estuariens présents en milieu naturel ou portuaire », ce logiciel reprend les valeurs de référence pour les 8 métaux et les 7 PCB [ALZIEU et QUINIOU, 2001]. Il fixe les valeurs « guide » (Tableau 2) exprimées en mg/kg de sédiment sec sur la fraction inférieure à deux millimètres. L’objectif est de déterminer la qualité des matériaux de dragage et la possibilité de leur immersion en mer. Tableau 2 : niveaux de référence (mg/kg sédiment sec) pour métaux et polychlorobiphényles selon l’arrêté du 14 juin 2000, paru au Journal Officiel du 14 août 2000. Métaux Niveau N1 Niveau N2 Arsenic 25 50 Cadmium 1,2 2,4 Chrome 90 180 Cuivre 45 90 Mercure 0,4 0,8 Plomb 100 200 Nickel 37 74 Zinc 276 552 Polychlorobiphényles Niveau N1 Niveau N2 CB 28 0,025 0,050 CB 52 0,025 0,050 CB 101 0,050 0,100 CB 118 0,025 0,050 CB 138 0,050 0,100 CB 153 0,050 0,100 CB 180 0,025 0,050

PCB 0,5 1



La signification des deux niveaux de valeur guide, pour les métaux et les PCB, est définie par les lignes directrices de la Convention d’Oslo :

Niveau 1 : valeur au-dessous de laquelle l’immersion peut être autorisée sans étude particulière, mais au-dessus de laquelle des études plus approfondies que la simple analyse physico-chimique doivent être entreprises. Dans ce dernier cas, une évaluation écotoxicologique globale du sédiment par un ou plusieurs tests de laboratoire peut être demandée par les services chargés d’instruire la demande du permis d’immersion,

Niveau 2 : valeur au-dessus de laquelle l’immersion est susceptible d’être interdite s’il n’est pas apporté la preuve qu’elle constitue la solution la moins préjudiciable pour l’environnement.

Cet outil d’aide à la décision pour la gestion des matériaux de dragage contaminés repose sur les domaines suivants :

le danger potentiel de chaque contaminant, la toxicité mesurée du sédiment, la potentialité du transfert des contaminants à partir de la zone de dépôt, la sensibilité de l’écosystème récepteur.

Pour chacun de ces 4 points, on considère des critères de risques spécifiques, auxquels des notes sont attribuées, comprises entre zéro et trois, fixées à partir de données bibliographiques sur la biogéochimie et la toxicité des contaminants considérés. Le calcul du score de risque global du sédiment prend en considération pour chaque contaminant analysé, dans un premier temps les scores de danger potentiel et de transfert et dans un deuxième temps les scores de toxicité mesurée et de sensibilité de l’écosystème selon la formule : Risque = [DI * Q] * [(M+B)*C]*[V] Avec : DI : note de toxicité potentielle (de 0 à 3), Q : note pour la concentration en contaminant (de 0 à 3), M : note affinité phase dissoute (de 1 à 3), B : note de bioconcentration (de 1 à 3), C : note de transfert (de 1 à 3), V : note de sensibilité écosystème (1 à 3). Le logiciel GEODRISK donne un score de risque qui donne ou non la permission d’immersion en mer des sédiments, à partir de résultats d’analyses de certains paramètres physico-chimiques. Mais, dans la législation française, l’interdiction d’immersion n’existe pas et en cas de risque de pollution, des études d’impacts sont demandées.

ANNEXE 2-1





ANNEXE 2-1 Gestion des sédiments


ANNEXE 2-1 GESTION DES SEDIMENTS

Cette annexe a pour but de décrire à la fois les sédiments et de mieux connaître les différentes phases qui constituent la gestion des sédiments.

11.. SSééddiimmeennttss :: uunn mmaattéérriiaauu oorriiggiinnaall

1.1. Définition et origine des sédiments

Appelés communément vases, les sédiments marins sont constitués de phases minérale, organique et liquide (eau). La définition exacte donnée par le dictionnaire de géologie de [FOUCAULT ET RAOULT, 1980] est "un ensemble constitué par la réunion de particules plus ou moins grosses ou de matières précipitées ayant, séparément, subi un certain transport". Les particules proviennent de l’érosion des roches et des sols, de l’activité organique (accumulation de coquilles, …) ainsi que des rejets locaux dus à l’activité humaine [LIFE, 2002 ; FOUCAULT ET RAOULT, 1980].

1.2. Composition structurale

Une phase minérale peut se décomposer en différentes fractions classées selon leurs tailles différentes (Tableau 3) : Tableau 3 : Distribution granulométrique Cailloux Graviers Sables Limons Argiles

d > 20 mm 2 mm < d < 20 mm 63 µm < d < 2 mm 2 µm < d < 63 µm d < 2 µm Dans la phase minérale, les grains vont des sables aux argiles et aux colloïdes. La fraction fine est caractéristique de toute vase. Elle peut entraîner des comportements originaux provoqués



par l’interaction des particules minérales entre elles et avec l’eau contenue dans le milieu, ainsi qu’avec les ions présents et éventuellement les éléments organiques qui seront détaillés dans le paragraphe suivant. Les particules argileuses sont majoritairement chargés négativement et vont capter les cations du milieu. Selon les dispositions et les liaisons entre les feuillets d’argile, les ions peuvent s’insérer plus ou moins facilement. L’intensité de la fixation entre les cations et les feuillets dépend de la valence des cations et de l’état d’hydratation du milieu [MUSTIN, 1987]. En effet, certains cations s’entourent d’une couche d’eau plus ou moins importante lorsque l’état hydrique le permet. Ainsi, l’ion sodium donne une floculation des particules peu stable car cet ion s’entoure d’une couche d’eau importante qui ne lui permet pas de se lier facilement avec les particules [MUSTIN, 1987].

1.3. Composition organique

Les sols organiques sont très compressibles, et ont une couleur sombre ainsi qu’une odeur caractéristique [SCHLOSSER, 1988]. La fraction organique est faiblement représentée dans un sol, comparée à la fraction minérale. C’est aussi une fraction très variable au cours du temps [MUSTIN, 1987]. Les matières organiques du sol, en général, sont réparties en quatre classes [MUSTIN, 1987] :

la matière organique vivante (biomasse active), la matière organique fraîche (débris végétaux, cadavres, excréments, …), les composés en cours d’évolution dits transitoires, les composés organiques stabilisés, appelés communément humus ou substances

humiques. Les substances humiques sont divisées en trois groupes : la fraction humine, les acides humiques et les acides fulviques. Pour caractériser quantitativement la fraction organique, des méthodes chimiques ou thermiques peuvent être employées. Sur le plan quantitatif, dans notre étude, un couplage pyrolyse flash - chromatographie en phase gazeuse - spectométrie de masse a permis d’évaluer la nature des différents éléments. Les composés organiques s’associent facilement avec les particules fines des sols et en particulier les argiles. Cette association va augmenter la capacité de fixation des cations [MUSTIN, 1987]. Ces interactions sont causées par l’adsorption entre les éléments, les ponts d’eau et les cations de liaison, tels que l’aluminium et le fer qui se lient étroitement avec les particules de sol et les éléments organiques [MUSTIN, 1987]. Ce sont ces liaisons qui vont permettre à l’humus, chargé négativement, de s’associer aux particules argileuses, la capacité d’adsorption se trouvant ainsi augmentée. L’arrangement du complexe argilo-humique est basé sur l’hypothèse d’une présence d’un noyau argileux entouré par les composés organiques répartis en couches selon leur nature (l’humine, proche de l’argile, puis les acides humiques, puis les molécules à caractère aliphatique tels que les acides fulviques, les polysaccharadides et les protéines). La présence organique accroît la stabilité d’un sol.



Par ailleurs, la présence de sels dans le milieu va jouer un rôle important. En effet, l’ion sodium est un floculant peu stable. Le sodium peut aussi entraîner l’inhibition de l’humification et de la minéralisation de la matière organique. Ainsi, la présence de sels dans un sol entraîne une stabilité structurale moins grande.

22.. LLeess ssééddiimmeennttss eett llaa ppoolllluuttiioonn

2.1. Origine et type de pollution

La pollution est issue essentiellement de toutes les activités humaines : industrielles, urbaines, agricoles. Les polluants comprennent les polluants inorganiques, les micropolluants organiques et les microorganismes toxiques. On retrouve dans les polluants inorganiques [LE HECHO, 1998] :

les métaux, certains sels sous forme d’anions tels que les sulfates, les phosphates, les nitrates, les

chlorures et les cyanures certains sels sous forme de cations tels que l’ammonium.

Les critères principaux de spéciation, de solubilisation, et de capacité d’adsorption aux interfaces permettent de caractériser efficacement les polluants inorganiques [LE HECHO, 1998]. Dans les milieux réducteurs soufrés, les métaux s’associent aisément avec le soufre, (comportement chalcophile). Ils apparaissent alors sous forme de sulfures (Fe, Cu, Pb, Zn). A l’inverse, en milieu oxydant, ils se combinent avec l’oxygène et deviennent lithophiles. Ils se combinent alors facilement aux silicates (Zn, Cr), ou les oxydes (Cr, Ni, Fe, Al, V, Co) [PIANTONE et al, 2002]. Les molécules organiques toxiques se composent entre autre de carbone, d’hydrogène, d’oxygène, d’azote et sont d’origine anthropique. Par exemple, sur 2 690 000 tonnes d’hydrocarbures déversées dans les mers tous les ans, les premières sources sont les rejets des villes, les déballastages et les rejets machines avec 26 % pour les premiers et 19,5 % pour les seconds [GESAMP, 2000]. L’adsorption des composés organiques dépend des facteurs suivants [TREMBLAY, 1998] :

le carbone organique, la température, l’acidité, la salinité, la texture, la contamination par l’huile.



2.2. Impact de l’hétérogénéité

La gestion des sédiments est fonction du classement des matériaux dans les grilles de l’Arrêté du 14 juin 2000 et des résultats des tests écotoxicologiques. Lorsque les sédiments posent de graves problèmes environnementaux, des traitements et la mise en place de solutions de valorisations et de stockage sont nécessaires. Lorsqu’on réalise l’étude de dragage portuaire, on se retrouve avec des vases de nature et de teneur en polluants variables, cette hétérogénéité augmentant avec l’importance du port et ses activités. Ainsi, il devient difficile de mettre en place un process adapté à ces vases. Il est donc intéressant de délimiter les endroits où se situe une certaine stabilité des paramètres étudiés : c’est le zonage [MAC FARLANE, 2003] (annexe 1). Les différentes zones ainsi détectées se différencient par le type de sédiments (granulométrie, …) et les pollutions (proportion, pollution aux hydrocarbures ou aux métaux lourds…). L’hétérogénéité évoquée ci-dessus est un terme important, évoquant une absence de conservation de mêmes valeurs portant sur les mêmes paramètres à l’intérieur d’un milieu étudié. On peut diviser cette notion en deux groupes [GY, 1998] :

l’hétérogénéité de constitution, correspondant aux propriétés intrinsèques variables du lot et en particulier, des éléments le constituant. On ne peut la réduire avec l’homogénéisation et le mélange,

l’hétérogénéité de distribution, fonction de la répartition non aléatoire, dans l’espace ou dans le temps, des particules ou des groupes formés dans le lot.

Une matière de constitution homogène ne montrera jamais de distribution hétérogène et plus la constitution est hétérogène, plus la distribution le sera aussi [WAVRER, 2003]. Dans le cadre d’une méthodologie d’étude en laboratoire des paramètres et propriétés représentatifs du matériau, il est donc nécessaire de procéder à un échantillonnage. L’échantillonage, d’après [GY, 1990], est « la réduction non restrictive de la masse. Cette réduction ne peut résulter que de la sélection d’un sous ensemble d’éléments constitutifs (fragments, molécules, ions) destiné à représenter l’ensemble formé par le lot ». C’est le but du zonage de pouvoir cibler à une échelle relativement importante une zone dans laquelle les matériaux sont considérés homogènes pour les paramètres choisis. Une étude ciblée sur la pollution doit aussi prendre en compte un moyen de conservation stable des matériaux dans le temps. Les conditions et objectifs de l’étude permettent d’établir le choix de conservation. Par exemple, dans une étude portant sur le comportement et la capacité de mobilisation des métaux dans des sédiments et boues de Barcelone, les échantillons ont été congelés à –20°C, placés dans des sacs en plastique [LOPEZ-SANCHEZ et al., 1995]. Une fiche décrivant l’emplacement du prélèvement, la date, la profondeur, le matériel de prélèvement, la composition de l’échantillon, les conditions hydrologiques, une description macroscopique (type de sédiment, couleur, odeur…) accompagne les différents récipients remplis de sédiment [LIFE, 2002].



2.3. Interactions avec la structure des sédiments

Les études menées sur les interactions entre les polluants et les matériaux, en général, montrent que les polluants vont préférentiellement se fixer sur la fraction fine, de part les propriétés électro-statiques des argiles, et de manière moindre, des limons. Ainsi, selon le type et les caractéristiques des particules fines, le potentiel de fixation des métaux sera différent. On note comme paramètres importants de ce comportement [MAROT, 98] : - la mobilité des cations compensateurs entre les feuillets d’argiles, - le pH, qui selon sa valeur va permettre un relargage de certains métaux dans une certaine proportion, - le type d’argile. En effet, les argiles gonflantes, telle que la smectite, auront un potentiel de fixation des métaux plus important car les distances entre réticules sont plus grandes que pour l’illite ou la kaolinite. Avec la présence de composés organiques, les métaux peuvent changer de caractéristiques car les métaux forment des complexes avec la substance humique (en particulier l’acide fulvique) alors qu’elle-même, est sujet à des processus d’oxydoréduction, de part son oxydation, avec l’ion minéral [MAROT, 98]. Ces comportements peuvent permettre d’agir sur la fixation des métaux par les matières organiques [MAROT, 98]. Les polluants sont, cependant, étroitement liés avec les particules fines minérales et les molécules organiques, ce qui entraîne, dans le cadre d’un process de valorisation, l’utilisation de traitements complexes et coûteux, pour altérer voire détruire les polluants, et permettre d’obtenir un matériau valorisable et sans risque pour l’environnement.

33.. DDéévveellooppppeemmeenntt ddee llaa vvaalloorriissaattiioonn

3.1. Contexte législatif

Les conventions d’Oslo en 1972 et de Paris en 1974 ont été mises en place pour traiter les pollutions par immersion et celles d’origine tellurique pour la zone de l’Atlantique du Nord Est. Les objectifs sont de limiter les rejets polluants dans le milieu marin. En 1992, ces deux conventions ont été réunies pour former un instrument plus global, afin de proposer des programmes et des mesures pour la prévention et l’élimination de la pollution : la convention OSPAR. En France, on prend en référence le décret n°93-742 du 29 mars 1993 dépendant de la loi sur l’eau de 1992, pour permettre l’exécution d’une opération de dragage. Le permis d’immersion sera attribué soit au titre de la convention de Londres de 1972, de la convention de Barcelone de 1976 telle qu’amendée en 1995 et du protocole « immersion » de 1995 annexée à la



convention de Barcelone, soit au titre de la convention de Paris de 1992 d’une autorisation ou d’une réglementation conforme aux critères, lignes directrices, et procédures adoptées par les parties à ladite convention [CASTILLON, 2002]. La convention de Rio de juin 1992 a mis l’accent sur les notions du développement durable, et sur la nécessité de réduire la pollution. Le but est donc de réaliser les projets de construction ou autres, en pensant au développement des générations futures. Cette logique peut s’inscrire à la fois, lors de l’opération de dragage, mais aussi et surtout lors de l’élaboration de solutions de valorisations efficaces et respectueuses de l’environnement [CASTILLON, 2002]. Si l’immersion est refusée, il faut orienter les sédiments vers des lieux de stockage ou les introduire dans un process industriel qui, éventuellement, existe déjà. Ce dernier cas induit une valorisation directe. Mais, dans certains cas, le stockage représente une phase intermédiaire provisoire ou permanente qu’il faut maîtriser. En France, on parle de centre de stockage des déchets et non de centre d’enfouissement technique qui est l’ancienne terminologie. On trouve trois classes différentes (Tableaux 4 et 5) :

classe I, pour les déchets industriels spéciaux ultimes ainsi que les résidus ultimes stabilisés,

classe II, les ordures ménagères ultimes, les sables de fonderie et les mâchefers, classe III, les déblais, les gravats de nature inerte.

Tableau 4 : les classes de stockage des déchets [BILLARD, 2001]

Classe Déchets Nature dominante des déchets Fonction du stockage

Dispositions pour la protection de

l'environnementDurée

DIS ultimes Minéraux solubles Stockage Couverture, toit mobile Réversible Résidus ultimes stabilisés (métaux, sels) Isolement de la pluie Stabilisation, draînage, Permanent à long terme(seuils d'admission) Besoins régionaux géologie Autosurveillance sur 30 ans

K>10-9 m/s (e=5m)OM brutes avant 2002 Organiques Evolution Drainage Moyen terme (20 à 30 ans)OM ultimes après 2002 Minéralisation biologique Isolement du sous sol : Site convertible réutilisable ou Mâchefers Minéraux évolutifs Maturation e = 1 m, K = 10-9 m/s ou " abandon "Sables de fonderies Besoins départementaux e = 5 m, K = 10-6 m/sDéblais Inertes Gestion Eviter les dépôts sauvages Permanent si non récupérationGravats Espace géographiqueDémolition

I

III

II

A partir d’essais de lixiviation, et d’analyses sur éluats et sur solides, exprimés en mg/kg de matières sèches, les déchets peuvent être classés parmi les déchets inertes, non dangereux, ou dangereux. Dans l’étude présentée, l’étude d’impact environnemental des sédiments bruts et des matériaux obtenus par formulation s’appuie sur cette démarche. Sur ce point, les sédiments, dans le catalogue européen des déchets, sont répertoriés aux rubriques 17 05 05 et 17 05 06. Ils s’inscrivent donc dans cette démarche d’acceptation en centre de stockage, comme tout autre déchet.



Tableau 5 : seuils d’acceptation dans les centres de stockage (JOCE du 16 01 2003)

PARAMETRES Classe III stockage

de déchets inertes

Valeurs seuils (en

mg/kg de ms)

Classe II stockage de déchets non dangereux

Valeurs seuils (en

mg/kg de ms)


déchets dangereux

Valeurs seuils (en

mg/kg de ms)


avant stockage

SUR ELUAT (L/S = 10)

pH 4 - 13 Fraction soluble < 4000 < - < 60000 < - < 100000 < Antimoine (Sb) < 0,06 < - < 0,7 < - < 5 < Arsenic (As) < 0,5 < - < 2 < - < 25 < Baryum (Ba) < 20 < - < 100 < - < 300 < Cadmium (Cd) < 0,04 < - < 1 < - < 5 < Chrome Total < 0,5 < - < 10 < - < 70 < Chrome VI 5 < Cuivre (Cu) < 2 < - < 50 < - < 100 < Mercure (Hg) < 0,01 < - < 0,2 < - < 2 < Molybdène (Mo) < 0,5 < - < 10 < - < 30 < Nickel (Ni) < 0,4 < - < 10 < - < 40 < Plomb (Pb) < 0,5 < - < 10 < - < 50 < Selénium (Se) < 0,1 < - < 0,5 < - < 7 < Zinc (Zn) < 4 < - < 50 < - < 200 < Cyanures < < - < < - < 5 < Chlorures < 800 < - < 15000 < - < 25000 < Sulfates < 1000 < - < 20000 < - < 50000 < Fluorures < 10 < - < 150 < - < 500 < Indice phénol < 1 < - < 50 < - < 100 < COT (carbone organique total)

< 500 < - < 800 < - < 1000 <

PARAMETRES Classe III

stockage de

déchets inertes

Valeurs seuils

(en mg/kg de ms)

Classe II stockage

de déchets non

dangereux

Valeurs seuils (en

mg/kg de ms)


déchets dangereux

Valeurs seuils (en

mg/kg de ms)


avant stockage

SUR DECHET BRUT

COT 30000 60000 BTEX 6 PCB (7 congénères)

1

Hydrocarbures 500 HAP 50

Ces valeurs seuils sont données par une décision du conseil de l’Union Européenne, parue dans le Journal Officiel des Communautés Européennes du 16 janvier 2003. Si les paramètres mesurés d’un déchet dépasse les valeurs seuils maximales, pour l’acceptation des déchets dangereux, le déchet doit être traité avant stockage, pour diminuer voire supprimer son caractère polluant. Dans notre cas, les sédiments suivront la même démarche globale de classement, ces derniers étant répertoriés dans le catalogue Européen des déchets.



3.2. Traitements possibles

Les traitements ou pré-traitements existants peuvent être regroupés en six classes [MAROT, 1998] :

les prétraitements ou traitements physiques (hydrocyclone, …), qui s’appuient sur les différences de densité entre les éléments du matériau, et les forces d’attraction des particules fines,

les prétraitements ou traitements mécaniques (filtre presse, …), qui agissent par accélération de la consolidation du matériau,

les traitements physico-chimiques (phosphatation, …) qui permettent d’attirer et séparer les particules polluées, par le mélange avec des agents chimiques ou l’envoi de courant électrique,

les traitements biologiques (phytoremédiation, …), qui dégradent les polluants organiques grâce aux champignons, bactéries, enzymes introduits,

les traitements thermiques (calcination, …), qui permettent de détruire à une température et un temps fixés les éléments polluants,

la stabilisation solidification (ajout de liants hydrauliques, …), qui encapsulent les polluants à l’intérieur d’une matrice.

L’Agence de l’Eau Artois Picardie a étudié les principaux traitements possibles en collaboration avec le Pôle de Compétence sur les Sites et Sols pollués, ainsi que d’autres organismes belges et néerlandais dans le cadre d’un projet d’étude européen. Les coûts, hors installation des infrastructures, et l’efficacité de certains d’entre eux sont décrits dans le Tableau 6 suivant [LIFE, 2002]. Tableau 6 : coût et efficacité de certains traitements Pré traitements Coût (Euros / Tonne de Matières

Sèches) Efficacité (%)

Attrition 10 € / TMS 70 % Hydrocyclone 5 à 20 € / TMS 90 % Coagulation et floculation 25 à 60 € / TMS 90 % pour les fines Séparation magnétique 25 € / TMS 80 % Séparation électrostatique 25 € / TMS 80 % Bassin de décantation, consolidation sous vide, décanteur lamellaire

3 à 12 € / TMS 90 à 99 %

Traitements Coût (Euros / Tonne de Matières Sèches)

Efficacité (%)

Bioremédiation 15 à 30 € / m3 Volume = 10 à 50% Epaisseur = 10 à 20 cm Contaminants = 50 à 80%

Lessivage 50 à 120 € / TMS 90 % Flottation 10 à 40 € / TMS Réduction de 85 % du volume Complexant 50 à 130 € / TMS 70 à 90 % Désorption thermique 100 à 200 € / TMS HAP et PCB = 99 % Stabilisation / Solidification 92 à 184 € / TMS 99 % [OLIN ESTES et PALERMO, 2001] évoque l’efficacité de certains de ces traitements :

en ce qui concerne les prétraitements, les séparations par densité peuvent être employés lorsque les différences de densité entre les parties contaminées et non contaminées du matériau sont conséquentes,



la réduction de la quantité d’eau par procédé mécanique peut fournir de bons résultats et une meilleure manipulation,

les additifs chimiques afin d’améliorer la floculation et faciliter le séchage peuvent entraîner des coûts significatifs,

les filtres à bande et les filtres à presse sont communément rencontrés pour le procédé de séchage des matériaux fins,

les centrifugeuses sont parfois utilisées mais sont assez coûteuses et leur efficacité ne dépasse pas celle des presses sur la réduction de l’eau.

Dans le cas d’étude des sédiments peu ou non pollués, l’objectif sera d’utiliser un moyen efficace permettant de diminuer significativement la teneur en eau du matériau, pour leur valorisation ultérieure. Les dispositifs fréquemment rencontrés dans la littérature sont la décantation, la floculation-coagulation, le séchage, et les moyens mécaniques tels que le filtre presse. Le choix d’une solution est un compromis technique et économique.

3.3. Types de valorisation

Les solutions de valorisation peuvent être classées en trois domaines [LIFE, 2002] :

le génie civil, l’amendement des sols, la réhabilitation de sites naturels.

Plus précisément, les sédiments permettent une utilisation [LIFE, 2002] :

en remblaiement pour un aménagement ou le comblement d’anciennes carrières, en tant que matériaux de construction, tel que les briques. Dans ce cas, la teneur en eau

doit être basse afin de limiter les gonflements. On peut les retrouver sous forme d’agrégats synthétiques après incinération à 1200°C, ou dans la composition de ciments par exemple. Ces derniers choix sont fonction de la proximité d’usine aux environs des zones de dragage. D’autres solutions concernent la fabrication de carreaux de verre, laines de verre et autres composés par les torches à plasma,

pour le régalage, ou le maintien des berges, méthode peu coûteuse mais qui demande l’emploi de matériaux non contaminés.

En Génie Civil, l’utilisation de matériaux est importante, en particulier en ce qui concerne les sables et graviers. Mais l’industrie routière, grande consommatrice de matériaux, utilise une fraction granulométrique plus large, tel que les limons en remblai ou couche de forme, et suite aux travaux en cours, des sables traités fabriquées à partir de sable et de sédiments. L’épuisement des sources d’approvisionnement permet l’acceptation de nouveaux matériaux, tels que les déchets du B.T.P.. Dans ce cadre, les sédiments de dragage peuvent eux aussi constituer une nouvelle source de granulats. D’autres utilisations, tel que le coulis de remblaiement de tranchées, sont à considérer. Les remarques ci-dessous, sur les matériaux auto-compactants, proviennent du fascicule technique du [CERTU, 1998]. Ces matériaux, faiblement dosés en ciment ne nécessitent pas de compactage ni de vibration et sont essorables ou non essorables. Les produits essorables atteignent leur capacité portante par l’évacuation d’une grande partie de l’eau dans



l’encaissant et par la prise du liant. La fluidité des produits essorables est atteinte par des adjuvants et la capacité portante par le liant. Ils sont utilisés au Canada comme remblai sous chaussée ou assise de chaussée sous couche de roulement dans les lotissements en tant que produit essorable atteignant une résistance à la compression à 28 jours comprise entre 0,3 et 1 MPa. En France, en 1997, 50 000 m3 de matériaux autocompactants furent employés, dans les cas de faible trafic la plupart du temps. La filière agricole peut être intéressante pour la gestion des matériaux pollués par des composés organiques. En effet, ces polluants sont dégradés par l’action des microorganismes vivants. C’est une solution qui demande une surface et un temps d’attente importants, pour une dégradation efficace des polluants organiques. L’amendement peut être effectué par :

épandage classique, agricole, ou sous serre. L’épandage agricole se fait sur une base de 20 m3 à l’hectare,

compostage, reconstruction ou amélioration de sols, qui peut représenter des épaisseurs importantes

afin d’obtenir au bout de quelques années, une zone verte. Cette voie n’utilise que des matériaux non contaminés.

La réhabilitation de zones sensibles représente la reconstruction de zones tels que les habitats aquatiques ou terrestres de la faune. Les matériaux ne doivent pas être contaminés pour permettre ce type de solution.

44.. CCoonncclluussiioonn

La gestion des sédiments est complexe et de nombreuses voies restent à explorer, que ce soit dans la dépollution des sédiments ou dans la gestion des quantités importantes de matières. Les sédiments pollués posent le plus de problèmes mais ne représentent qu’une partie des millions de m3 dragués chaque année. De plus, ils grossissent le flux des matières non ou faiblement polluées après un traitement efficace. Cette étude se place donc dans une démarche de gestion globale des sédiments, en étudiant le comportement de ces matériaux pour les valoriser efficacement et facilement dans le secteur de la construction qui apparaît le domaine le plus intéressant. Il permet l’utilisation de sédiments de nature variée, avec une présence tolérée, dans une certaine mesure, de polluants inorganiques ou organiques.

ANNEXE 2-2





ANNEXE 2-2 Des sédiments au matériau valorisé


ANNEXE 2-2 DES SEDIMENTS AU MATERIAU VALORISE

L’objectif de cette annexe est de décrire les modalités d’utilisation des matériaux de dragage en techniques routières, et de présenter les propriétés des sédiments qui rendront difficile l’utilisation. L’influence de traitements sera aussi discutée afin d’évaluer l’évolution des sédiments lors d’un process de valorisation.

11.. IInnttéérrêêtt dduu sseecctteeuurr ddee llaa ccoonnssttrruuccttiioonn

1.1. Bilan granulats et cadre législatif

En France, plus de 350 millions de tonnes de granulats sont consommés chaque année (Figure 5). Dans le domaine routier, 188 millions de tonnes sont consommées pour la réparation ou la création de chaussées, soit plus de la moitié de la quantité totale de granulats consommée. Les réserves de granulats ne sont pas en voie d’épuisement, mais leur exploitation dépend de la situation géographique, du coût et de critères environnementaux. En effet, les carrières sont soumises au décret no 94-484 du 9 juin 1994 modifiant le décret no 77-1133 du 21 septembre 1977 pris pour l'application de la loi no 76-663 du 19 juillet 1976 relative aux installations classées pour la protection de l'environnement et du titre Ier de la loi no 64-1245 du 16 décembre 1964 relative au régime et à la répartition des eaux et à la lutte contre leur pollution et modifiant le livre IV du code de l'urbanisme. Elles sont donc prises en compte dans le régime des Installations Classées Pour l’Environnement, et l’autorisation d’ouverture est fonction de l’engagement de l’exploitant à respecter l’environnement et à proposer des solutions de réaménagement du site après son exploitation.



Alluviaux47%

Marins1%

Recyclés3%

Calcaires23%

Eruptifs26%

Figure 5 : répartition des approvisionnements en granulats en France [MICHEL, 1997] Dans ce contexte législatif sévère, le recyclage paraît une voie fort intéressante, qui permet en plus de compléter des process de gestion de matériaux qui posent problème : déchets de bâtiment, mâchefers d’incinération d’ordures ménagères, … et les sédiments.

1.2. Pourquoi le domaine routier ?

En plus d’une consommation importante, le domaine routier permet d’utiliser des matériaux sans résistance élevée. La structure routière se décompose en plusieurs niveaux à partir de la plate forme de terrassement. On peut trouver deux parties principales : la partie terrassement et la partie chaussée. La partie terrassement comprend la plate forme support, et éventuellement un remblai de complément selon le profil en long recherché, ainsi qu’une couche de forme. La couche de forme aura pour rôle de protéger le sous sol contre la pluie et les effets de cycle gel-dégel, de permettre le déroulement du chantier par le passage des engins, et de séparer le sol récepteur et les couches de chaussée pour éviter tout transfert de matière et le maintien des propriétés des couches de chaussée [VENUAT, 1989]. La chaussée peut être de deux types : chaussée dite souple, ou chaussée dite rigide. Le premier type de chaussée (Figure 6) est constitué [VENUAT, 1980] :

d’une couche de fondation, d’une couche de base, d’une couche de roulement.

Les deux premières couches reprennent les efforts verticaux statiques et permettent la distribution de ces charges sur le sol, tandis que la troisième couche reprend les efforts dynamiques et horizontaux.



Accotement Accotement

Partie supérieure des terrassements

Couche de forme

Couche de fondation

Couche de base

Couche de roulement

Accotement Accotement

Partie supérieure des terrassements

Couche de forme

Couche de fondation

Couche de base

Couche de roulement

Figure 6 : structure routière Le deuxième type de chaussée est constitué :

d’une couche de fondation, d’une couche de roulement constituée d’une dalle en béton.

La différence entre les deux types de chaussée est au niveau structural, car dans le premier cas, les efforts sont répartis entre les différentes couches jusqu’au sol, tandis que dans le deuxième cas, la dalle ne se déforme pas et tous les efforts sont répartis sur la plate forme dans la limite de déformation de la fondation. Selon le type de route (autoroute, voies communales, …) et le type de trafic, classé de T5 à T0, toutes les couches ne seront pas présentes. La structure décrite (Figure 6) est représentative d’une route fortement sollicitée. Pour une couche de forme, seul l’Indice Portant Immédiat est nécessaire. Pour les couches de fondation et de base, il est nécessaire de connaître également le comportement mécanique en traction associé à sa capacité de se déformer sous les chargements. Les résistances en traction demandées à 360 jours sont de l’ordre de quelques MPa, pour un module E de 2 à 40 GPa, ce qui par rapport à d’autres domaines du Génie Civil (ouvrages d’art par exemple), est faible. La résistance en compression n’est pas utile puisque les couches sont posées sur le sol récepteur qui est évalué au préalable.

1.3. Méthodologie d’utilisation

Pour utiliser un matériau en techniques routières, il est nécessaire de bien connaître ses propriétés physiques, afin de le classer dans les différents types de matériaux répertoriés et de connaître le protocole d’utilisation de ce matériau (Figure 7). Les matériaux sont classés selon :

leur granulométrie (graviers à éléments fins), leur fraction argileuse (pour les éléments fins), la dégradabilité (pour les éléments

grossiers), leur teneur en eau, éventuellement, leurs caractères spéciaux (présence de matière organique, recyclage,

…).



En fonction de ces critères, des procédures d’utilisation sont proposées. Cependant, si le matériau ne remplit pas certains critères, aucun protocole n’est proposé, à moins de rendre le matériau utilisable.

Figure 7 : classification des matériaux [SETRA, 92] Afin d’obtenir une route durable sur le plan mécanique, il est nécessaire de respecter des critères :

de portance, de résistance en traction, de module d’élasticité.

La détermination d’une teneur en eau optimale, propre au matériau, est nécessaire et reste le paramètre de référence lors de l’évaluation du critère de portance. Cette teneur en eau optimale, liée à une masse volumique apparente optimale, permet d’obtenir le meilleur arrangement granulaire du matériau. Si ce dernier est trop sec, les vides du matériau sont importants. A l’inverse, si le matériau est trop humide, les liaisons entre les grains se trouvent agrandies.



Pour les couches d’assise (couche de fondation et couche de base), il est nécessaire de connaître le comportement du matériau sous les sollicitations cycliques des véhicules. Ainsi, les résistances en traction et le module d’élasticité sont mesurées sur des éprouvettes de matériau de dimension relative à la dimension du plus gros granulat (éprouvettes 16×32 cm pour les sables grossiers, et 5×10 cm pour les sables fins et moyens) (NF P 98 114 2, Figure 8). En effet, le passage d’une charge sur les couches de matériau entraîne d’abord un effort de compression puis un effort de traction lorsque le véhicule est passé. Le matériau doit donc avoir une résistance minimale en traction, et être capable de se déformer sans se casser.

0,1

1

10

1 10 100

Résistance à la traction en MPa

Module élastique en GPa à 360 j

S5

S4

S3

S1

S2

S0

0,1

1

10

1 10 100

Résistance à la traction en MPa

Module élastique en GPa à 360 j

S5

S4

S3

S1

S2

S0

Figure 8 : classes de matériaux (NF P 98 114 2) Les résultats recalculés pour estimer le comportement à 360 jours, permettent de classer le matériau en utilisant un abaque du guide des terrassements routiers (GTR) de 1992 [SETRA, 1992] (Figure 8). Afin de valider la solution, une étude complète prend en compte la variation des paramètres de la formulation :

95%, 100%, 102% de la masse volumique apparente, 0,8 ; 1 ; 1,2 de la teneur en liant, wopt-1%, wopt, wopt+0.5%, avec wopt la teneur en eau à l’optimum Proctor.



22.. PPrroobblléémmaattiiqquuee dd’’uuttiilliissaattiioonn ddeess ssééddiimmeennttss

2.1. Stockage

Le stockage est une étape importante dans la gestion des matériaux de dragage. Il conditionne le matériau pour sa réutilisation et peut représenter une phase clé dans le traitement, et particulièrement dans la diminution de la teneur en eau. Cependant, les risques liés à ce stockage sont à prendre en compte pour protéger le sol et les ressources en eau. Le stockage de matériaux peu à très pollués représente un risque pour le site de réception car il représente une source de pollution ponctuelle indirecte. Les polluants peuvent être libérés par ruissellement puis infiltration des eaux de pluie et de surface ou par dispersion aérienne des polluants. Les transferts de polluants ou d’éléments interdits par la législation (chlorures, …) en concentration importante dans le milieu, sont donc à éviter et à maîtriser [LEMIERE et al., 2001]. L’Evaluation Simplifiée des Risques suivi de l’Evaluation Détaillée des Risques sont les démarches habituelles pour détecter ces problèmes lors de l’étude de sites pollués. Quatre types de risques sont distingués [LEMIERE et al., 2001] :

le risque pour la santé humaine, le risque pour l’écosystème, le risque pour les eaux (EDR – Eau), le risque pour les ouvrages.

Il est donc nécessaire, pour protéger le mieux possible ce système, d’avoir une bonne connaissance de la zone de réception, du dispositif et des matériaux [LEMIERE et al., 2001]. Dans la réalisation d’un système de stockage, il est obligatoire d’isoler le matériau du sol pour éviter les transferts des eaux de décantation et d’infiltration vers le milieu naturel et la nappe [VNF et al, 1998]. Le bassin doit répondre à des fonctions de stockage, d’étanchéité, de décantation et de drainage. Les matériaux sont placés dans un réceptacle muni de revêtements protecteurs du milieu et de moyens pour récupérer l’eau [VNF et al, 1998]. Il est recommandé de le construire en béton ou en pierre, voire en renforçant le terrain si le bassin est conçu en profondeur. L’aménagement du site doit permettre de prendre en compte tous les modes de migration soit [VNF et al, 1998] :

par infiltration dans l’eau souterraine, par ruissellement des eaux de surface, par absorption végétale ou animale.

On peut inclure une zone de dépôt des sédiments et une zone de récupération des eaux (Figure 9). Pour protéger le sol, un dispositif d’étanchéité est mis en place. Une couche de drainage et



un géotextile permettent de récupérer de l’eau avec peu d’éléments solides. En plus des caractéristiques du matériau, qui seront détaillées dans le paragraphe suivant, il est nécessaire d’assimiler dans la démarche les paramètres du site [SIDI BOUMEDINE, 2002] :

l’emplacement, pour réduire les distances entre le dragage et le stockage et ne pas gêner les riverains,

la superficie, par rapport au volume de matériau à stocker, les données géotechniques, pour connaître l’aptitude du sol à recevoir ce type

d’ouvrage et l’évolution de la nappe, l’accessibilité, afin de pouvoir apporter la boue et l’enlever, la météorologie, pour limiter l’impact du climat sur l’évolution des constituants

aqueux et organiques. L’ouvrage doit être entretenu afin de réduire les dégradations provoquées par son fonctionnement, par le remplacement de la géomembrane et du géotextile, le nettoyage des tuyaux et la mise en état de la couche drainante, par exemple. Le matériau de constitution du bassin peut aussi subir des détériorations par des éléments extérieurs (agents agressifs par exemple) [SIDI BOUMEDINE, 2002].

Membrane ou DEG Tuyau de drainage en PVC

Géotextile

Couche drainante

Engins

Pompes

Couverture

Treillis

Collecte des eaux à traiter

Figure 9 : Schéma d’un site de stockage [SIDI BOUMEDINE, 2002] Le schéma ci-dessus (Figure 9) est un exemple de réalisation de site de stockage. Le type de site dépend beaucoup de l’aspect global de la gestion des sédiments c’est à dire des propriétés, du volume, du traitement et de l’utilisation des matériaux, ainsi que du poids économique. Cependant, la réalisation de couverture sur l’ensemble du site de dépôt, qui recevra de grandes quantités de matériaux et qui sera donc énorme, est peu probable. L’impact climatique est alors à étudier.



2.2. Eléments perturbateurs

Push, en 1973, indique que l’acide humique ou les molécules organiques forment des complexes sous forme de gel qui semblent avoir un effet liant sur les particules. Les sédiments composés de ces particules ont une résistance plus importante et sont très déformables [TREMBLAY, 1998].

33.. EEffffeettss dd’’uunn pprroocceessss ddee vvaalloorriissaattiioonn ssuurr llee ccoommppoorrtteemmeenntt ddeess ssééddiimmeennttss

3.1. Ajout de ciment

Le ciment est bien connu pour sa grande capacité d’agglomération des particules inertes, et est un élément essentiel dans le domaine du Génie Civil et principalement dans la fabrication de bétons. Il est aussi utilisé dans les formulations de matériaux traités pour le domaine routier. Si la quantité d’eau est suffisante, l’hydratation peut se dérouler : « l’hydratation s’opère par dissolution des phases solides suivie d’une précipitation des hydrates, conduisant à un durcissement de la pâte de ciment et à la constitution d’une structure solide poreuse [MOSZKOWICZ et BARNA, 2001]. » Le ciment le plus courant est le Ciment Portland Artificiel, que l’on nomme CEM I, issu d’un mélange de calcaire et d’argile. Il est constitué principalement de 50 à 70 % de silicate tricalcique (3CaO SiO2 ou C3S), de 10 à 25 % de silicate bicalcique (2CaO SiO2 ou C2S), de 5 à 15 % d’aluminate tricalcique (3CaO Al2O3 ou C3A), de 5 à 10 % d’aluminoferrite tétracalcique (4CaO Al2O3 Fe2O3 ou C4AF). On trouve aussi, en très faibles quantités de la chaux libre (CaO) et des sulfates de sodium et de potassium (Na2SO4 et K2SO4) [MOSZKOWICZ et BARNA, 2001]. Plus il y a de C3S, plus les résistances mécaniques sont bonnes, et moins il y a de C3A, plus le ciment résistera aux eaux agressives [VENUAT, 1989]. Il existe de nombreux types de ciments, référencés dans la norme NF EN 197-1, dans lesquels on retrouve des matériaux issus de procédés industriels tels que les laitiers de haut fourneau, les cendres volantes [MOSZKOWICZ et BARNA, 2001]. La complexité de la formation de ces hydrates associée à la complexité du sol ou du matériau à traiter va influencer les gains de résistance. Ainsi, la présence de matière organique peut empêcher la bonne hydratation de la pâte de ciment [KUJALA et MAKIKYRO, 1996]. D’après [CLARE et SHERWOOD, 1954], les matières organiques, selon leur nature, interagissent différemment avec le ciment. Une baisse des résistances peut être remarquée mais n’est pas systématique. On peut classer les matières organiques selon leur activité :



inactive ou légèrement inactive, telles que la cellulose, l’acide alginique, le bois, certains types de lignine,

active, tels que la carboxyméthylcellulose, la pectine, la caséïne, très active, tels que le glucose, l’acide nucléique.

La présence de composés acides, tels que les acides fulviques, peut entraîner un blocage de la montée du pH, empêchant les réactions pouzzolaniques de se réaliser. Un autre élément est mis en avant : la capacité d’adsorption des ions calcium du matériau. Les matières organiques capteraient les ions calcium libérés pendant la phase d’hydratation, par le ciment, et ne permettraient plus de former les hydrates nécessaires à la fabrication des liens forts entre les particules. En fait, les complexes sol / matières organiques / fer, qui sont les plus souvent remarqués dans les sols organiques, se décomposent à des pH élevés, libérant les matières organiques. Ces dernières s’opposent à l’hydratation du ciment en adsorbant les ions calcium. Le dosage des ions ferreux est en corrélation avec la présence de matières organiques pouvant interagir avec le ciment et donc avec la capacité d’adsorption du calcium. Un apport de chaux peut paraître intéressant pour saturer les matières organiques de calcium et permettre une prise du ciment, sans perte de temps. La diminution du caractère résistant peut donc être provoqué par la présence de matières organiques à caractère inhibiteur, ou suite à de mauvaises liaisons entre la matrice cimentaire et les particules de sol qui sont liées avec les MO (complexe argilo-humiques, …). Certains essais sur les vases ont permis d’obtenir des valeurs assez grandes de résistance à la compression tels que 24 MPa à 28 jours pour une proportion de ciment identique à la vase [BOUTOUIL, 1998].

3.2. Ajout de chaux

L’utilisation de chaux dans les sols permet une calci-structuration du sol. Cela permet d’obtenir un assèchement du matériau, une floculation des argiles, et une amélioration de la portance du matériau [LELONG, 2003]. A la suite du contact de ces constituants avec l’eau, une réaction d’hydratation commence et permet la formation d’une matrice cimentaire et, ainsi, d’un solide résistant. En Travaux Publics, on utilise la chaux en stabilisation des sols, et plus particulièrement dans le traitement des sols fins ayant des teneurs en argile non négligeables, c’est à dire des sols argileux et limoneux. On constate une modification rapide des propriétés géotechniques, une floculation des argiles en quelques heures, donnant au sol une structure granuleuse, stable et non collante. La chaux vive (CaO) s’utilise dans le cas de sols argileux trop humides grâce à la relation : CaO + H2O Ca(OH)2 + chaleur (15.5 kcal/mol)



C’est une réaction exothermique qui entraîne une évaporation d’eau. La chaux grasse éteinte est utilisée avec des sols argileux secs. Ces solutions concernent les remblais, les couches de forme voire des couches de chaussées à faible trafic. La chaux joue aussi un rôle dans le traitement des eaux, permettant entre autres de détruire des germes pathogènes. Les ions calcium apportés par la chaux interagissent avec les particules argileuses et avec le complexe argilo-humique. Le calcium est un ion bivalent qui se fixe énergiquement avec ces particules. Pour cette raison, les ions sodium de la mer, fixés avec les complexes argilo-humiques sont remplacés par les ions calcium, ce qui permet d’accroître la stabilité structurale du sol, en floculant et en agglomérant plus énergiquement les particules argileuses associées aux éléments organiques. La montée du pH liée à l’hydratation de la chaux altère certains minéraux et une partie des éléments organiques. La chaux, la silice, et l’alumine réagissent ensemble et les effets pouzzolaniques issus de cette réaction donnent au matériau les liens forts nécessaires à sa bonne tenue mécanique [TREMBLAY, 1998]. Par contre, la carbonatation de la chaux, provoqué par la mise en contact de la chaux et du dioxyde de carbone de l’air, entraîne des liens de cimentation fragiles. La chaux va permettre aussi, grâce à la floculation, d’ouvrir la structure et d’augmenter la perméabilité. Celle-ci diminuera avec la formation des liens issus de la réaction pouzzolanique. Le matériau se tasse moins, et ne gonfle plus à la décharge [BOLLENS, 2003]. Il est nécessaire, pour évaluer le comportement à long terme d’un matériau, de connaître ses performances mécaniques. L’objectif du travail de Hélène Tremblay a été d’obtenir un modèle prévisionnel de la résistance à la compression de sols fins organiques et inorganiques ayant une forte teneur en eau et traités à la chaux et au ciment (figure 10) [TREMBLAY, 1998]. Cette résistance est évaluée en fonction de la teneur en eau et du pourcentage d’additifs.



Figure 10 : détermination de la résistance des sols traités à la chaux [TREMBLAY, 1998] Ce travail de recherche a pour but de mieux comprendre l’impact de la teneur en eau initiale au moment du traitement, et par conséquent de l’indice des vides sur la compressibilité du matériau et sur le gain de résistance. Le modèle dépend alors du pourcentage d’additif et de l’indice des vides initial du mélange qui, lorsqu’il est grand, révèle une disposition désordonnée de grands cristaux. Il permet alors d’estimer la résistance à la compression d’un sol traité en fonction de la teneur en additif et de l’indice des vides, ou l’indice des vides par rapport aux deux autres paramètres. Les effets des matières organiques n’ont pas pu être évalués.

3.3. Interactions liants-minéraux-polluants

Pour des matériaux fins, la surface spécifique est grande. La teneur en liant doit donc être élevée pour recouvrir les grains. Le liant doit être choisi en fonction de la nature du sédiment [MAROT, 1998]. D’autre part, les matrices cimentaires réduisent grandement la solubilité de plusieurs polluants et inhibe des processus microbiologiques [GLASSER, 1997]. Il est aussi nécessaire de prendre en compte l’effet de l’eau de mer sur le matériau obtenu. Dans le béton, les combinaisons entre les ions sulfates et chlorures, le C3A et la chaux entraînent des produits expansifs [BOUTOUIL, 1998]. On observe que les chlores sont sous forme de sels solubles, combinés aux alcalins (NaCl et KCl), ou au calcium (chlorure basique de calcium), sous forme de 3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O. Les sulfates sont principalement combinés au calcium sous forme d’anhydrite, de gypse ou d’ettringite [CAUCHETEUX, 2002 ; IMYIM, 2000].



Plusieurs anions inorganiques communs retardent la prise jusqu’à de basses concentrations, comme le borate ou le phosphate [GLASSER, 1997]. Pour les polluants organiques volatiles halogénés et non halogénés, semi-volatiles halogénés et non halogénés, les PCB, les pesticides (halogénés) et les cyanures organiques, l’efficacité de la stabilisation/solidification est marginale à moyenne, alors qu’elle est bonne à excellente pour les polluants inorganiques comme les métaux volatiles et non volatiles, les cyanures inorganiques [BOUTOUIL, 1998]. Les cations compensateurs sont mobiles entre les feuillets et ont la possibilité de s’échanger avec les cations du milieu. C’est ce qui explique en partie les liaisons qui peuvent se créer entre les argiles et certains polluants organiques ou inorganiques tels que les métaux lourds. Il existe aussi les phénomènes d’adsorption spécifique et de précipitation [MAROT, 1998]. La fixation des métaux dépend de la surface spécifique et de la capacité d’échange cationique des différentes argiles. La smectite est alors plus atteinte par les métaux que l’illite et que la kaolinite [MAROT, 1998].

44.. CCoonncclluussiioonnss

Le passage des sédiments à un matériau final utilisable en technique routière s’appuie sur une méthodologie, et nécessite une connaissance parfaite des sédiments. Ainsi, des choix doivent être pris afin d’atteindre l’objectif, en prenant en considération les différentes facettes du procédé :

une fraction fine, la présence organique, le sel, le stockage, les ajouts.

ANNEXE 2-3





ANNEXE 2-3 Préparation à la formulation


ANNEXE 2-3 PREPARATION A LA FORMULATION

Les caractéristiques mécaniques des sols fins sont fonction de paramètres physiques tels que la distribution granulométrique mais aussi la teneur en eau, la structure, ou la composition minéralogique de ces sols [SCHLOSSER, 1988]. D’après HOSSEINI [1999], le tassement d’une couche de vase, en milieu naturel, se produit en trois phases :

au début, une sédimentation sur toute la couche, puis, la sédimentation se poursuit en couche superficielle, et la consolidation

commence au fond, enfin la consolidation sur toute la couche.

De nombreux dispositifs ont été mis en place par des laboratoires afin de suivre et mettre en place un modèle de comportement des sédiments en phase de stockage. Par exemple, les cellules SEDCON, qui sont des cellules de sédimentation-consolidation conçues en 1995 par Perret, ont été utilisées pour reproduire la formation d’un sédiment dans un bassin à très forte teneur en eau [TREMBLAY, 1998]. Dans l’étude, des anneaux oedométriques et les cellules SEDCON en plexiglas de 29,2 cm de hauteur et 20,3 cm de diamètre vont recevoir le sol qui va tasser sous son poids propre. Ce sol va ensuite subir une charge de 8 kPa représentant une épaisseur de sol d’environ 2 m déjaugé. Des plaques perforées permettent de drainer l’échantillon. Le tassement est suivi avec une règle graduée puis par déflectomètre d’une précision de 0,025 mm avec comme point de base, le sommet du piston. L’étude de [MAROT, 1998] a montré un tassement long et de très faibles résistances mécaniques même après consolidation. D’après [MAROT, 1998], la théorie unidimensionnelle de Terzaghi (1925) destinée à l’étude de la consolidation sous poids propre n’est pas adaptée aux sédiments " provenant du refoulement après dragage ou sortant d’unité de traitement ", la compressibilité et la perméabilité n’étant pas constante. L’objectif de l’étude présentée ici est d’adapter la loi de Terzaghi à l’étude des sédiments maritimes pour évaluer efficacement le temps de consolidation des sédiments, leur teneur en eau et leur consistance. Dans ce but, la variabilité de la hauteur de matériau est prise en compte. De plus, une reproduction de la variation des pressions interstitielles se produisant pour une couche drainée en haut et en bas a été réalisée. L’étude de la consolidation des sols ou des déchets est un domaine dans lequel existent de nombreuses méthodes d’évaluation de l’évolution dans le temps de ces matériaux. Elles s’appuient pour la plupart sur la théorie de Terzaghi : modèle d’Asaoka, loi hyperbolique,



modèle de Gibson et al…. Des modèles récents s’appuient sur ces modèles de bases, pour améliorer la prédiction de l’évolution de ce paramètre, si important dans le domaine de la construction. OLIVIER [2003] a d’ailleurs élaboré un modèle incrémental de prédiction des tassements destinés aux déchets, dans le cadre de centre de stockage des déchets, basé sur la décomposition d’une couche en couches élémentaires représentatives de l’épaisseur de déchet mise en place (entre 0,50 et 2m), sur lesquelles on étudie le tassement, en fonction de l’évolution de la surcharge et du temps. Dans cette partie, la théorie de Terzaghi va être utilisée afin d’exprimer une formule générale d’évolution du tassement des sédiments à l’état initial, par rapport aux données collectées en laboratoire.

11.. DDeessccrriippttiioonn ddee llaa pphhaassee ddee ccoonnssoolliiddaattiioonn

Chaque sol se consolide à son rythme selon sa constitution, sa teneur en eau, sa densité humide initiale, qui influencent la répartition des pressions interstitielles et le drainage. Dans les hypothèses de la loi de Terzaghi, la hauteur et le coefficient de consolidation, paramètre intrinsèque du sol, ne varient pas en fonction du temps. Or, pendant la phase de consolidation, plusieurs paramètres vont varier. Les paramètres pris en compte ici sont :

la hauteur de couche qui va diminuer jusqu’à stabilisation, la teneur en eau qui va diminuer et sera calculée en fonction du départ d’eau, les surpressions interstitielles qui vont diminuer au cours de la consolidation pour

atteindre à la fin de consolidation une valeur nulle. Tous ces paramètres vont dépendre du temps, comme, par exemple, la hauteur de couche qui va influencer la répartition des contraintes totales. Pour cela, il est nécessaire de représenter et de respecter au mieux l’évolution :

d’une part de la hauteur de couche en fonction du temps, d’autre part, des pressions interstitielles qui indiquent le degré de consolidation.

En considérant une hauteur de couche variable en fonction du temps, u dépend alors de z qui est la profondeur du point étudié dans la couche de sol, ainsi que de t, qui est le temps (Figure 11).



u(z,t) u(z,t+1) u(z,t+n)

Figure 11 : évolution des pressions interstitielles au cours du temps dans une couche de sol Le degré de consolidation, noté U, est le facteur permettant d’évaluer l’état de la consolidation. Il dépend de l’évolution des surpressions interstitielles et dépend donc à la fois de la profondeur de la couche et du temps (Équation 1) :

)0,(),(1

zutzuU

i∆∆

−= Équation 1

Dans la théorie de Terzaghi, un abaque permet de connaître le facteur temps pour un degré de consolidation voulu. Le facteur temps TV est fonction de la capacité du matériau à se consolider, du temps de consolidation nécessaire et de la hauteur de couche (Équation 2).

U = f(TV) avec ².

Htc

T VV = Équation 2

Avec : cV est le degré de consolidation du sol, t est le temps de consolidation, H est la demi hauteur de couche, dans le cas d’un drainage double.

En prenant en compte une compression unidimensionnelle et un écoulement unidimensionnel, on obtient grâce à la loi de Darcy :

tu

zucV δ

δδδ

=²

². Équation 3

Il est donc important de connaître l’équation de la pression interstitielle en fonction du temps t et de la profondeur z.

22.. DDiissppoossiittiiffss dd’’ééttuuddee eenn llaabboorraattooiirree

Dans cette étude, il a été décidé de prendre en compte un stockage en décanteur statique permettant, en plus du stockage, de diminuer la teneur en eau des sédiments. Ainsi, en laboratoire, les dispositifs suivants ont été mis en œuvre :

un décanteur statique de dimensions l=39,8 cm, L=73,4 cm, h=48,6 cm,



et une colonne de décantation de 205 cm de hauteur et de 11 cm de diamètre munie de connectiques et de tubes, répartis à distances égales sur la colonne, permettant de mesurer les pressions interstitielles à plusieurs niveaux de la colonne.

Figure 12 : bac de décantation

Figure 13 : colonne de décantation

Les paramètres évolutifs de la consolidation sont : la teneur en eau, la hauteur de matériau, la pression interstitielle, le temps.

Bien sûr, certains paramètres, qui dépendent de ceux décrits ci-dessus, telle que la perméabilité, subiront eux aussi une variation de leur valeur. Grâce à ces dispositifs, ces paramètres sont mesurables. En se basant sur la loi de Terzaghi, et grâce aux mesures réalisées en laboratoire, il est possible d’évaluer précisément l’évolution de la consolidation des sédiments.

33.. SSuuiivvii dduu tteemmppss ddee ttaasssseemmeenntt

Dans le cas d’une étude de couche de sol comprise entre deux autres couches de sols drainant, on considère que les surpressions interstitielles, à l’état initial, c’est à dire au début de la



consolidation, varient selon une courbe en cloche entre chaque extrémité de la couche grâce au drainage, (Figure 14).

∆u

H

Figure 14 : surpressions interstitielles (forme en cloche) En fin de consolidation, u doit tendre vers zéro, ce qui indique la fin de l’étape de consolidation. Les contraintes exercées dans le sol se calculent en contraintes effectives et non plus en contraintes totales.

3.1 Suivi d’une couche de faible épaisseur (bac de décantation)

En bac de décantation, deux essais ont été suivis. Ces essais ont été réalisés avec des échantillons issus de la zone de prélèvement de D1. Le premier essai a été réalisé avec des échantillons prélevés en janvier 2003, et le deuxième essai avec des échantillons prélevés en janvier 2004. Des analyses granulométriques réalisés sur les deux lots d’échantillons ne révèlent pas de différence notable. Ainsi, les deux types d’échantillons sont référencés D1. Le premier essai a été réalisé avec une couche de graviers, déposé en suivant la pente du fond incliné du décanteur. Pour le deuxième essai, la couche de graviers a été déposée de façon à obtenir un support horizontal pour la couche de vase. Le changement de configuration est réalisé à titre comparatif (figure 15).



1

2

3

4

5

6

7

8

9

Figure 15 : Coupe longitudinale (essai 1 et essai 2) Les teneurs en eau ont été mesurées régulièrement, par prélèvement à la spatule, afin de suivre l’évolution de w dans le temps et selon la profondeur. Les prélèvements ont été réalisés aux points numérotés de 1 à 9 (figure 15), et en les décomposant à différentes hauteurs de couches (figure 16).

Figure 16 : Points de référence (vue de dessus) Les résultats sont présentés en figure 17. La figure 17 représente l’évolution de la teneur en eau moyenne en fonction du temps. Parmi les différentes mesures de teneur en eau réalisées à différents niveaux du bac, dans le temps, on constate une certaine homogénéité des mesures, pour les deux essais.

l = 3

9.8

cm

L = 73.4 cm

Evacuation des eaux

Couche drainante

C

A B

A B

AB

AB

A B

A B

L = 73.4 cm L = 73.4 cm

9,6 cm

L/10

l/6

l/2

L/2



020406080

100120140160180200

0 20 40 60 80 100 120t (j)

w (%

)Essai 1

Essai 219 j

113 j

Figure 17 : Evolution de la teneur en eau moyenne au cours du temps en décanteur

La figure 17 indique, pour les deux essais, une évolution de la diminution de teneur en eau, relativement semblable. On peut aussi remarquer un changement de pente situé à court terme (entre 6 et 11j). Dans les premières parties de courbes, des essais 1 et 2, la diminution de teneur en eau est, respectivement, de 46 et 66 %.

3.2 Suivi d’une couche de sédiments en colonne de décantation

L’étude de la décantation en colonne comprend les mesures de variation des hauteurs de matériau et des pressions interstitielles sur sept points répartis à distance égale (30 cm) sur la colonne. Deux essais ont été réalisés avec des échantillons issus de D1. Le premier essai a duré 35 jours. La teneur en eau initiale des sédiments était de 195 % et la hauteur initiale de la couche était de 1,91 m. L’eau de surface était laissée, pendant tout l’essai, et une couche de drainage de 10 cm en fond de colonne était mise en place. Avec la couche de drainage, la colonne est définit de type I. La durée du deuxième essai était de 7 mois et 11 jours. La teneur en eau initiale des sédiments était de 183 %, et la hauteur initiale de 2,02 m. L’eau de surface était enlevée à chaque prise de mesure. Il n’y avait pas de couche de graviers, mais le drainage était possible, par l’orifice en fond de colonne. Cette colonne est définit de type II. Les figures 18 a, b présentent l’évolution des teneurs en eau pendant les essais.

Essai 2 wi = 188.8 % h0 = 15.3 cm

Essai 1 wi = 157.4 % h0 = 14 cm



wi = 183 % h0 = 202 cm

Temps de décantation = 7,5 mois

120

140

160

180

200

0,1 1 10 100 1000t (j)

w (%

)

wi = 195%h0 = 191 cm

Temps de décantation = 35 jours

120

140

160

180

200

0,1 1 10 100 1000t (j)

w (%

)

a) Colonne 1

b) Colonne 2

Figures 18 a, b : Suivi des teneurs en eau globales des matériaux de chaque colonne On remarque deux pentes distinctes et une pente intermédiaire pour les deux essais. Sans prendre en considération la pente intermédiaire, le changement de pente se déroule à 6,5 j pour l’essai 1 et 8j pour l’essai 2, à la teneur en eau de 181% pour les deux essais. Ces temps sont évalués par tracé graphique de la même manière que la contrainte de préconsolidation sur les courbes de compressibilité des essais oedométriques. Comme pour le décanteur, il semble que la teneur en eau initiale n’influe pas ou peu sur la diminution de teneur en eau, même si dans le cas de l’étude en colonne, les teneurs en eau initiales soient proches.



-220-200-180-160-140-120-100-80-60-40-20

00 5 10 15 20 25 30

u (kPa)

Pro

fond

eur (

cm)

Mise en place1j8j15j25j34j

La teneur en eau est mesurée, par prélèvement, avant la mise en place du matériau, sur le mélange homogène, et à la fin de l’essai, sur dix échantillons obtenus à des profondeurs différentes, après avoir sorti le matériau de la colonne, afin d’évaluer l’évolution du paramètre en fonction de la profondeur. La teneur en eau globale est aussi évaluée pendant l’essai, à travers la diminution de la hauteur de couche, qui est considérée égale à la perte en eau, provoquée par la décantation. En effet, la section du tube est connue, et la perte de hauteur ne peut être attribuée qu’au départ d’eau, ainsi on obtient un volume, que l’on peut transposer facilement en masse d’eau. Les teneurs en eau finales des matériaux à la fin de l’essai, indiquent une évolution lente de la variation de ce paramètre (figure 18 a, b). En observant, l’évolution de la teneur en eau à différentes profondeurs de colonne, il apparaît nécessaire d’évacuer au mieux, l’eau en surface de la couche, qui préserve la teneur en eau de surface du matériau, et empêche son aération. Dans le cadre de ces essais, l’influence du drainage a pu être évaluée à travers des mesures de pressions interstitielles tout au long des essais. Les mesures sont présentées en figures 19 a, b. Le suivi de la diminution de la teneur en eau devenait difficile en fin de consolidation de la couche de matériau. Ainsi, avec la faible perméabilité des sédiments, l’épaisseur importante de la couche et la faible surface de contact du matériau avec l’air ambiant, la diminution de la teneur en eau varie beaucoup moins rapidement. Les courbes des figures 19 montrent une efficacité modérée du drainage, par le fond de la colonne. En effet, la distribution des pressions interstitielles est linéaire, sauf dans la zone basse de la colonne, à proximité de l’orifice de sortie de l’eau. En effet, à ce niveau, les pressions interstitielles sont proches de zéro. De part la conception de la colonne, le fond de la couche est soumis à la pression atmosphérique, par l’ouverture laissée pour l’évacuation de l’eau.

a) Colonne 1

Fond de colonne (avec couche de drainage)



0

1020

3040

50

6070

8090

100

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100Tamis (mm)

Ref

us c

umul

és (%

)

SD

D1

Mélange sable +sédiments

-220-200-180-160-140-120-100

-80-60-40-20

00 5 10 15 20 25 30

u (kPa)

Pro

fond

eur (

cm)

7j

16j

26j

34j

155j

b) Colonne 2

Figures 19 : Suivi des pressions interstitielles

3.3 Etude d’un mélange sable - sédiments

Afin d’améliorer le drainage et d’atteindre des teneurs en eau plus faibles, un mélange sédiments - sable de dragage, à 47% et 53% de masses sèches respectives, a été testé en colonne de décantation. Le sable de dragage, référencé SD, est un sable 0/4 mm, à granulométrie serrée (figure 20), prélevé au Port Autonome de Dunkerque, dans l’avant Port Ouest.

Figure 20 : Distributions granulométriques du mélange sable + sédiments et de chaque

constituant

Fond de colonne (sans couche de drainage)



wi = 91%h0 = 192,4 cm

Temps de décantation = 105 jours

0102030405060708090

100

0,1 1 10 100 1000t (j)

w (%

)

Les paramètres du mélange étudié, avant mise en place dans la colonne, sont : - une teneur en eau, après homogénéisation de 91%, - et une hauteur de couche de 1,91 m.

La colonne, selon les critères établis en 3.2, est de type II (évacuation simple de l’eau par le bas de la colonne sans couche de drainage). La figure 21 présente l’évolution de la teneur en eau pendant 3 mois et demi.

Figure 21 : Evolution de la teneur en eau dans le temps La valeur de la teneur en eau globale obtenue, à la fin de l’essai, est égale à 49,2%. L’eau de surface a été conservée pendant toute la durée de l’essai, d’où une teneur en eau en surface, égale à 82,8%, restée très proche de la valeur initiale (10 % d’écart). En ne prenant pas en compte cette valeur importante, qui aurait pu être réduite par l’évacuation progressive de l’eau de surface, on obtient une teneur en eau variant de 36 à 62%, sur une hauteur de 117 cm. On remarque aussi que la teneur en eau, après mise en place dans la colonne, diminue de 20% en 11 jours, puis de 15% en 30 jours, pour ne perdre ensuite que 8% en 64 jours. Ces valeurs indiquent un début de stabilisation de la teneur en eau à 41 jours. Au bout de 41 jours, la teneur en eau moyenne est de 57%, ce qui reste élevé pour la valorisation. Cette solution semble peu satisfaisante sur le plan de la réduction de teneur en eau, mais reste intéressante dans une démarche de valorisation. En effet, on peut imaginer qu’à échelle industrielle, lors de la mise en stockage des sédiments, ces derniers soient mélangés avec le sable, ce qui va constituer, à proportions respectées, la base du matériau (avant traitement), qui pourra être, ensuite, traité et valorisé en technique routière. Afin de vérifier l’absence de ségrégation dans la colonne, trois prélèvements ont été réalisés, lorsque le matériau a été enlevé de la colonne. Ces prélèvements correspondaient à trois profondeurs de la couche. Les résultats sont présentés en tableau 7 et correspondent à la proportion d’éléments inférieurs et supérieurs à 80 µm. Puisque le sable de dragage SD ne comporte pas d’éléments inférieurs à 80 µm, et que les sédiments en contiennent 68,9%, les proportions de chaque constituant peuvent être évaluées. La profondeur moyenne est calculée à partir de la section de la colonne, ainsi que des masses humides, et des masses volumiques humides de chaque échantillon. Les résultats montrent qu’il n’y a pas eu de ségrégation du matériau dans la colonne.



Tableau 7 : Proportions de sédiments et de sable à trois niveaux de la colonne

Echantillon Profondeur moyenne

% < 80µm % > 80µm % sédiments % sable

1 -75,4 32,4 67,6 47,0 53,0 2 -131,2 33,1 66,9 48,0 52,0 3 -127,0 31,9 68,1 46,2 53,8

ANNEXE 2-4





ANNEXE 2-4 Essais de caractérisation des formulations de coulis


ANNEXE 2-4 ESSAIS DE CARACTERISATION DES FORMULATIONS DE COULIS

11.. CCôônnee ddee MMaarrsshh

Le cône de Marsh, utilisé spécialement pour les coulis de ciment, permet de déterminer l’indice de fluidité (Figure 22). L’essai consiste à mesurer le temps d’écoulement (TE) que met un volume d’1 litre de coulis de boue à passer à travers un ajutage de 10 mm de diamètre. Dans cette étude, un cône de Marsh dont les dimensions répondent à la norme NF EN 445 (Figure 22) et dont le volume de remplissage est de 1,9 litres a été utilisé.

Coulis 1.9 l

10mm

155 mm

60 m

m

280

mm

Figure 22 : Cône de Marsh et dimensions



22.. MMiinnii ccôônnee dd’’aaffffaaiisssseemmeenntt

L’essai au mini cône d’affaissement est inspiré du principe du cône d’affaissement (cône d’Abrams) utilisé pour caractériser la maniabilité des bétons. Cet essai est employé pour mesurer l’affaissement ou l’étalement des Mortiers de Béton Equivalent (MBE) (ARNAUD et al., 2004). La mesure associée à ce test est le diamètre d’étalement pris sur deux côtés perpendiculaires, et en prenant la moyenne de ces deux valeurs. Le mini cône utilisé dans cette étude est représenté sur la Figure 23.

50 mm

100 mm

150

mm

Figure 23 : Mini cône d’affaissement et dimensions

33.. TTeemmppss ddee pprriissee

Le temps de prise des coulis de boues est réalisé selon la norme EN 196-3. L’essai consiste à suivre la consistance du coulis de boue en utilisant l’appareil de Vicat équipé d’une aiguille de 1,13 mm de diamètre (Figure 24).



Figure 24 : Appareil de Vicat pour le temps de prise Dans le cadre de cette étude, on s’intéresse uniquement à la détermination du temps de début de prise. Lorsque, sous l’effet d’une charge de 300 g, l’aiguille s’arrête à une distance du fond du moule telle que d = 4 mm ± 1 mm, on dit que le début de prise est atteint.

44.. RReessssuuaaggee ssttaattiiqquuee

L’essai de ressuage statique est un essai utilisé couramment pour apprécier la stabilité des coulis de ciment. Cet essai de stabilité, prévu par la norme NF EN 445, consiste à mettre le coulis au repos dans une éprouvette graduée et transparente (figure 25), et mesurer à différents intervalles de temps (1, 2, 3, 4, 5 et 24 heures) la quantité d’eau ressuée. Le dispositif comprend l’éprouvette graduée de 100 mL avec un remplissage de coulis jusqu’à 98 mL, et munie dans sa partie supérieure d’un couvercle pour éviter toute évaporation de l’eau de ressuage en contact avec le milieu ambiant.



Figure 25 : Dispositif de l’essai de ressuage statique

55.. VViissccoossiimmèèttrree àà ccyylliinnddrreess ccooaaxxiiaauuxx

Le viscosimètre à cylindres coaxiaux (Figure 26) est un appareil permettant de mesurer les viscosités plastique et apparente ainsi que le seuil de cisaillement des coulis de ciment [YAHIA, 1997; KHAYAT et YAHIA, 1998 et 1997 ; SORIC-CORIC et al., 2003]. Cet appareil a été donc adopté pour les coulis de boue afin d’évaluer leur comportement rhéologique. L’essai consiste à mettre le coulis de boue entre deux cylindres coaxiaux dont l’un est fixe et l’autre tourne sur un axe vertical. Le cylindre mobile transfère son mouvement au cylindre fixe qui résiste à ce mouvement en exerçant une résistance en cisaillement proportionnelle à la viscosité du coulis et à la vitesse de rotation.



Figure 26 : Viscosimètre à cylindres coaxiaux utilisé (tiré de [KHAYAT et YAHIA]) La courbe représentant l’évolution de la contrainte de cisaillement en fonction du taux de cisaillement est appelée « rhéogramme ». A partir de cette courbe (Figure 27), deux grandeurs dérivant la rhéologie des coulis de boue peuvent être déduites, à savoir :

La viscosité apparente (Pa.s) qui est le rapport entre la contrainte de cisaillement et le taux de cisaillement,

Le seuil de cisaillement (Pa.s) qui est par définition la force minimale nécessaire pour provoquer l’écoulement d’un fluide.

Taux de cisaillement, γ (s-1)

Con

train

te d

e ci

saill

emen

t, τ

(Pa)

Seuil de cisaillement (Pa)

Viscosité apparente (Pa.s-1)

Modèle rhéologique: Loi de type puissance

Figure 27 : Type de rhéogramme obtenu L’objectif visé en utilisant cet essai est de vérifier si les coulis de boues présentent des caractéristiques facilitant leur mise en place par pompage.



66.. RRééssiissttaannccee àà llaa ccoommpprreessssiioonn

La résistance à la compression permet de mesurer l’aptitude du coulis de boue à résister aux contraintes mécaniques. La résistance à la compression des coulis de boue ne constitue pas un critère d’optimisation pour l’application envisagée dans cette étude, néanmoins elle demeure un bon indicateur de l’intégrité physique du produit final. L’essai de compression a été réalisé conformément à la norme NF P 18-406 sur des éprouvettes cylindriques de dimensions 11×22 cm² (φ×h) à laide d’une presse de 3000 kN à différentes échéances.

77.. RReettrraaiitt eett ggoonnfflleemmeenntt

Le retrait et le gonflement ont été mesurés sur des éprouvettes prismatiques de dimensions 40×40×160 mm3 suivant deux modes de conservation différents après leur démoulage à l’air libre et complètement isolé (pas d’échange avec le milieu extérieur). L’essai a été réalisé conformément à la norme NF P 15-433 dans une salle maintenue à une température de 20 °C et humidité relative de 50 % ± 5 %. Ces essais ont été uniquement réalisés sur la formulation optimale.

ANNEXE 3-1





ANNEXE 3-1 Présentation de la méthode ELECTRE III


ANNEXE 3-1 PRESENTATION DE LA METHODE ELECTRE III

11.. PPrréésseennttaattiioonn ggéénnéérraallee

La méthode ELECTRE III [ROY, 1978] relève de la problématique [γ] ; sont but est de classer les actions potentielles depuis les « meilleures » jusqu’au « moins bonnes » [MAYSTRE et al, 1994]. Etant donné un ensemble A fini d’actions évaluées sur une famille cohérente de critères, la méthode partitionne l’ensemble A en classes d’équivalence et fournit un préordre non nécessairement complet exprimant les positions relatives de ces classes [VALLEE et al., 1994]. Pour ce faire, la méthode procède en deux étapes : construction d’une ou plusieurs relations de surclassement sur l’ensemble A. On dit que l’action (a) surclasse l’action (b) si (a) est au moins aussi bonne que (b), rangement de l’ensemble des actions. A partir de la ou des relations de surclassement, l’algorithme génère deux classements construits différemment. L’intersection de ces deux préordres conduit à un préordre partiel ne retenant que les comparaisons les plus fondées entre les actions. L’objet de la première étape est d’obtenir une relation de surclassement floue.

22.. EELLEECCTTRREE IIIIII :: llee fflloouu

Le flou est introduit dans la relation de surclassement et l’on considère qu’il y a surclassement, tout en se demandant quel en est le degré de crédibilité. Ce degré est noté 1 pour un surclassement totalement justifié (certain). Il est noté 0 pour un surclassement que rien ne permet de justifier (certainement inexistant)



33.. CCoonncceepptt ddee ssuurrccllaasssseemmeenntt..

La notion de surclassement est une relation binaire portant sur des couples appartenant à un ensemble. Cette relation repose sur trois cas ou notions distinctes : la préférence, l’indifférence (incapacité de distinguer et choix au hasard), l’incomparabilité (dilemme et embarras pour choisir). Les notions d’indifférence et de préférence nécessitent que l’on définisse des seuils à partir desquels elles s’appliquent. La représentation graphique (Figure 28) qui suit, permet de définir ces différentes notions à partir des évaluations de deux actions dans un critère [SCHARLIG, 1985] : Soit une action (a) et une action (b) et considérons (pour l’exemple) les évaluations basées sur des notes. L’écart (positif ou négatif) de la note (a) moins la note (b) peut être jugé trop faible pour avoir une signification : c’est la situation d’indifférence identifiée par une valeur (q) dit seuil d’indifférence, il y aura indifférence si l’écart est inférieur à (q). Si au contraire la différence est très forte, supérieure (en valeur absolue) à une quantité (p) dite seuil de préférence, l’action la plus cotée est réputée préférée : il y a préférence stricte. Entre deux, (entre (q) et (p)), c’est la zone de préférence faible, transition entre l’indifférence et la préférence stricte.

P : préférence stricte Q : préférence faible I : indifférence Figure 28 : notions de préférence et d’indifférence La prise en compte de la zone de préférence faible est une des originalités de la méthode ELECTRE III qui laisse place à l’indifférence et à l’incomparabilité, comme conséquences des raisonnements de surclassement.

44.. DDééffiinniittiioonn dduu ppsseeuuddoo--ccrriittèèrree

Le pseudo-critère est une fonction dont le pouvoir discriminant est caractérisé par deux seuils, l’un d’indifférence (q), l’autre de préférence stricte (p). Fixer les seuils relève autant d’une appréciation subjective que d’un calcul d’erreur au sens de la physique. Ces seuils sont des grandeurs d’opportunité introduites pour refléter ce qu’il y a d’approximatif ou d’arbitraire dans les données [MAYSTRE et al, 1994].

bPa bQabIaaIb aQb aPb

-p -q 0 q p note (a)-(b)



le seuil d’indifférence (q) indique l’écart absolu ou relatif, dans lequel aucune préférence ne peut-être établie sur un critère, le seuil de préférence stricte (p) indique l’écart, absolu ou relatif, à partir duquel une préférence nette peut-être établie entre deux évaluations. L’utilisation des seuils permet de respecter le principe de la logique floue.

55.. IInnddiicceess ddee ccoonnccoorrddaannccee

Un indice est une valeur calculée, comprise entre 0 et 1, indiquant dans quelle mesure une condition est respectée. ELECTRE III utilise deux indices pour la concordance [MAYSTRE et al, 1994] :

• l’indice de concordance par critère, • l’indice de concordance globale.

L’indice de concordance par critère affirme dans quelle mesure l’action (a) est au moins aussi bonne que l’action (b), pour un critère considéré. L’indice de concordance globale affirme dans quelle mesure il y a concordance avec l’hypothèse « l’action (a) surclasse l’action (b) ». On associe donc à la concordance un degré de crédibilité, qui vaut 1 lorsque la concordance est totale, qui vaut 0 lorsqu’il n’y a pas concordance, et qui vaut entre 0 et 1 (interpolation linéaire) dans la zone critique de préférence faible. La Figure 29 illustre la concordance de l’hypothèse (a) surclasse (b).

Figure 29 : concordance (a) surclasse (b)

66.. IInnddiiccee ddee ddiissccoorrddaannccee

La relation de concordance précédente est affaiblie par une notion de discordance exprimée par le seuil de veto. Le seuil de veto (v), dans ELECTRE III, permet d’introduire une notion supplémentaire :

-p -q 0 q p note (a)-(b)0

1

Crédibilité



Si l’action (a) surclasse l’action (b) sur tous les critères sauf un, et si (b) est meilleure de plus d’une valeur (v) (correspondant à la valeur du seuil de veto) que l’action (a) sur ce seul critère, alors il n’est plus possible de dire que (a) surclasse (b). La crédibilité du surclassement est annulée au profit d’une incomparabilité entre les deux actions. Ceci permet de définir des écarts intolérables qui abolissent le surclassement d’une action sur une autre pour un critère prédéfinie [MAYSTRE et al, 1999]. On associe à la discordance une intensité qui est l’indice de discordance qui varie de 0 à 1. Lorsque la discordance est complète l’indice vaut 1. Il vaut 0 pour une discordance sans importance et varie entre 0 et 1 (interpolation linéaire) dans la zone intermédiaire. La Figure 30 illustre la discordance de l’hypothèse (a) surclasse (b).

-p -q 0 q p note (a)-(b)0

1

Intensité

-v

Figure 30 : discordance (a) surclasse (b) On considère que jusqu’à la valeur de (-p) la discordance est supportable puisque le surclassement est encore vrai, même si ce n’est que d’une manière atténuée (entre (-q) et (-p). Au-delà de (-p) vers (-v), la discordance devient de plus en plus gênante car les évaluations (a) et (b) confirment l’hypothèse de surclassement. A partir de la valeur (-v) ou v est le seuil de veto, la discordance est rédhibitoire [SCHARLIG, 1985]. Lorsqu’il y a discordance sur (a) surclasse (b), la crédibilité de la concordance est nulle.

77.. AAllggoorriitthhmmee ddee ccllaasssseemmeenntt

L’objet de l’étape de classement est d’exhiber deux préordres les plus différents possibles à partir des relations de surclassement obtenues. Le premier préordre est obtenu de façon descendante, c’est à dire en sélectionnant tout d’abord les actions les meilleures puis les suivantes jusqu’aux plus mauvaises. Le second préordre est obtenu de façon ascendante, c’est à dire en sélectionnant en premier lieu les actions les plus mauvaises pour finir par les meilleures. Ces deux préordres étant le plus souvent différents, c’est leur intersection, un préordre partiel, qui constituera le rangement le plus fiable. Pour établir ces préordres, on procède de la façon suivante :



A partir de la matrice de surclassement floue (matrice des degrés de crédibilité), on construit une succession de relations de surclassement nettes. Pour cela, on utilise un ensemble de niveaux de coupe et un seuil de discrimination. Le surclassement, (a) surclasse (b), ne sera pris en compte dans l’algorithme de classement que si le degré de crédibilité d(a,b) est supérieur au niveau de coupe et le degré de crédibilité d(a,b) est supérieur au degré de crédibilité d(b,a) + seuil de discrimination [VALLEE et al., 1994]. La règle de préférence dit en substance qu’une action (a) est préférée à une action (b) si l’indice de crédibilité de (a) surclasse (b) est supérieur à une certaine valeur (λ) d’une part, et si l’est un peu plus grand que celui de (b) surclasse (a) d’autre part. La différence exigée, dans cet « un peu plus grand », est elle-même fonction du plus élevé des deux indices de crédibilité. C’est en réduisant progressivement (λ), selon une procédure bien précise, qu’on rend la règle de préférence de moins en moins exigeante, et que (a) est de plus en plus facilement –mais de moins en moins robustement– préféré à (b). Ce balayage des valeurs de (λ) se reproduit à chaque distillation [SCHARLIG, 1996]. A partir de la matrice de surclassement nette, on calcule pour toute action (a) :

• la puissance de (a) : nombre d’actions que surclasse (a), • la faiblesse de (a) : nombre d’actions qui surclassent (a), • la qualification de (a) : puissance de (a) moins faiblesse de (a).

La qualification de chaque action ainsi établie, on sélectionne la ou les meilleures actions en cas d’égalité (sélection descendante) ou la ou les plus mauvaises actions (sélection ascendante) que l’on extrait de l’ensemble des actions à classer. Sur l’ensemble des actions restant à classer, on calcule à nouveau la qualification de chaque action pour extraire une ou plusieurs actions. On réitère l’opération tant que toutes les actions ne sont pas classées. Cette étape est appelée la distillation. A l’issu des distillations ascendantes et descendantes, on obtient deux préordres. Dans chacun d’eux, les actions sont regroupées au sein de classes d’équivalence ordonnées entre elles. Chaque classe contient au moins une action [VALLEE et al., 1994].

88.. EExxppllooiittaattiioonn dduu pprroocceessssuuss

L’exploitation du processus itératif de distillation pour construire les deux préordres est présentée ci-dessous [VALLEE et al., 1994] : On fixe un niveau de coupe [ [0,1λ1 ∈ , on ne retient de la relation de surclassement floue que les arcs (a,b) pour lesquels le degré de crédibilité d (a,b) > 1λ . On obtient une relation de surclassement nette bS 1λ

A définie par :



a bS 1λ

A ssi d(a,b) > 1λ et, d(a,b) >d(b,a) + s[d(a,b] L’assertion (a) surclasse (b) ne sera prise en compte que si elle est significativement plus crédible que l’assertion (b) surclasse (a). A partir de cette relation de surclassement, on calcule pour toutes actions (a) : La 1λ -puissance de l’action (a) :

(a)pλA1 = |{ ∈b A / a }bSλA1 |

La 1λ -faiblesse de l’action (a) :

(a)f λA1 = |{ ∈b A / b }aSλA1 |

La 1λ -qualification de l’action (a) :

(a)qλA1 = (a)pλA1 - (a)f λA1

Pour un premier niveau 1λ fixé, on obtient :

L’ensemble ⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

∈==∈= (x)λ

AqMax Ax

AqλAA /q aD 111

qui est le sous-ensemble des actions A qui ont une qualification maximum. L’ensemble 1D des plus mauvaises actions de A :

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

∈==∈= (x)λ

AqMin AxAqλ

AA /q aD 111

qui est le sous-ensemble des actions de A qui ont une qualification minimum. On continue ainsi le processus en ne retenant que les actions à 1D (distillation descendante) ou que les actions appartenant à 1D (distillation ascendante) pour tenter de les départager à nouveau sur la base d’une seconde relation de surclassement nette d’un niveau 12 λλ < . En itérant ce processus, à l’étape K, on obtient :



soit 1Dk = ou 1Dk = : on a sélectionné une seule action ;

soit 0λk = : les actions restantes ne sont plus départageables. Donc, à l’issue de K étapes d’une première distillation, on a sélectionné un premier sous-ensemble de A : kD (respectivement kD ) qui constituera la première (respectivement la dernière) classe d’un des deux préordres finaux. On note k1k1 DCet DC == ; On applique l’ensemble des opérations qui viennent d’être décrites à 1A pour obtenir 2C ou

2C , classes suivantes des distillations correspondantes. On procède ainsi tant qu’il reste des actions à classer.

99.. RRééssuullttaattss

Le rangement final s’obtient en faisant l’intersection des deux préordres complets obtenus à l’issue des deux distillations : Une action (a) est mieux classée qu’un action (b) dans le préordre final (partiel) si (a) est mieux classée que (b) dans l’un des deux préordres complets et au moins aussi bien classée que (b) dans l’autre préordre. Une action (a) est indifférente à une action (b) dans le préordre final (partiel) si les deux actions sont indifférentes dans les deux préordres complets. Une action (a) est incomparable à une action (b) dans le préordre final (partiel) si (a) est mieux classée que (b) dans l’un des deux préordres complets et (b) est mieux classée que (a) dans l’autre préordre.



1100.. SScchhéémmaa ggéénnéérraall ddee llaa mméétthhooddee

Le schéma général de la méthode ELECTRE III reprend les différentes étapes détaillées précédemment (Figure 31).

Performances des actions, seuilsd'indifférence et de préférence

Ensemble Ad'actions

Famille depseudo-critères

PoidsSeuils de veto

Indices de concordance par critère

Indices de discordancepar critère Relation de concordance

Relation de surclassement f loue

2 préordes complets

1 préordre partiel

Algorithme de classementSeuils de distillation

Figure 31 : schéma général de la méthode ELECTRE III [d’après MAYSTRE et al., 1994]

ANNEXE 3-2





ANNEXE 3-2 Identification des données


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ANNEXE 3-2 IDENTIFICATION DES DONNEES


Avant d’entreprendre toute opération de dragage et de mise en dépôt, des investigations sont nécessaires pour identifier les données du projet indispensables au bon déroulement des phases conception-réalisation. La qualité des données recueillies ou disponibles favorise la sélection des méthodes de dragage et permet, outre une bonne planification des travaux, une évaluation financière sérieuse de l’opération d’aménagement. L’identification, l’analyse et la formalisation des informations nécessaires au projet ont permis de regrouper ces données en cinq classes spécifiques précisées à la Figure 32.

Météorologiques Hydrographiques Géologiqueset géotechniques

Environnementaleset sanitaires

Régionalessocio-économiques

Données du projet

Figure 32 : Classification des données Chaque classe identifiée fait l’objet d’une famille de données nécessaires à la modélisation des informations.

22.. LLeess ddoonnnnééeess mmééttééoorroollooggiiqquueess

Les conditions météorologiques sont importantes pour l’opération de dragage, tout comme pour le trafic maritime portuaire. Les données correspondantes sont généralement facilement accessibles et font l’objet d’un suivi statistique sur des périodes relativement longues (Figure 33).

Vent Température Humidité Brouillard Glace Pluie

Données météorologiques

Figure 33 : Données météorologiques



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2.1. Les vents

La vitesse, direction et durée des vents sont des paramètres importants pour la navigation car ils déterminent également l’état de la mer et la fréquence et intensité des tempêtes. Les données correspondantes sont généralement représentées sous forme de rose des vents ou de matrice. La rose des vents indique la prédominance des vents en direction, fréquence et intensité (Figure 34).

Figure 34 : Rose des vents au sémaphore de Dunkerque. In L.N.H (1971) – [VICAIRE, 1991] La matrice des vents représente la fréquence des vents en direction et vitesse (Tableau 8). Tableau 8 : Matrice de fréquence des vents [BRAY et al., 1997]

Direction des vents Echelle (*) Beaufort N NE E SE S SW W NW

Total Vitesse

(% ) 8 8 0,5 0,5 7 0,5 0,5 6 1 1 5 0,5 1 4 5,5 4 0,5 1 5 1 7,5 3 1 2 1 6 7 3 20 2 1 1 2 2 6 9 3 1 25 1 1 4 4 2 10 8 6 2 37

Total Direction

(%) 2 6 9 5 24 35 13 3 100 %

(*) l’échelle anémométrique de Beaufort donne la force du vent [en Km/h et en nœuds (nds)] sur une échelle complète de 0 à 12 (0, calme ; 12, ouragan).



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2.2. La température

La température de l’air est fonction de la latitude, des périodes d’éclairement, de la répartition des terres, des mers et des courants marins. Les données correspondantes sont identifiées en moyennes maximales et minimales et font souvent l’objet de statistiques mensuelles (Tableau 9). Tableau 9 : Température de l'air dans quelques villes [FREMY, 1999]

Villes Mois J F M A M J J A S O N D Max 31 32 32 32 31 29 28 28 28 29 31 31 Abidjan

(Côte d’Ivoire) Min 23 24 24 24 24 23 23 22 23 23 23 23

Max -7 -5 0 8 17 22 25 24 19 12 4 -5 Québec (Canada) Min -16 -14 -8 -1 5 10 14 13 8 3 -3 -12

Max 21 22 26 32 37 41 42 42 39 35 28 22 Doha (Quatar) Min 12 12 16 20 25 28 29 29 26 12 18 13

Max -43 -33 -18 -3 9 19 23 19 10 -5 -26 -38 Iakoutsk (Sibérie, Russie) Min -47 -40 -29 -14 -1 9 12 9 1 -12 -31 -43

Max -2 -1 4 10 16 20 22 21 16 9 3 0 Oslo (Norvège) Min -7 -7 -4 1 6 10 13 12 8 3 -1 -4 La température peut avoir une incidence non négligeable sur le devenir des virus dans les sédiments. En effet, le maintien du pouvoir infectieux est inversement proportionnel à la température selon [CHUNG et al., 1993].

2.3. L’humidité

L’humidité (ou hygrométrie) indique la proportion d’eau dans l’air en valeur absolue ou relative. Cette information, relativement secondaire dans certaines circonstances, occasionne des dégradations sur les instruments électroniques embarqués à bord des dragues généralement indispensables au bon déroulement du chantier (monitoring permanent).

2.4. Le brouillard

Le brouillard et la brume sont associés à la visibilité, ce qui explique l’importance des informations météorologiques correspondantes. Des brouillards persistants rendent la navigation hasardeuse et ne permettent plus un positionnement visuel satisfaisant sur les



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zones à draguer, notamment dans les secteurs ou les systèmes de positionnement sont défaillants. La fréquence des brouillards maritimes occasionne généralement des pertes d’exploitation des engins de dragage par l’importance des arrêts pour intempérie. Les plus longs brouillards ont atteint 120 jours par an à Terre-Neuve (Canada) avec une visibilité inférieure à 1 km.

2.5. La glace

Le gel commence dans les eaux peu profondes, baies et estuaires, où la banquise côtière peut conduire à des épaisseurs de glace variant de 0,5m à 1,5m. Dans certaines régions (Amérique du Nord, Groendland, Islande, Scandinavie, Sibérie, …) les opérations de dragage sont suspendues ou impossibles pendant des périodes de 5 à 7 mois par an.

2.6. La pluie

L’importance des pluies dans certaines régions peut occasionner, de part son intensité, des problèmes de visibilité provoquant les mêmes désagréments que le brouillard. Les données font l’objet de statistiques mensuelles exprimées en mm (1mm correspond à 1l par m2 ). Le Tableau 10 indique des pluviométries très variables d’une région à l’autre. Tableau 10 : Pluies en mm dans quelques villes [FREMY, 1999]

Villes Mois J F M A M J J A S O N D Abidjan (Côte d’Ivoire)

26 40 120 170 365 610 200 35 55 225 190 110

Alger (Algérie)

115 75 60 65 35 14 2 4 30 85 90 120

Conakri (Guinée)

1 2 5 17 155 565 1329 995 715 330 120 10

Montréal (Canada)

24 15 37 64 64 82 90 92 88 74 61 33

Amsterdam (Pays-Bas)

70 50 50 50 50 65 80 95 80 80 85 85

Londres (Grande Bretagne)

42 31 38 40 46 48 42 52 53 43 54 48

En période de crues, l’augmentation des débits liée aux précipitations occasionne une augmentation brutale des matières en suspension, qui s’accompagne généralement d’une



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augmentation des concentrations en contaminants ou des densités bactériennes, lesquelles peuvent évoluer de façon exponentielle parallèlement à la phase de montée en débit. D’une contamination de base de 102 E.coli : / 100ml hors période de crue, les densités peuvent atteindre 106 E.coli/100ml après une averse orageuse, dépassant largement les normes de qualité bactériologique des zones de baignade et de conchyliculture [CORRE et al., 1999]. L’ensemble des paramètres évoqués précédemment sont des données météorologiques en rapport avec le système climatique. Ces données influencent généralement les conditions de réalisation des opérations de dragage.

33.. LLeess ddoonnnnééeess hhyyddrrooggrraapphhiiqquueess

Les informations hydrographiques permettent notamment d’établir les cartes bathymétriques nécessaires à la reconnaissance des fonds marins, de mesurer les volumes à draguer, de vérifier l’état d’avancement des travaux, d’obtenir un ensemble de données concernant les marées, les courants, les houles, d’étudier les mouvements sédimentaires, d’identifier la présence d’ouvrages divers ou d’obstacles qui peuvent perturber les travaux de dragage. Certaines données font l’objet d’un suivi statistique (marées, courants, houles), d’autres nécessitent des équipements spécifiques (sondeurs, positionnement, logiciels d’acquisition et de traitement) pour la surveillance des fonds et le contrôle des travaux. La Figure 35 synthétise les principales informations alimentant les données hydrographiques.

Marées Courants Houles Sédimentation Obstacles

Données hydrographiques

Figure 35 : Données hydrographiques

3.1. La marée

L’influence de la marée mérite une attention particulière car elle peut, de par son amplitude (marnage), modifier les conditions d’exécution du chantier sur de nombreux paramètres. Une variation importante de la profondeur de dragage modifie la production (rendement) de l’engin, qu’il soit mécanique ou hydraulique. Les conditions de marnage influencent l’intensité et la direction des courants de marée (flot, jusant). Les conditions de houle sont généralement plus sévères à marée haute, car la propagation des ondes est favorisée. Les conditions de basse mer occasionnent des lames déferlantes à la côte et réduisent l’accessibilité du chantier avec des risques d’échouement ou une impossibilité de naviguer.



76

Le marnage peut créer des contraintes de chargement de l’engin lors de l’accroissement du tirant d’eau sur une marée baissante. Les conditions de marée modifient de façon significative le gabarit de navigation et peuvent générer des contraintes de manœuvrabilité de l’engin influençant directement le rendement. Sur des sites à faible profondeur, là où sont généralement les gros volumes à extraire, les temps d’intervention de l’engin peuvent être très limités par l’évolution du marnage, d’autant plus que la mise en dépôt est éloignée. La bonne connaissance des conditions de marée conditionne donc l’efficcacité des travaux. Le Tableau 11 indique quelques valeurs de marnage maximales (en mètres). Tableau 11 : Valeurs de marnage maximales (en mètre) Marnages maximaux (Atlantique, Méditerranée)

Baies de Fundy (Canada)

16,70

Granville (France)

14,60

Bayonne (France)

4,80

Tarifa (Espagne)

1,50

Toulon (France)

0,50

3.2. Les courants

La houle, la marée et les vents engendrent des courants dans les masses d’eau marine. Les houles, en abordant le rivage, vont engendrer des courants d’oscillation sur les fonds, des courants de translation dans la couche limite, des courants de compensation dans la masse du fluide sain. Ces courants peuvent atteindre 1,5 à 2 m/s. Les courants de marée sont des courants périodiques dont la direction et la vitesse varie avec le temps. Ces courants peuvent atteindre des valeurs de 1 à 6 m/s voir plus [MIGNIOT, 1982]. La rose des vents en un point fixe indique les valeurs des vitesses de courant et leur direction reportées d’heure en heure (Figure 36). L’influence des vents sur les courants côtiers est appréciable et les vitesses et directions de ces courants sont en général étroitement liées au régime des vents, mais avec un certain retard. L’intensité des courants et leurs directions ont une importance significative sur les opérations de dragage car elles peuvent orienter le choix du matériel et des équipements selon la situation du chantier [GRAILLOT, 1983]. Les dragues stationnaires résistent bien aux courants car elles disposent d’équipements adaptés (ancres, pieux, …). Les dragues aspiratrices en marche sont beaucoup plus sensibles aux courants de par leurs tirants d’eaux et les risques d’efforts parasites sur les élindes traînantes (courants traversiers).



77

Figure 36 : Evolution du courant en un point à différents niveaux en morte eau

3.3. La houle

La houle est produite par l’action du vent à la surface de l’eau. Lorsque le vent persiste, les vagues se forment et progressent dans la direction où souffle le vent. L’amplitude et la période de la houle peuvent être mesurées par un houlographe à accéléromètre (bouée Datawell) avec édition des enregistrements à distance (Figure 37).

Figure 37 : Enregistrement de la houle



78

La houle ressemble à des ondes aléatoires dont les répartitions dans l’année suivent généralement une loi de probabilité que l’on peut définir en portant l’amplitude significative (H1/3), suivant une échelle arithmétique et les pourcentages, suivant une échelle logarithmique [MIGNIOT, 1982]. La Figure 38 décrit la répartition des houles dans l’année en différents points du globe.

Figure 38 : Répartition des houles dans l'année en différent point du globe (courbes de probabilité) Les houles peuvent subir de nombreuses variations lors de leurs parcours depuis le large. Lorsqu’il existe des anomalies dans les isobathes (hauts fonds, fosses), les houles peuvent atteindre le rivage de manière amplifiée (focalisation et concentration d’énergie). La Figure 39 représente la propagation des houles du large et le phénomène de concentration par réfraction lié à la présence d’un haut fond [MIGNIOT, 1982].



79

Figure 39 : Propagation des houles - concentration par réfraction sur un haut fond Les hauteurs de houle de tempêtes, extrapolées à partir des observations disponibles, permettent également de connaître les hauteurs significatives (H1/3) des houles décennales ou centennales (Tableau 12). Tableau 12 : Hauteur de houles extrêmes – [VICAIRE, 1991]

La rose des houles permet de représenter la prédominance des houles en direction, fréquence et amplitude maximale (Figure 40).

26,2



80

Figure 40 : Rose des houles à Dunkerque. In L.N.H (1971) – [VICAIRE, 1991] L’ensemble des données de houle, notamment l’amplitude, sont des facteurs importants qui peuvent influencer l’avancement des travaux. Les engins stationnaires (non autoporteurs) sont généralement très sensibles à la houle à cause de leur faible tirant d’eau (risque d’instabilité), de leur système d’ancrage (contraintes préjudiciables) de leurs équipements d’extraction (efforts parasites), de la mise à couple des chalands de transport (risque chocs violents), des connexions avec les conduites flottantes et pontons (tensions anormales), des difficultés d’évolution à l’avancement des travaux (dérive). Les dragues autoporteuses sont généralement plus stables de par leur tirant d’eau plus élevé et des équipements mieux adaptés (compensateur de houle, propulseurs, …). La connaissance des phénomènes de houle, tant en amplitude, période, longueur d’onde que direction facilite le choix des engins pour l’opération de dragage, selon l’exposition potentielle du chantier.

3.4. La sédimentation

Les mécanismes de transport des sédiments sont très complexes et dépendent de la nature et de la concentration des sédiments ainsi que des conditions hydrauliques assurant le transport par quatre processus différents [AIPCN, 1990] :

le charriage sur le fond des particules sédimentaires en suspension sous l’effet des courants de marée ou des courants de densité,

le transport des particules sédimentaires en suspension sous l’effet de la diffusion turbulente et de la vitesse de chute des particules,

les panaches de vase en suspension de turbidité variable,



81

le transfert des couches épaisses de vase fluide sur le fond sous l’effet de la remise en suspension.

La connaissance de la dynamique sédimentaire permet de prévoir les risques de dépôts des matériaux fins qui peuvent se déposer par décantation sur les fonds [MIGNIOT, 1982]. Ce paramètre est important pendant l’opération de dragage, car il y a maintien de la sédimentation naturelle, et, le cas échéant, recirculation des sédiments dans la zone ou hors de la zone du chantier (Figure 41).

Figure 41 : Représentation schématique du transport de sédiments et du mécanisme de recirculation [HAECON, 2002] La connaissance des phénomènes de sédimentation doit également permettre de mieux évaluer les quantités prévisionnelles à draguer, en fonction de la saisonnalité ou des périodes de crues. Le Tableau 13 précise quelques niveaux de sédimentation dans les chenaux d’accès portuaires et estuariens. Tableau 13 : Niveaux de sédimentation de quelques sites portuaires [MALHERBE, 2002]

Sites portuaires Estuaire/rivière Niveaux de sédimentation mensuelle (m)

Nantes St Nazaire Loire 0,20 à 0,50 Dunkerque (France) Avant Port-Ouest 0,10 à 0,40 Zeebrugge (Belgique) Port 0,50 à 1,10 Shanghai (Chine) Yangtze 0,10 à 0,30 Montevideo (Uruguay) Rio de la Plata 010, à 050 Cân Tho (Vietnam) Mekong 0,10 à 0,60



82

3.5. Les obstacles

De nombreux chantiers de dragage concernent l’évacuation de sédiments situés dans des zones portuaires encombrés d’obstacles et détritus, liés aux activités portuaires, industrielles ou touristiques. La présence d’obstacles en tout genre (câbles, filets, ferrailles, pneus, blocs, voitures, épaves, …) peut bouleverser le choix des engins de dragage initialement envisagé pour l’opération en fonction de la nature géologique des fonds. Le dragage des sédiments fins (vase) est souvent réalisé à l’aide de dragues aspiratrices en marche (suceuses) qui utilisent des pompes centrifuges. Cet engin devient totalement inadapté en présence d’obstacles, lesquels occasionnent de nombreux arrêts et pertes de rendement liés à des incidents fréquents sur le bec d’aspiration, le rouet du corps de pompe, la chute de densité, l’augmentation du temps de chargement et un transport des chargements non optimisé sur des sites de dépôt généralement éloignés. Ces circonstances non identifiées à l’origine de l’opération conduisent inévitablement à des interruptions de chantier, des modifications du matériel de dragage, à un retard dans la programmation des travaux et probablement à une réclamation de l’entrepreneur chargé des travaux compte tenu des pertes financières qu’il subit.

44.. LLeess ddoonnnnééeess ggééoollooggiiqquueess eett ggééootteecchhnniiqquueess

Les études géologiques et géotechniques sont indispensables afin d’établir les volumes à draguer par types de matériaux, d’évaluer les propriétés physiques et mécaniques des matériaux qui influencent les processus de dragage et de transport et également d’estimer l’adéquation des matériaux pour une valorisation potentielle.

4.1. Les données géologiques

Les données géologiques de base pour l’opération de dragage favorisent la construction du modèle géotechnique (Figure 42).

Types de matériaux Localisations Volumes

Données géologiques

Figure 42 : Données géologiques de base Ces données permettent d’identifier les unités géologiques du chantier et de quantifier les volumes correspondants à l’aide des mesures in situ de localisation, de profondeur et d’épaisseur.



83

4.2. Les données géotechniques

Les données géotechniques complètent les données précédentes en terme de caractéristiques physiques et mécaniques des matériaux à l’aide d’essais spécifiques in situ ou de laboratoire. Le Tableau 14 présente la classification générale des sols à draguer en fonction de la taille des grains et de leur résistance [AIPCN, 1984]. Le Tableau 15 identifie les essais in situ et de laboratoire à réaliser pour estimer les caractéristiques des sols à draguer [AIPCN, 1984].



84

Tableau 14 : Bases générales pour l'identification et la classification des sols à draguer

Principaux types de

sols

Identification de la dimension des grains

Echelle des dimensions (mm)

Identification

Aspects des

grains et plasticité

Résistance au cisaillement et structure

Blocs Cailloux

> 200 mm 200 à 60mm

Examen et calibrage visuels

P.A.

Graviers

Gros 60 à 20 mm

Moyens 20 à 6 mm Fins 6 à 2 mm

Facilement identifiable par examen visuel

Possibilité de trouver des couches de graviers cimentés qui ont l’aspect d’une roche faiblement agglomérée. Des graviers très compacts peuvent se trouver mêlés à du sa ble.

Sables

Gros 2 à 0,6 mm Moyens 0,6 à 0,2mm Fins 0,2 à 0,06 mm

Tous les grains visibles à l’œil nu. Très faible cohésion lorsque le sol est sec.

Forme des grains : Arrondi Irrégulier Anguleux Feuilleté Allongé Feuilleté et allongé Texture : Rugueux Lisse poli

La compacité des dépôts peut varier : les sables peuvent être lâches, compacts ou cimentés. La structure peut être homogène ou stratifiée. Le mélange avec des limons ou des argiles peut produire des sables très compacts.

Limons

Gros 0,06 à 0,02 mm Moyens 0,02 à 0,006 mm Fins 0,006 à 0,002 mm

D’habitude les grains sont invisibles. Seuls de grains grossiers de limon sont encore visibles à l’œil nu. L’essai de dilatance permet la meilleure détermination possible. Le limon peut être pétrissable, mais séché, il tombe des doigts lorsqu’on secoue les mains ; une simple pression des doigts pulvérise les mottes séchées.

Non-plastique ou peu plastique

En majeure partie non plastique : les caractéristiques peuvent être identiques à celles du sable, si la matière est principalement grossière ou sablonneuse. Le limon plus fin se rapproche de l’argile et a des caractéristiques plastiques. Très souvent mêlé ou traversé de sable fin ou d’argile. il se présente de façon homogène ou en couches. La consistance du limon peut varier allant de la vase liquide au limon ayant la consistance d’une pierre en passant par le limon dur.



85

Argiles

Au-dessous de 0,002 mm la distinction entre les limons et les argiles ne devrait pas se faire uniquement d’après la dimension des grains puisque les propriétés physiques les plus importantes des limons et des argiles n’ont qu’un rapport indirect avec la dimension des grains.

Les argiles ont une cohésion et une plasticité importantes mais ne réagissent pas au test des secousses. Un échantillon humide colle aux doigts et au toucher paraît lisse et onctueux. Les fragments secs ne se réduisent pas en poudre mais au cours du séchage ils se contractent et se fissurent en acquérant une haute résistance au cisaillement.

Plasticité moyenne (argile pauvre) Haute plasticité (argile grasse)

Résistance Très molles : Molles : Fermes : Tenaces : Dures :

Résistance au cisaillement (2)

Peuvent être facilement comprimées entre les doigts Peuvent être facilement pétries avec les doigts Requièrent une forte pression pour être pétries avec les doigts Ne peuvent être pétries avec les doigts mais le pouce peut y marquer son empreinte Compactes, peuvent difficilement être marquées par l’ongle du pouce

< 20 kN/m² 20-40 ∀ 40-75 ∀ 75-150 ∀ > 150 ∀

Tourbes et terres organiques

Variée

Peuvent être généralement identifiées par leur couleur noire ou brune et souvent par leur forte odeur et par la présence de matières fibreuses ou ligneuses

Peuvent être de nature ferme ou spongieuse. La résistance au cisaillement peut varier considérablement suivant les Directions verticales ou horizontales.



86

Tableau 15 : Classification des sols en vue des dragages par des essais faits in situ et en laboratoire Principaux types de sols

Granulo-métrie

Densité in situ ou spécifique apparents

Poids spécifique des particules solides

Compacité (in situ)

Teneur en eau

Indice de plasticité

Résistance au cisaillement

Teneur en Co3,CA

Teneur en matière organique

Blocs Cailloux

Examen virtuel sur place

P.A.

Essai en laboratoire (sur des fragments)

P.A.

P.A.

P.A.

P.A.

P.A.

P.A.

Graviers

Essai en laboratoire

P.A.


Essai in situ

P.A.

P.A.

P.A.

P.A.

P.A.

Sables S

OLS

GR

AN

ULE

UX

(s

ans

cohé

sion

)


Essai en laboratoire sur des échantillons non remaniés


Essai in situ


P.A.

P.A.



Limons




Essai in situ ou essai en laboratoire sur des échantillons non remaniés






Argiles

SO

LS D

OU

ES

DE

C

OH

ES

ION

P.A.


P.A.

Essai in situ ou essai en laboratoire sur des échantillons non remaniés




P.A.


Tourbes et terres organiques

SO

LS

OR

GA

NIQ

UE

S

P.A. Essai en laboratoire sur des échantillons non remaniés

P.A.

Essai in situ




P.A.


Note : Les essais encadrés d’un trait double sont considérés comme primordiaux pour la détermination des caractéristiques des sols en vue des dragages.

P.A. = l’essai n’est pas d’application



87

Le Tableau 16 indique les méthodes d’essais les plus courantes in situ ou de laboratoires pour effectuer les travaux sur des roches [AIPCN, 1984]. Tableau 16 : Méthodes d'essai en laboratoire et in situ des roches à draguer Nom de l’essai

But de l’essai

Remarques

Lab (L) Ou In situ (S)

Examen visuel Evaluation de la masse rocheuse

Indique l’état de la masse rocheuse in situ S ou L

Lame mince

Identification

Aide à la composition minérale

L

Densité apparente

Rapport volume/poids

Essai humide et sec

L

Porosité

Mesure des vides traduit en pourcentage des vides sur le volume total

Peut-être calculé directement à partir de la densité humide et sèche

L

Teneur en carbonate

Mesure de la teneur en Ca Co3

Utile pour l’identification des calcaire, des craies, etc.

L

Dureté superficielle

Détermination de la dureté

Classement suivant l’échelle de Moh de 0 (talc) à 10 (diamant)

L

Compression uniaxiale

Résistance ultime sous contrainte uniaxiale

Essai devant être fait sur des échantillons complètement saturés. Les dimensions de l’éprouvette et le sens de stratification relative à la direction de compression doivent être consignés, il est recommandé de prendre ½ pour le rapport longueur sur diamètre des échantillons cylindriques

L

Essai de rupture brésilien

Résistance à la traction (dérivée de l’essai uniaxial

Idem, excepté la recommandation sur le rapport longueur/diamètre

L

Essai de poinçonnement

Indication de résistance

Essai facile et rapide mais doit être allié à un essai de résistance à la compression uniaxiale

L

Protodiakonov

Indication de stratigraphie à l’écrasement sous une charge dynamique

Le test a été imaginé pour les types de roches les plus dures. Il y a lieu de faire attention à l’exécution et à l’interprétation des résultats d’essai sur certaines roches, particulièrement les conglomérats à grain grossier ;

L

Standard pénétration test

Indication de résistance

Application aux coraux et aux roches fortement altérées

S

Vitesse sismique

Indication de stratigraphie et de fracturation de la masse rocheuse

Utile pour extrapoler les essais en laboratoire et sur le terrain au comportement de la masse rocheuse

L

Vitesse ultrason

Vitesse longitudinale

Essai sur des carottes saturées

L

Module statique d’élasticité

Rapport contrainte/effort

Donne une indication de la fragilité

L

Possibilité de perforation

Evaluation de la masse rocheuse

Mesure des paramètres de forage y compris la vitesse de pénétration, pression d’alimentation en fluide, etc. et consignation de la technique et des spécifications de forage

S

Angularité

Détermination de la forme des grains

Peut être une comparaison par examen visuel avec des spécimens

L

Le Tableau 17 décrit les méthodes de prise d’échantillons pour l’investigation des sols en vue des opérations de dragages [AIPCN, 1984].



88

Tableau 17 : Prise d'échantillons investigation des sols en vue des dragages Type de roches et de

sols Prise de carottes par forage rotary (forage

avec diamant) (1)

Sondage avec soupape et tarière

Systèmes sous-marins

(fonds de l’eau)

Echantillons non remaniés (2)

Echantillons remaniés (2)

Essais de pénétration

dynamiques (3)

Essais de pénétration statiques

(par exemple hollandais, suédois)

Essai en scissomètre in situ

ROCHES

La meilleure méthode pour obtenir des carottes intacts dans les conditions in situ pour faire examens et essais

P.A.

Utile pour obtenir des échantillons avec une pénétration limitée

Les carottes ou de grands fragments sont considérés comme des échantillons non remaniés

Les fragments peuvent être utilisés pour l’identification

Utilisé seulement dans les roches meubles ou altérées et dans les coraux

P.A.

P.A.

BLOCS CAILLOUX

Peut convenir pour prélever des carottes

Ciselure requise pour pénétrer dans la couche

P.A.

Cailloux considérés comme échantillons non remaniés

P.A.

P.A.

P.A.

P.A. GRAVIERS

P.A.

P.A.

Il n’est pas possible de considérer les graviers comme des échantillon non remaniés à moins qu’ils soient cimentés

Avec un cône, ces essais donnent des résultats valables sur la compacité in situ

Pénétration difficile des graviers grossiers

P.A.

SABLES

P.A.

Carottiers disponibles, mais il est difficile d’obtenir des échantillons non remaniés

Peut-être utilisé pour l’estimation de la compacité sur place. En même temps un échantillon est obtenu

P.A.

LIMONS

P.A.

Si les limons sont doués de cohésion on peut utiliser des carottiers d’argile, sinon, c’est la même chose que pour les sables

Essais utilisés pour déterminer la résistance au cisaillement mais l’interprétation doit être faite avec la plu grande prudence

ARGILES

P.A.

Il existe sur le marché une grande quantité de carottiers

Peut très bien être utilisé, mais l’interprétation doit se faire avec soin

Très utile pour évaluer la résistance au cisaillement dans les argiles alluvionnaires

TOURBES, Etc…

P.A.

Méthode employés pour obtenir des échantillons représentatifs et non remaniés et pour exécuter des essais in situ

Divers systèmes sont valables pour obtenir des échantillons représentatifs mais généralement avec une pénétration limitée

Idem

Obtenus par sondages à l’aide de boîtes métalliques ou de sacs. Doivent être « représentatifs » (par exemple provenir d’un seul horizon ou d’une seule couche). Essentiels pour l’identification de couches différentes. Echantillons les moins chers

Méthode utile pour déterminer les caractéristiques locales et le niveau des couches dure. Dans les sites qui ont une grande variété de sol, cela peut servir à compléter les informations données par les sondages

Idem que limons



89

Ces essais sont nombreux et coûteux et le niveau de priorité reste variable en fonction de la nature du sol et de la destination des matériaux [AIPCN, 2000b] :

pour un sol cohérent, les essais essentiels à une bonne connaissance des matériaux à draguer sont liés à la connaissance de la granulométrie, de la résistance, de la plasticité/teneur en eau et de la densité,

pour un sol non cohérent, les essais essentiels sont liés à la connaissance de la granulométrie, de la densité, du compactage, de l’angularité,

Enfin, pour le cas des roches, la priorité est la connaissance de la résistance à la compression et de la densité.

L’ensemble des données géologiques et géotechniques identifiées lors des différents essais in situ et de laboratoire contribue à établir les méthodes d’excavation des matériaux, de transport ou de refoulement, de mise en dépôt et le cas échéant à analyser le potentiel de valorisation des matériaux dragués.

55.. LLeess ddoonnnnééeess eennvviirroonnnneemmeennttaalleess eett ssaanniittaaiirreess

Les informations environnementales et sanitaires sont devenues depuis quelques années un champ important de mesures et d’analyses dans le cadre de l’opération de dragage pour l’acceptabilité du projet, la protection des écosystèmes terrestres et marins, la qualité des eaux de baignade ou conchylicoles, la protection des paysages et la sauvegarde de l’environnement au sens le plus large. Les investigations environnementales et sanitaires sont guidées par la nécessité aujourd’hui [BRAY et al., 1997] :

d’établir les conditions environnementales initiales du site de dragage et de mise en dépôt, ainsi que celles situées à proximité des travaux,

d’identifier les impacts potentiels des travaux sur l’environnement au moment de la réalisation et à plus long terme après la phase d’exécution,

de se doter d’une base de données utilisable pour surveiller les conséquences des travaux (monitoring),

d’identifier les méthodes permettant de réduire les impacts à des niveaux acceptables.

Les investigations correspondantes portent notamment sur la qualité des eaux, la qualité des sédiments, la qualité de l’air, la qualité des écosystèmes et le bruit.



90

5.1. Qualité des eaux

La qualité des eaux sur l’ensemble des sites concernés par l’opération de dragage comporte la mesure de nombreux paramètres classés par famille à la Figure 43.

Physico-chimiques Micropolluantsmétalliques

micropolluantsorganiques

Bactériologiques

Paramètres de la qualité des eaux

Figure 43 : Paramètres de la qualité des eaux

5.1.1. Les paramètres physico-chimiques

Les paramètres physico-chimiques des eaux marines sont principalement la température, la salinité, l’oxygène dissous, le pH. La présence d’organismes vivants (faune, flore) se traduit par des caractéristiques hydrobiologiques telles que les éléments nutritifs azote, phosphore et silice, la matière en suspension, la chlorophylle, le carbone organique dissous et particulaire [JOANNY et al., 1993]. Le Tableau 18 indique quelques valeurs de salinité sur le littoral français. Tableau 18 : Salinité [JOANNY et al., 1993]

Salinité en O/OO– Stations de la côte Dunkerque Baie de Seine Lannion Loire Gironde Arcachon Fos Monaco

34 31 35 24 28 29 33 38 Le Tableau 19 indique quelques valeurs d’oxygène dissous sur le littoral français. Tableau 19 : Oxygène dissous [JOANNY et al., 1993]

Oxygène dissous en mg/l – Stations de la côte Dunkerque Baie de Seine Lannion Loire Gironde Arcachon Fos Monaco

6,3 6,2 6,3 5,5 5 ,8 5,2 4,7 5,5 Le Tableau 20 indique quelques valeurs de pH sur le littoral français. Tableau 20 : pH [JOANNY et al., 1993]

Potentiel hydrogène(pH) – Stations de la côte Dunkerque Baie de Seine Lannion Loire Gironde Arcachon Fos Monaco

8,1 7,9 8,2 8,0 7,9 8,2 8,25 8,3 Le Tableau 21 indique quelques variations des valeurs de sels nutritifs sur le littoral français en fonction de la salinité. Tableau 21 : Sels nutritifs [JOANNY et al., 1993]

Sels nutritifs en µmol/l (période hivernale) Brest Seine Loire Dunkerque Gironde Rhône

Salinité 20-34 20-34 20-34 28-34 20-34 20-34 No3 (nitrate) 150-18 135-16 90-20 50-10 55-10 24-10

NH4 (ammonium 5-1,7 17-1,8 3,5-2 39-3,5 2-1 8-2,5 PO4(phosphate) 1,5-0,8 7,8-1,7 3,1-1 4,4-1,8 1,5-0,8 1,8-0,5



91

Le Tableau 22 indique les variations saisonnières des matières en suspension totales et de la turbidité des eaux côtières à Dunkerque. Tableau 22 : MES et turbidité [BARBIER et al., 1986]

MES en mg /l et turbidité en NTU J F M A M J J A S O N D MES 35 21 14 14 8 5 0 5 2 3,5 13 13 Turbidité 22 12 8,5 7 6 4 2,5 4 2,5 2 7 7 Le Tableau 23 indique pour l’estuaire de la Seine les variations des MES en fonction des débits en période de crue (1982). Tableau 23 : Variation MES - Débits de crue [CHAUSSEPIED et al., 1989]

MES en mg/l et débit de crue en m3/s (14/12/1982) Débits 800 1000 1200 1400 1600 1800 MES 120 150 165 260 200 120 (06/01/1983) Débits 1600 1400 1200 1000 800 MES 60 60 50 50 50 Le Tableau 24 indique la variabilité des valeurs de chlorophylle sur le littoral français. Tableau 24 - Chlorophylle [JOANNY et al., 1993]

Chlorophylle en mg/m3 – Stations de la côte Dunkerque Estuaire de Seine Brest Loire Marennes Arcachon Fos

0-12 0-70 0-4 0-37 0-47 0-12 0-6

5.1.2. Les paramètres micropolluants métalliques et organiques

Les paramètres micropolluants métalliques et organiques des eaux marines sont principalement les métaux lourds (plomb, cadmium, chrome, nickel, zinc, mercure, cuivre, …), l’arsenic, les polychlorobiphényles (PCB), les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les pesticides organochlorés (DDT, HCB, HCH, …) et divers autres polluants organiques persistants (POP). Cette liste est évidemment non exhaustive compte tenu de la prolifération permanente des composés chimiques en tout genre dans l’environnement. La surveillance des micropolluants des eaux marines est généralement axée sur la nature vivante et les sédiments. Les organismes marins ont en effet la propriété d’accumuler les contaminants présents dans l’eau et cette faculté est représentative de l’état chronique de la zone [JOANNY et al., 1993]. Les paramètres sont sélectionnés pour leur toxicité ou leur rémanence. Le Tableau 25 présente les données acquises en micropolluants dans les huîtres et les moules du littoral français [JOANNY et al., 1993].



92

Tableau 25 : Données sur les teneurs en micropolluants - période 1979-1991 Micropolluants métalliques et organiques – huîtres, moules

Valeurs Moyennes Minimum Maximum H 2200 385 11700 Zinc1 M 155 43 615 H 140 7,7 1890 Cuivre1 M 7,3 2,5 52,2 H 0,21 0,01 1,66 Mercure1 M 0,18 0,02 1,24 H 2,58 0,25 129 Cadnium1 M 0,87 0,10 36,20 H 1,51 0,10 8,90 Plomb1 M 3,24 0,10 83,20 H 334 25 3290 PCB1 M 467 20 3750 H 47,3 3,9 1020

ΣDDT2 M 100 2,5 733 H 2,2 0,20 65,9

αHCH2 M 1,5 0,10 9,6 H 7,9 0,20 114

λHCH2 M 3,8 0,20 89 H 2,68 0,10 69,5 PAH1 M 4,97 0,19 303

Unités : 1 valeurs exprimées en mg/kg, poids sec 2 valeurs exprimées en µg/kg, poids sec

5.1.3. Les paramètres bactériologiques

Les paramètres bactériologiques des eaux marines concernent essentiellement les micro-organismes susceptibles d’induire des risques sanitaires en milieu littoral (bactéries, virus, champignons, …). Le dénombrement ou la recherche exhaustive de ces micro-organismes pathogènes dans les eaux, les sédiments ou les mollusques est impraticable, c’est pourquoi la mesure de la qualité bactérienne des eaux est réalisée principalement à l’aide de la contamination en coliformes fécaux non pathogènes (E. Coli) mais témoins de la contamination fécale du milieu [BARBIER et al., 1986]. Si la contamination en coliformes fécaux est importante, il y a risque de présence d’autres germes fécaux pathogènes (salmonelles, virus, …). Néanmoins la présence abondante de coliformes fécaux (E.Coli) ne signifie pas la présence de salmonelles et de virus. De même, la rareté d’E.Coli, bactéries à durée de vie assez courte en milieu marin, n’exclut pas la présence de salmonelles ou de virus résistants [JOANNY et al., 1993]. Malgré des vérifications épidémiologiques plusieurs fois confirmées sur l’indicateur E. Coli comme indicateur fiable de pollution fécale, de nombreux auteurs se pose le problème de la corrélation entre les indicateurs et les pathogènes. [MARTINEZ et al., 1992, FERGUSON et al., 1996]. La Figure 44 représente la contamination fécale des eaux littorales de la région Nord Pas-de-Calais lors de la campagne Hydrobios (1980).



93

Figure 44 : Contamination fécale des eaux littorales La surveillance de la contamination bactérienne des eaux marines est également axée sur la matière vivante et les sédiments. La recherche des germes est faite sur des coquillages, huîtres, moules ou coques pour des raisons biologiques et sanitaires [JOANNY et al., 1993]. La Figure 45 indique les résultats bactériologiques des huîtres sur le littoral du Pays Basque.

Figure 45 : Résultats bactériologiques des huîtres sur le littoral du Pays Basque ( E. Coli)



94

5.2. Qualité des sédiments

La qualité des sédiments à draguer comporte la mesure de nombreux paramètres afin d’évaluer les effets potentiels pendant les travaux (lors de l’extraction et de la mise en dépôt), de s’assurer du respect des aspects réglementaires (permis d’immersion) ou encore d’envisager une valorisation des produits. La Figure 46 rappelle les nombreux paramètres susceptibles d’être mesurés en prévision d’une opération de dragage.

Granulométrie

Minéralogie

Calcimétrie

Résidus

Physiques

Substances nutritives

Métaux lourds etorganiques

Substancesorganiques

Substancesradioactives

Chimiques

Inhibition decroissance

Développementembryonnaires

Toxicité aiguë

Spermiotoxicité

Bactéries,virus

Biologiques (tests)et microbiologiques

Paramètres de la qualitédes sédiments

Figure 46 : Paramètres de la qualité des sédiments

5.3. Qualité de l’air

Il est courant d’admettre que la qualité de l’air est généralement peu affectée par l’opération de dragage et de mise en dépôt des sédiments dragués. Il convient en pratique de pondérer ces propos qui dépendent de nombreux paramètres pouvant modifier en peu de temps la qualité de l’air pendant les travaux. Deux paramètres paraissent essentiels pour évaluer les modifications potentielles de la composition normale de l’air, susceptible de provoquer un effet nuisible ou provoquer une gêne pour l’environnement :

la dégradation de la matière organique par les bactéries aérobies, fermentatives, dénitrifiantes, sulfato-réductrices et méthanogènes des sédiments marins,

la technique de dragage (mécanique ou hydraulique) qui modifie les conditions d’oxygénation et de respiration (brassage ou non des sédiments extraits).

Un fort taux de carbone organique total (COT) observé dans les sédiments, couplé au dragage hydraulique, est susceptible de provoquer des émissions polluantes dans l’atmosphère.



95

Le Tableau 26 indique les mesures des teneurs en sulfure d’hydrogène (H2S) et méthane (CH4) lors de l’extraction des sédiments fins (vase) à l’aide d’une drague aspiratrice en marche. Tableau 26 : Teneurs H2S et CH4 sur la drague René Gibert Conditions de mesure (*) Emplacement H2S (ppm) CH4 (ppm)

Pompage Goulotte arrière babord au-dessus section puits 15 780 (0,078 %) Pompage Goulotte arrière tribord au-dessus section puits 10 420 (0,042 %) Arrêt pompage Goulotte arrière babord au-dessus section puits 0,5 - (*) les mesures effectuées le 27 juin 2003 ont été réalisées par temps calme (vent nul), forte température et vitesse de la drague inférieure à 2 nœuds. Ces valeurs sont à comparer aux valeurs limites d’exposition ou d’explosivité (Tableau 27). Tableau 27 : Limites d'exposition H2S (pour l'homme) Substances VME(*) VLE(*) H2S 5 ppm 10 ppm (*) VME : valeur limite de moyenne d’exposition VLE : valeur limite d’exposition à court terme La concentration des émissions d’H2S peut provoquer un effet nuisible pour l’homme ou l’avifaune. Elle s’accompagne également d’une gêne liée à l’odeur nauséabonde, renforcée en durée par l’absence de vent. La limite inférieure d’inflammabilité du méthane est de 5 %.

5.4. Qualité des écosystèmes

La qualité des écosystèmes peut s’analyser à l’aide de l’étude des sous-domaines d’investigation suivants :

les diatomées benthiques des sédiments (micro-algues unicellulaires) qui représentent des milliers de cellules par gramme de sédiment sec et qui disposent de nombreuses espèces

le phytoplancton constitué par les micro-algues vivant dans l’eau (diatomées, dinoflagellés, silicoflagellés, haptophycés, chlorophycés, …), caractérisé par une production primaire décrivant la richesse biologique des eaux littorales,

le zooplancton constitué du méroplancton (organismes planctoniques pendant une phase de leur vie larvaire et dont les adultes sont benthiques) et de l’holoplancton (ensemble des espèces planctoniques à tous les instants de leur vie sous des formes larvaires, juvéniles et adultes),

Le benthos (ou invertébrés liés aux sédiments), dont les peuplements sont généralement dépendants de la nature du substrat (granulométrie et charge en matière organique) et du niveau bathymétrique (domaine subtidal, estran, estuaire) et dont l’enrichissement des faciès peut être influencé par la salinité ou la dessalure (survie, colonisation).



96

les peuplements piscicoles (espèces de poissons), qu’il est possible de répertorier en groupes d’espèces marines, côtières et estuariennes, autochtones, migratrices marines, migratrices eaux douces en fonction de zone subtidale, intertidale ou estuarienne,

les mammifères marins (phoques, veaux marins, grands dauphins, marsouins, loutres, phoques gris, …), représentatifs du stade supérieur de la vie établis le cas échéant en colonie sédentaire avec une occupation spatio-temporelle précise,

les marais salés (herbus) dont la dynamique obéit à des influences diverses liées aux apports sédimentaires des marées, à l’érosion liée à des changements de configuration des chenaux, à la fixation ponctuelle produite par le couvert végétal ou à l’influence érosive du pâturage (moutons, bovins, chevaux),

la flore et végétation (prairie, mares temporaires, friches, rives et peupleraie, …) qui peuvent disposer d’espèces rares ou assez rares,

les invertébrés (terrestres), composés de nombreuses espèces (libellules, criquets, sauterelles, grillons, papillons, gastropodes, carabiques, araignées, …), dont certaines espèces à statut réglementaire prioritaire (Directive habitats),

les batraciens et reptiles (crapaud commun, lézard vivipare, couleuvre à collier, …) souvent protégés au niveau national,

l’avifaune composante importante du milieu dont la richesse ornithologique dépend en particulier de l’importance des effectifs de certaines espèces migratrices ou hivernantes et des zones de mue ou de reproduction,

Certaines espèces de l’annexe I à la Directive Européenne 79/409 nécessitant la protection des habitats (zone de protection spéciale, zone d’intérêt communautaire pour les oiseaux, …).

Néanmoins, l’analyse exhaustive des espèces dans un milieu naturel est souvent disproportionnée par rapport aux objectifs de l’évaluation environnementale (EIE). Ainsi, les biologistes et naturalistes utilisent généralement certaines espèces comme bio-indicateurs représentatifs de la richesse d’un milieu [HERTIG, 1999]. Le Tableau 28 illustre l’analyse des peuplements piscicoles fréquentant la baie du Mont St Michel [MISSION MONT SAINT MICHEL, 2002]. Tableau 28 : Groupe d'espèces de poissons

Baie du Mont St Michel Marines Côtières,

estuariennes Autochtones Migratrices

marines Migratrices eaux

douces Nombre d’espèces 50 15 15 3 à 4 6 Représentativité groupe/peuplement global

60 % 15 % 16 % 4 % 7 %

Espèces principales

Merlan Tacaud Raie brunette Raie bouclée

Plie Sole commune Bar Sprat Sardine Hareng

Gobies buhotte Gobies de norvègeNoumat

Mulet porc Flet Anguille

Saumon

Le Tableau 29 illustre les effectifs des anatidés hivernants en baie du Mont St Michel [MISSION MONT SAINT MICHEL, 2002].



97

Tableau 29 : Effectifs des anatidés hivernants en baie du Mont St Michel [période 1990-1997] Espèces 1990 1992 1994 1996 1997 Tadone de Belun 2566 1950 1570 1690 2010 Canard colvert 3548 1280 840 945 4930 Sarcelle d’hiver 5 - - - 450 Canard siffleur 180 11 40 140 1500 Canard pilet 15 - - 210 350 Canard souchet 4 3 3 - 9 Macreuse noire 4000 NC 3000 5400 NC Oie rieuse 4 - - 4 - Bemache cravant 2350 2330 2945 2065 3220 TOTAL 12672 5574 8398 10454 12469 L’analyse est parfois difficile et présente un caractère non homogène avec des fluctuations importantes et des variations spatio-temporelles des effectifs. Le Tableau 30 indique les valeurs saisonnières (en cellule par litre) du phytoplancton sur quelques sites du littoral français [JOANNY et al., 1993]. Tableau 30 - Valeurs saisonnières du phytoplancton (c/l)

Phytoplancton du littoral français (1993) Sites Période Diatomées Dinoflagellés Autres

Boulogne et Canche Hiver 102 10 102

Printemps 102 10 10 Eté 102 70 90 Automne 80 60 70 Authie et somme Hiver 102 8 - Printemps 104 6.102 8 Eté 104 6.102 - Automne 8.103 6.102 - Ouest Cotentin Hiver 102 9 - Printemps 102 5 10 Eté 102 5 3 Automne 102 5 4 Baie Mont St Michel Hiver 102 8 70 Printemps 103 102 7.102

Eté 103 102 8.102

Automne 102 30 50

5.5. Le bruit

Le bruit est formé d’une combinaison aléatoire d’un très grand nombre de sons. On dit aussi qu’un bruit est un ébranlement acoustique apériodique dont le spectre des fréquences qui le compose est contenu dans un certain intervalle [HERTIG, 1999]. Les mesures acoustiques permettent de mesurer l’ambiance sonore initiale (diurne, nocturne, période de pointe) et de contrôler le niveau sonore pendant le chantier. Le bruit émis dans l’environnement est réglementé par le Décret n° 95-408 du 18 avril 1995 et les modalités de mesures de bruit s’effectuent conformément à la norme AFNOR NFS 31 101.



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Selon l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), les effets potentiels sur la santé de la pollution par le bruit sont les suivants :

un déficit auditif au delà d’un LA eq 24h de 70 dB (A), des difficultés de compréhension de la parole avec un bruit dont les niveaux sonores

dépassent 35 dB (A), une perturbation du sommeil (endormissement, réveils, tension artérielle, …) si à

l’extérieur des bâtiments (zone industrielle) le niveau maximum dépasse 50 dB (A) la nuit,

des effets cardiovasculaires après des expositions de longues durées avec des valeurs de LA eq 24h de 65 à 70 dB (A).

La Figure 47 donne une illustration des mesures acoustiques réalisées à l’aide d’un sonomètre classe 1.

Figure 47 : Mesures acoustiques 2002 - Mont St Michel Le bruit est rarement considéré comme une gêne ou une pollution sonore dans le cadre des travaux de dragage, à l’exception des zones urbaines et touristiques. Le seuil de 35 dB (A) a été retenu comme niveau acceptable du bruit mesuré la nuit dans une chambre, fenêtre ouverte, sur un site urbain (Noise Advisory Council, [BRAY et al., 1997]).

66.. LLeess ddoonnnnééeess rrééggiioonnaalleess ssoocciioo--ééccoonnoommiiqquueess

Les données régionales socio-économiques qui correspondent globalement au cadre de vie sont issues de données quantitatives, statistiques bibliographiques ou descriptives. La Figure 48 identifie les principales activités alimentant ces données régionales.



99

Aquaculture Pêchesmaritimes

Navigationcôtière

Plaisance Tourisme Chasse Espacesnaturels

Données régionalessocio-économiques

Figure 48 : Données régionales socio-économiques

6.1. L’aquaculture marine

L’aquaculture marine, ensemble des techniques d’élevage aquatique, regroupe principalement la conchyliculture et la pisciculture. Toutes espèces confondues, cette activité économique représente une activité stratégique en zone littorale ou la France occupe le 1er rang au niveau de la production européenne en tonnage [DOSDAT et al., 1994]. La conchyliculture rassemble les activités de l’ostréiculture (huîtres), de la myticulture (moules) et de la vénériculture (palourde, coquille St Jacques). L’importance de la conchyliculture est précisée au Tableau 31. Tableau 31 : Conchyliculture française [JOANNY et al., 1993]

Espèces Tonnage (t)

Chiffre d’affaire (Meuros)

Exploitation (nombre)

Emplois (nombre)

Huître creuse 140 000 256 Huître plate 2 000 10,70 Moules 60 000 67 4 500 11 000 Palourde 400 2 Coquilles St Jacques 50 0,15 TOTAL 202 450 335,85 4 500 11 000 L’importance de la pisciculture est précisée au Tableau 32. Tableau 32 : Pisciculture française[JOANNY et al., 1993]

Espèces Tonnage (t)

Chiffre d’affaire (Meuros)

Exploitation (nombre)

Emplois (nombre)

Loup/bar 1 960 Daurade 380

24,84

Turbot 450 5,34 Saumon 250 1,67 Truite 680 2,59

71

250

TOTAL 3 720 34,44 71 250 L’aquaculture marine a toute son importance pour l’occupation et l’animation du territoire littoral et dépend directement de la qualité du milieu aquatique qui assure sa production.



100

D’autre part, la réglementation communautaire (règlement n° 4028/86/CEE) encourage les élevages de l’annexe II du traité de Rome (développement de l’aquaculture) afin de contribuer à améliorer l’approvisionnement des marchés communautaires en produits de la pêche [LEROUX, 1994]. Cette stratégie s’appuie implicitement et réglementairement (Directive du Conseil n° 79/923/CEE) sur le maintien et la protection permanente de la qualité des eaux côtières souvent en compétition avec des activités considérées comme polluantes qui peuvent provoquer la rupture de l’équilibre du milieu aquatique et favoriser les risques sanitaires. La Figure 49 explicite les causes potentielles des états morbides du milieu piscicole.

Milieu extérieur

Facteurs physiquespropriétés physiques de l'eau(T°, turbidité, débit)traumatismes

Facteurs chimiques propriétés chimiques de l'eau(acidité, alcalinité, gazdissous, nitrites, ammoniactoxiquies divers)alimentation

Facteursbiologiques alimentation

peuplements (prédateurs,algues toxiques)population (densité)

Phénomènes induits

Pollution Technologie

Technologie

Phénomènes induits

Peu

plem

ents

Géo

logi

e, c

limat

, mét

éoro

logi

e

Phé

nom

ènes

nat

urel

s

BioagresseursParasitesBactériesVirus

Poissons

RelationNutritionReproductionAlarme et défense (stress etimmunité) Et

ats

mor

bide

s

Figure 49 : Etiologie générale (BAUDOUY [MORAN, 1994])

6.3. La pêche maritime

La pêche maritime regroupe principalement la pêche côtière professionnelle (chalutage) et la pêche sur l’estran (pêche à pied). Le Tableau 33 illustre l’importance régionale de la pêche côtière sur le littoral français.



101

Tableau 33 : Pêche côtière [JOANNY et al., 1993]

Données de la pêche côtière (tonnes débarquées)

Nord, Pas de Calais, Picardie

Haute et BasseNormandie

BretagneNord

BretagneSud

Pays deLoire

PoitouCharentes Aquitaine Languedoc

Roussillon

ProvenceCôte d'Azur

CorseTOTAL

67.788 82.236 102.174 129.290 28.356 7.262 9.905 21.519 22.108 470.638

Le Tableau 34 détaille les espèces principales pour le secteur du Mont St Michel pour l’année 1997 ainsi que la valeur marchande des tonnages correspondants. Tableau 34 : Espèces principales de la pêche côtière, section Mont St Michel [AFFAIRES MARITIMES, 1997]

Espèces Tonnages (en kg) Valeur marchande (Euros) (base 1997)

Plie 1306 2358 Sole 2931 23355 Bar 953 7856 Rouget barbet 838 4593 Maquereau 4144 11182 Grande roussette 3136 2102 Raie bouclée 1093 1628 Divers poissons 9599 21501 Araignée 2025 3776 Buccin 1826 1949 Seiche 94163 214387 Calmar 3043 17308 Civelles 157 22130 TOTAL (partiel) 128691kg 334125Euros

6.4. La navigation côtière

La navigation côtière (hors pêche) peut être caractérisée par le fret maritime (f) et le transport de passagers (p). Le Tableau 35 décrit l’importance du trafic maritime correspondant pour le littoral français. Tableau 35 : Fret maritime et passagers [JOANNY et al., 1993].

Données fret maritime (millier tonnes/an) et passagers (millions par an)



BretagneNord

BretagneSud

Pays deLoire


Roussillon


CorseTOTAL

62,27

16,08

68,35

4,30

282,67 Mtf

p

4,60

2,13

3,76

2,68

34,64

0,35

7,11

-

3,40

0,80

6,63

0,08

91,85

3,65 30,01 Mp



102

6.5. La plaisance

La plaisance est généralement identifiée en terme de nombre d’anneaux en ports organisés ou en nombre de mouillages. Le Tableau 36 décrit l’importance de la plaisance pour le littoral français. Tableau 36 : Plaisance [JOANNY et al., 1993].

Données plaisance en nombre d'anneaux et mouillages



BretagneNord

BretagneSud

Pays deLoire


Roussillon


CorseTOTAL

2.244 10.309 22.092 19.211 9.007 7.743 14.802 21.467 59.224 166.099

6.6. Le tourisme

Le tourisme peut être analysé en terme de capacité d’accueil (a) et d’emplacements de campings (c). Le Tableau 37 décrit l’importance de l’activité touristique pour le littoral français. Tableau 37 : Tourisme [JOANNY et al., 1993].

Données touristiques sur le littoral français



BretagneNord

BretagneSud

Pays deLoire


Roussillon


CorseTOTAL

296.41

24.041

512.296

20.642

7.500.415(a)

(c)

613.656

34.693

616.013

64.661

768.373

47.574

527.677

55.522

782.012

106.069

1.193.449

86.249

2.190.529

125.217 564.668

(personnes)

(emplacements)

6.7. La chasse

La chasse sur le domaine public maritime (DPM) est exploitée par voie de locations amiables consenties par l’Etat à des Associations de chasse. Sont généralement autorisées la chasse à tir, à la botte, à la passée du gibier d’eau et à l’affût. La pression de chasse sur certains sites littoraux peut atteindre 30 à 40 %, soit environ 80 nuits chassées sur une moyenne de 210 nuits chassables par saison.



103

6.8. Les espaces naturels

En raison de son potentiel remarquable, le patrimoine régional peut bénéficier d’un large éventail de zonage et mesures réglementaires en fonction des sensibilités en jeu. Les principales données en terme de zonage sont décrites à la Figure 50.

ZNIEFF ZICO Zonesnaturelles

Zonesprotégées

ZonesRamsar

Zones deprotectionspéciale

SiteNatura 2000

Sitepatrimoine

de l'UNESCO

Données espaces naturels

Figure 50 : Données espaces naturels

6.8.1. Les ZNIEFF

Les zones littorales peuvent être inventoriées en zones naturelles d’Intérêt Ecologique, Touristique et Floristique (ZNIEFF). La ZNIEFF de type I, est un secteur de type limité, caractérisé par la présence d’espèces, d’associations d’espèces ou de milieux rares, remarquables ou caractéristiques du patrimoine naturel régional ou national. La ZNIEFF de type II, est un grand ensemble naturel riche et peu modifié, offrant des potentialités biologiques importantes, où il convient de respecter l’équilibre écologique. Les zones d’intérêt communautaire pour les oiseaux (ZICO) sont destinées à identifier le point de vue ornithologique, compte tenu des critères techniques introduits par la Directive de 1979 sur la conservation des oiseaux sauvages et de leurs habitats en Europe.

6.8.2. Les réserves naturelles

Les zones peuvent être classées en réserves naturelles lorsque la conservation de la faune, la flore, du sol, des eaux, des gisements de minéraux ou de fossiles et en général du milieu naturel présente une importance particulière ou qu’il convient de les soustraire à toute intervention artificielle susceptible de les dégrader. A l’intérieur de la réserve, toute action susceptible de nuire au développement naturel de la faune et de la flore est réglementée et le cas échéant interdite. Une zone classée en réserve naturelle peut également être classée en zone de protection spéciale (ZPS).

6.8.3. Les zones protégées

Un certain nombre de zones terrestres sont acquises :

soit au titre de la taxe départementale des espaces naturels sensibles des départements (exercice d’un droit de préemption pour leur ouverture au public),

soit par le conservatoire de l’espace littoral et des rivages lacustres pour des espèces présentant des intérêts biologiques et paysagers importants, afin d’en assurer la protection et la gestion,



104

soit comme propriété de la Fondation Nationale pour la protection des habitats de la faune sauvage pour en assurer la préservation et la gestion dans un sens favorable à l’avifaune,

soit par les Fédérations de chasse. Les dunes, anciennes salines et marais, peuvent faire l’objet d’un arrêté préfectoral de protection des biotopes.

6.8.4. Les zones RAMSAR

La convention de RAMSAR du 2 février 1971 est relative aux zones humides d’importance internationale, particulièrement comme habitat pour les oiseaux d’eau. Ces zones peuvent comprendre une partie du domaine maritime (baies, estuaires, marais continentaux, polder, …), où l’Etat élabore et applique des dispositifs d’aménagement de façon à favoriser la conservation des zones humides inscrites et l’utilisation rationnelle de celles-ci.

6.8.5. Les zones de protection spéciale (ZPS)

Certains sites peuvent être classés en zone de protection spéciale au titre de la Directive Européenne « Oiseaux » du 2 avril 1979. Dans les ZPS, l’Etat s’engage à des mesures de conservation spéciales à l’égard des espèces d’oiseaux listés dans les annexes de la Directive « Oiseaux » ainsi que des espèces migratrices dont la venue est régulière.

6.8.6. Les sites naturels NATURA 2000

Le réseau des sites naturels NATURA 2000 est issu de la Directive Européenne « Habitats » 9243/CEE du 21 mai 1992, modifié par la Directive 97/62/CE du 27 octobre 1997. Le réseau NATURA 2000 inclut obligatoirement les ZPS. Sur les sites NATURA 2000, l’Etat s’engage à établir les priorités de maintien dans un état de conservation favorable des espèces ou milieux naturels listés dans la Directive. Ces dispositions font l’objet de plans de gestion qui répondent aux exigences écologiques de ces espèces et de ces milieux.

6.8.7. Les sites du patrimoine mondial de l’UNESCO

Cette reconnaissance internationale est d’ordre naturel et/ou culturel et correspond davantage à un « label » qu’à une véritable protection. Les espaces remarquables du littoral correspondent aux espaces définis comme constituant un site ou un paysage remarquable, caractéristiques du patrimoine naturel du littoral, ou nécessaires au maintien des équilibres biologiques, en présentant un intérêt écologique. Instaurés par « la loi littoral » (article L.146.6 du code le l’urbanisme) ces espaces ont pour vocation à être protégés dans le cadre de l’instruction des plans d’occupation des sols. Dans les espaces à protéger ne peuvent être admis que des aménagements légers liés à des activités traditionnelles ou à l’ouverture au public.



105

77.. SSyynntthhèèssee

L’ensemble des données présentées dans ce chapitre illustre l’importance des phénomènes naturels (météorologiques, hydrologiques), de l’environnement physique (géologie, qualité des milieux,…) et des données socio-économiques dans la démarche d’analyse initiale d’une opération de dragage. Parallèlement, nombreuses de ces données peuvent générer des contraintes d’exécution, réglementaires, économiques ou sociales qui conditionnent la faisabilité d’une opération de dragage.

ANNEXE 3-3





ANNEXE 3-3 Caractérisation physico-chimique des sédiments de l’Avant Port Ouest de Dunkerque


ANNEXE 3-3 CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DES SEDIMENTS DE L’AVANT PORT OUEST DE DUNKERQUE

11.. CCaarraaccttéérriissaattiioonn pphhyyssiiqquuee

Les résultats de ces analyses physiques (granulométrie, densité), de paramètres globaux (COT, % MS) ou spécifiques (Al) permettent de connaître le comportement des sédiments pendant les opérations de dragage et d’élimination des matériaux de dragage. De plus, elles permettent de savoir si d’autres analyses chimiques et/ou biologiques sont nécessaires. Les résultats obtenus sont présentés par le Tableau 38 : Tableau 38 : Propriétés générales des matériaux de dragage étudiés

Paramètres Méthode Echantillons Unité 1 2 3 4 5 Granulométrie F<63 µm Méth. interne 82,70 63,70 83,65 84,85 86,75 % 63<F<100 µm 9,90 10,55 9,95 10,70 8,80 % 100<F<250 µm 6,60 23,70 6,10 4,25 3,85 % 250<F<500 µm 0,50 1,60 0,15 0,20 0,35 % 0,5<F<1 mm 0,00 0,05 0,00 0,00 0,15 % 1<F<2 mm 0,25 0,30 0,10 0,00 0,00 % F> 2 mm 0,05 0,10 0,05 0,00 0,10 %

Teneurs en Al, sur la fraction inférieure à 2 mm Aluminium Mine HF/ISO 11 885 2,9 3,1 2,9 3,2 3,3 % prod sec

Carbone Organique Total (COT) Matière organique

NF ISO 14235 3,0 1,8 2,4 2,7 3,4 % prod sec

Densité (20°C) Densité Méth. interne 1,28 1,34 1,31 1,33 1,27 -

Matière sèche Matière sèche NF ISO 11465 37,6 51,0 39,3 40,7 36,2 % prod sec



22.. AAnnaallyyssee ddeess ccoonnttaammiinnaannttss

Les analyses des polluants organiques ou inorganiques, ainsi que les analyses microbiologiques sont présentées par le Tableau 39 : Tableau 39 : Analyses des contaminants organiques, inorganiques ou biologiques Paramètres Méthode Echantillons Unité 1 2 3 4 5 Métaux et arsenic (contaminants trace Arsenic Cadmium Chrome t Cuivre Mercure Nickel Plomb Zinc

NF EN ISO 11969 NF EN ISO 5961 Mine HF/ISO 11885 Mine HF/ISO 11885 Mine ac/NF EN 13506 Mine HF/ISO 11885 Mine HF/FD T90, 119 Mine HF/ISO 11885

11 0,26 38 10 0,13 11 18 61

10 0,30 39 10 0,10 11 23 69

11 0,31 42 12 0,12 12 23 69

13 0,36 42 12 0,10 12 22 74

12 0,31 42 11 0,12 12 21 71

mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec

Fer et Manganèse (agents oxydants) Fer Manganèse

AAS ou ICP-AES AAS ou ICP-AES

1,4 268

1,3 310

1,3 280

1,6 296

1,7 310

mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec

Tributylétain et produits de sa dégradation Tributylétain Dibutylétain Monobutylétain

GC-AAS GC-AAS GC-AAS

0,03 0,02 0,01

0,02 0,01 <0,005

0,05 <0,005 0,01

0,03 0,01 0,01

0,02 0,01 0,01

mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec

PolyChloroBiphényles (PCBs) Trichlorobiphényle 028 Tetrachlorobiphényle 052 Pentachlorobiphényle 101 Pentachlorobiphényle 118 Hexachlorobiphényle 138 Hexachlorobiphényle 153 Heptachlorobiphényle 180 Total

XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 Somme

<10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10

<10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10

<10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10

<10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10

<10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10

µg.kg-1 sec µg.kg-1 sec µg.kg-1 sec µg.kg-1 sec µg.kg-1 sec µg.kg-1 sec µg.kg-1 sec µg.kg-1 sec

Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAPs) Fluoranthène Fluorène Benzo (a) anthracène Benzo (ah) anthracène Benzo (b) fluoranthène Benzo (k) fluoranthène Benzo (b) pyrène Benzo (ghi) pérylène Indeno (1,2,3(cd)) pyrène Acénaphtlylène Acénaphtène Anthracène Chrysène Naphtalène Phénanthrène Pyrène

XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012 XP X 33-012

0,091 <0,005 0,031 0,008 0,073 0,044 0,055 0,052 0,056 <0,10 <0,005 0,074 0,049 <0,10 <0,005 0,10

0,083 <0,005 0,031 <0,005 0,058 0,037 0,046 0,041 0,047 <0,10 <0,005 0,035 0,049 <0,10 0,027 0,096

0,091 <0,005 0,05 0,008 0,060 0,052 0,081 0,067 0,076 <0,10 <0,005 0,086 0,067 <0,10 0,030 0,113

0,093 <0,005 0,049 <0,005 0,080 0,059 0,053 0,042 0,052 <0,10 <0,005 <0,005 0,098 <0,10 <0,005 0,13

0,12 <0,005 0,048 <0,005 0,054 0,039 0,057 <0,005 <0,005 <0,10 <0,005 0,0118 0,11 <0,10 <0,005 0,12

mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec

Pesticides organochlorés Tous les composants présentent des seuils inférieurs à 0,001 mg.kg-1 sec Nutriments (zones sensibles à l’eutrophisation) Azote Kjeldahl Phosphore total

NF EN 13342 Mine HF/ISO 11885

2800 770

1800 770

2600 780

2500 760

3300 820

mg.kg-1 sec mg.kg-1 sec

Microbiologie (zones conchylicoles, cultures marine, baignades) Escherichia coli Entérocoques

Méth interne Méth interne

<6,0E0 <6,0E0

<6,0E0 <6,0E0

<6,0E0 <6,0E0

<6,0E0 <6,0E0

<6,0E0 <6,0E0

µb. g-1 brut µb.g-1 brut

Radioactivité naturelle Potassium 40 Bérylium 7

120±8 <4,5

Bq.kg-1

Bq.kg-1 Radioactivité artificielle (OPRI/2000) Cobalt 60 Césium 137 Plutonium 238 Plutonium 239+240 Américium 241

3,3±0,4 3,1±0,4 0,71±0,13 2,1±0,03 2,5±0,3

Bq.kg-1 Bq.kg-1 Bq.kg-1 Bq.kg-1 Bq.kg-1



33.. AAnnaallyysseess ddee ttooxxiicciittéé

Les analyses biologiques, adaptées au degré de contamination des matériaux à draguer, portent sur des espèces représentatives à sensibilité différente, et doivent permettre de mesurer si besoin est, la toxicité aiguë et chronique et le potentiel de bioaccumulation. Le test d’embryotoxicité mesure la toxicité aiguë des sédiments et est recommandée par le Conseil International pour l’Exploration de la Mer (CIEM) et par GEODE en France. Le test Microtox® phase solide mesure la concentration efficace entraînant une diminution de la bioluminescence de 50 % par rapport à la valeur des témoins (CE50, 20 minutes). Le test amphipodes adultes Corophium v/a mesure la toxicité létale des sédiments, par concentrations croissantes, afin de déterminer celle qui entraîne la mort de 50 % des individus (CL50, 10 jours). Le test copépode marin Trigriopus brevicornis mesure la toxicité aiguë des sédiments par concentrations croissantes, afin de déterminer celle qui entraîne la mort de 50 % des individus (CL50, 9- heures).

ANNEXE 3-4





ANNEXE 3-4 Identification des contraintes


ANNEXE 3-4 IDENTIFICATION DES CONTRAINTES


L’identification et l’analyse des contraintes, en corrélation avec les données du projet, doit permettre ultérieurement d’éliminer les solutions non admissibles, de borner l’évaluation des solutions admissibles, et finalement favoriser la sélection des solutions correspondantes aux meilleures méthodes de dragage. Cette analyse des contraintes est issue d’un travail de synthèse des différentes bases de connaissance reflétant la recherche bibliographique effectuée et l’avis des experts consultés au travers du développement du travail. Sur cette base, les contraintes du projet ont été regroupées en six classes principales, chacune d’elles comportant plusieurs contraintes internes à chaque classe identifiée (Figure 51).

Environnementphysique

Meilleures pratiquesenvironnementales

Conventions etréglementations

Maîtrise desdépenses

Délaid'exécution

Socio-économiques

Les contraintes du projet

Figure 51 : Les contraintes du projet

22.. LLeess ccoonnttrraaiinntteess «« EEnnvviirroonnnneemmeenntt pphhyyssiiqquuee »»

Les principales contraintes de l’environnement physique sont liés à des paramètres techniques (Figure 52).

Les accèsau chantier

Le gabaritde dragage

La naturedu sol

Les conditionsnaturelles

Contraintes"Environnement physique"

Figure 52 : Les contraintes "Environnement physique"



2.1. Les accès au chantier

L’opération de dragage peut être affectée par diverses contraintes d’accès au chantier tant au site de dragage, que pendant le transport ou la mise en dépôt des matériaux :

la présence de ponts (estuaire, bassins portuaires, …) peut créer des difficultés liées soit au tirant d’air de l’ouvrage sous lequel doit transiter l’engin de dragage, soit à la restriction de largeur de passage par la présence de piles de fondations,

le passage du sas des écluses peut également générer des contraintes de tirant d’eau, de longueur ou de largeur de passage, en fonction des caractéristiques de l’engin de dragage,

la variation sensible des profondeurs sur le trajet entre le site d’extraction et la zone de mise en dépôt peut occasionner des difficultés d’accès liées également aux conditions de marée,

la présence d’obstacles ou d’épaves sur le trajet peut provoquer des difficultés d’accès à la zone de mise en dépôt tout en présentant des risques pour la sécurité et la navigation des engins,

la réduction du gabarit de navigation sur le trajet de la zone de mise en dépôt peut conduire à des risques d’échouement, en fonction également des conditions de marée et des courants traversiers.

Ces différentes contraintes évoquées nécessitent une bonne connaissance de l’environnement terrestre et maritime, généralement à l’aide de plans de situation, de cartes marines et de plans de sondage récents, permettant une analyse des sujétions du chantier. Ces contraintes conditionnent le choix des caractéristiques géométriques de l’engin de dragage (longueur, largeur, tirant d’eau, tirant d’air). De la même manière, il importe d’identifier les contraintes liées aux accès terrestres notamment pour faciliter la mise en œuvre des conduites de refoulement des matériaux sur des distances éventuellement longues et vérifier les accès pour les engins terrestres (camions, grues, chargeuses, pelles, bulldozer, …) aux sites de stockage des matériaux.

2.2. Le gabarit de dragage

Le site de dragage des matériaux est généralement délimité par un gabarit en plan et en profondeur qui peut occasionner des contraintes de réalisation :

l’intervention d’engin de dragage le long des quais d’accostage peut endommager la structure pendant le dragage par des affouillements préjudiciables à la stabilité,

le dragage sur les talus des chenaux de navigation peut provoquer l’échouement de l’engin de dragage par variation brutale des fonds, en fonction également des conditions hydrodynamiques et météorologiques (courants ou vents traversiers),

le dragage dans un chenal étroit et un gabarit limité occasionnent des contraintes d’évolution renforcées lors du croisement de l’engin de dragage avec les navires commerciaux, sauf à interdire le trafic maritime, ce qui reste peu réaliste,



le dragage des souilles plus profondes que les fonds avoisinants induit des contraintes au niveau de l’extraction pour respecter les tolérances de dragage en plan et en profondeur et éviter notamment des surdragages à l’origine des glissements de terrain.

Ces contraintes conditionnent le choix des caractéristiques géométriques de l’engin de dragage, mais également ses capacités manœuvrières et l’option d’extraction par moyen hydraulique ou mécanique.

2.3. La nature du sol

La nature du sol à draguer conditionne le choix du type d’engin nécessaire à l’opération de dragage. La connaissance des données géologiques et géotechniques, à partir des essais in situ et de laboratoire, permet le choix des méthodes d’excavation, de transport ou de refoulement de mise en dépôt et de valorisation potentielle. Les sols cohérents (argiles, limons) sont généralement excavés par des dragues mécaniques. S’ils sont assez meubles, les dragues aspiratrices peuvent également convenir (limons fluides). Les sols non cohérents (sables, graviers) peuvent être excavés tant par des dragues mécaniques que par des dragues aspiratrices. Les roches de faible résistance permettent une excavation directe par des dragues mécaniques ou par certaines dragues hydrauliques à désagrégateur ou à roue excavatrice. Les roches, dont la résistance est forte, nécessitent un fractionnement préalable réalisé par un engin briseur de roches ou par ponton de forage et de dynamitage. Le Tableau 40 indique les principaux engins de dragage qui peuvent convenir pour l’opération de dragage en fonction du type de sol rencontré et de l’équipement d’excavation propre à chaque engin.



Tableau 40 : Aptitude de l'engin de dragage en fonction du type de sol Dragues Sols

ρ A

god

ets

ρA b

enne

ρA

mph

ibie

à b

enne

ρRét

roca

veus

e ρA

cui

ller

ρAm

phib

ie ré

tro

ρA d

ésag

réga

teur

ρR

oue

exca

vatri

ce

ρVis

d’A

rchi

mèd

e

ρSuc

euse

sta

tionn

aire

ρSuc

euse

traî

nant

e

ρA in

ject

ion

d’ea

u

ρPne

umat

ique

s

ρSou

s-m

arin

es

Blocs - - +

Cailloux et/ou graviers + + + - - -

Graviers + + ++ + -/+ -/+

Graviers sableux +/++ +/++ ++ +/++ + +/++ -

Sables moyens ++ ++ ++ ++ ++ ++ + +/++ +

Sables très fins,limoneux ++ ++ ++ ++ + ++ ++ ++ ++

Sable fin cimenté + - + +/++ -

Limons ++ + ++ -/+ ++ ++ ++ ++

Argiles compacts ou dures graveleuses sableuses

-/+ -/+ + -/+

Argiles limoneuses molles +/++ ++ ++ + + -/+

Argiles limoneuses compactées ou dures

++ + +/++ +/++ -/+ -/+ -

Tourbes ++ ++ ++ + ++ + +

Degré d’aptitude : Impossible ( ) difficile (-) difficile à moyen (-/+) moyen (+) moyen à facile (+/++) facile (++) Selon l’importance des contraintes liées au sol, fonction notamment de la granulométrie, de la compacité, de la plasticité des propriétés rhéologiques ou de la teneur en gaz, certains engins de dragage ne permettent pas la réalisation des travaux.

2.4. Les conditions naturelles

a) La houle L’amplitude de la houle est un facteur important qui influence le choix de l’engin et des équipements selon la situation du chantier.



Le Tableau 41 indique les principaux engins de dragage qui peuvent convenir pour l’opération de dragage en fonction de l’amplitude de houle (creux). Tableau 41 : Aptitude de l'engin de dragage à la houle

Dragues Houles

ρ A

god

ets

ρA b

enne

ρR

étro

cave

use

ρA c

uille

r ρA

dés

agré

gate

ur

ρRou

e ex

cava

trice

ρV

is d

’Arc

him

ède

ρSuc

euse

sta

tionn

aire

ρSuc

euse

traî

nant

e

ρA in

ject

ion

d’ea

u

ρPne

umat

ique

s

ρSou

s-m

arin

es

Aptitude -- - -- - - + -- -- -

Creux admissibles En m

0,4 à 1

1 à

2,5

0,4 à 1

1 à

2,5

1 à

2,5

2,5 à 4

0,4 à

1,0

0,4 à

1,0

1 à

2,5 Degré d’aptitude Houle faible (--) houle moyenne (-) houle forte (+)

b) Les courants

L’intensité des courants et leurs directions ont une importance significative sur l’opération de dragage car elles peuvent influencer le choix de l’engin et des équipements selon la situation du chantier. Le Tableau 42 indique les principaux engins de dragage qui peuvent convenir pour l’opération de dragage, en fonction de l’intensité des courants. Tableau 42 : Aptitude de l'engin de dragage en fonction de courant

Dragues Courants

ρ A

god

ets

ρA b

enne

ρR

étro

cave

use

ρA c

uille

r ρA

dés

agré

gate

ur

ρRou

e ex

cava

trice

ρV

is d

’Arc

him

ède

ρSuc

euse

sta

tionn

aire

ρSuc

euse

traî

nant

e

ρA in

ject

ion

d’ea

u

ρPne

umat

ique

s

ρSou

s-m

arin

es

-

-

-

-

-

++

-

+

-

Courants admissibles en transport en nœud 1

à 1,5

1 à

1,5

1 à

1,5

1 à

1,5

1 à

1,5

2,4 à 5

1 à

1,5

1 à

1,5

NA

--

-

--

--

--

+

-

--

-

Courants traversiers admissibles en dragage

en nœud 0,5

à 1

0,5 à 1

0,5 à 1

0,5 à 1

0,5 à 1

1 à 2

0,5 à 1

0,5 à 1

0,5 à 1

Degré d’aptitude courant faible (-) courant moyen (+) courant fort (++) NA non applicable



c) Le vent La direction, l’intensité (force) et la fréquence du vent ont une importance significative sur l’opération de dragage, car ils conditionnent également en partie les caractéristiques de la houle, des courants côtiers, et des courants de marée. L’échelle Beaufort est généralement accompagnée des valeurs probables de houle liées à l’intensité du vent (Tableau 43). Tableau 43 : Echelle anémométrique de Beaufort Echelle Hauteur des vagues (m) Beaufort (F)

Intensité du vent (nœud) probable Maximale

0 Calme < 1 - - 1 Très légère brise 1 à 3 0,1 - 2 Légère brise 4 à 6 0,2 (0,30) 3 Petite brise 7 à 10 0,6 (1) 4 Jolie brise 11 à 16 1 (1,5)

(*)5 Bonne brise 17 à 21 3 (2,5) 6 Vent frais 22 à 27 3 (4) 7 Grand frais 28 à 33 4 (5,5) 8 Coup de vent 34 à 40 5,5 (7,5) 9 Fort coup de vent 41 à 47 7 (10) 10 Tempête 48 à 63 9 (12,5) 11 Violente tempête 56 à 63 11,5 (16) 12 Ouragan > 64 14 (36)

(*) F5, correspond à un vent de 17 à 21 nœuds pouvant occasionner des houles de 2 à 2,5m.

d) La marée Les conditions de marée conditionnent l’efficience de l’opération de dragage tant sur le site d’extraction, que pendant le transport ou lors de la mise en dépôt des produits. Le marnage, tout comme la variation des profondeurs sur le chantier apportent des contraintes qui influencent notamment le choix des caractéristiques de l’engin (tirant d’eau, longueur, largeur) mais également les caractéristiques de production (rendement mécanique ou hydraulique). Le Tableau 44 indique les principaux engins de dragage qui peuvent convenir pour l’opération de dragage en fonction des profondeurs de dragage. Tableau 44 : Aptitude de l'engin de dragage en fonction des profondeurs de dragage

Dragues Profondeurs

ρ A

god

ets

ρA b

enne

ρR

étro

cave

use

ρA c

uille

r ρA

dés

agré

gate

ur

ρRou

e ex

cava

trice

ρV

is d

’Arc

him

ède

ρSuc

euse

sta

tionn

aire

ρSuc

euse

traî

nant

e

ρA in

ject

ion

d’ea

u

ρPne

umat

ique

s

ρSou

s-m

arin

es

Profondeurs d’extraction accessibles selon l’engin (en m)

6 à 40

5 à 35

4 à 30

5 à 35

5 à 70

10 à

120

15 à 23

Non Connue

2 à 70



e) La sédimentation

La connaissance des phénomènes de sédimentation est une priorité pour l’opération de dragage car elle permet l’évaluation des quantités prévisionnelles à évacuer pendant les travaux, en intégrant aux volumes initiaux constatés par différentiel bathymétrique les volumes liés à la sédimentation naturelle du transport littoral ou estuarien des matériaux en suspension. Le taux de sédimentation conditionne le choix des caractéristiques de production de l’engin (rendement minimal nécessaire). Globalement, l’importance des contraintes liées aux conditions naturelles imposent des choix quant au type d’engin (houle, courant, vent) et ses caractéristiques (marée, sédimentation).

33.. LLeess ccoonnttrraaiinntteess «« mmeeiilllleeuurreess pprraattiiqquueess eennvviirroonnnneemmeennttaalleess »»

Les principales contraintes pour les meilleures pratiques environnementales (MPE) sont liées à la minimisation recherchée des impacts sur les espèces et les habitats marins [OSPAR, 1998]. La Figure 53 indique les différents points sur les orientations à suivre pour minimiser les effets des opérations de dragage sur l’environnement.

Optimisation desquantités éliminées

Minimisation des effetsde l'élimination des matériaux

Amélioration dela qualité des sédiments

Minimisation des impactsdu dragage

Meilleure pratique environnementale

Figure 53 : Orientations des MPE L’optimisation des quantités éliminées est basée sur la qualité des contrôles de profondeurs, de chargement et de production (Figure 54).

Minimisation desbesoins de dragage

Optimisation de la gestiondes opérations de dragage

Amélioration duprocédé de dragage

Optimisation des quantités éliminées

Figure 54 : Optimisation des quantités éliminées La minimisation des besoins de dragage est fondée sur le concept de la profondeur navigable. Dans les zones envasées, il est généralement admis qu’une densité des sédiments voisine de 1,2 permet la navigation dans des conditions acceptables. Le contrôle des profondeurs au sondeur multifaisceaux, avec un système de positionnement (DGPS), permet également de minimiser les volumes à draguer.



L’optimisation de la gestion des opérations de dragage dépend de la disponibilité des données à bord (sondage, positionnement, marée), et de la définition des temps optimum de trop-plein, à partir de l’analyse des courbes de chargement des produits dans le puits de la drague. L’amélioration du procédé de dragage dépend de la mesure de production, des techniques d’amélioration du rendement (pompes immergées, dragage sélectif, installations de dégazage, …). L’ensemble de ces orientations favorise l’optimisation des quantités éliminées par des meilleures pratiques environnementales. La minimisation des effets de l’élimination des matériaux correspond de fait aux lignes directrices OSPAR sur la gestion des matériaux de dragage [OSPAR, 1995]. Elle comporte différentes étapes d’analyse dont :

l’appréciation de la nécessité du dragage et de l’élimination, la caractérisation des matériaux (physique, chimique, biologique), l’évaluation et la maîtrise des sources de contaminants, l’évaluation des options d’élimination, l’appréciation des effets potentiels et la nature de l’impact sur l’environnement

(physique, biologique, toxicologique, socio-économique).

L’amélioration de la qualité des sédiments repose, par exemple, sur l’amélioration des caractéristiques physiques du matériau de dragage ou la séparation mécanique des fractions granulométriques. L’accroissement de la densité des sédiments, avant et après le dragage, favorise la production de l’engin, tout en réduisant la dispersion au moment de la mise en dépôt par immersion. L’hydrocyclonage, la flottation et l’égouttage mécanique permettent le tri granulométrique et la valorisation de sables généralement dépourvus de contaminants. La minimisation des impacts du dragage dépend principalement de la minimisation de la turbidité et des matières en suspension, en évitant des baisses intolérables des teneurs en oxygène dissous. La minimisation de la raréfaction de l’oxygène est possible en évitant les périodes pendant lesquelles la turbidité des dragages aboutit à une baisse trop forte des teneurs en oxygène, du fait des hautes températures. L’usage d’outil d’excavation à faible turbidité, la mise en œuvre d’écrans à vase, la minimisation du trop plein, réduisent l’impact lié à la turbidité et aux matières en suspension. Le non-recours à des dragues par agitation (injection d’eau) pour des sédiments contaminés permet de limiter les mises en suspension et réduit les risques de relargage des polluants dans la colonne d’eau. L’ensemble de ces pratiques environnementales contribue à des contraintes d’exécution qui favorisent la minimisation des impacts sur le milieu naturel de l’opération de dragage.



44.. LLeess ccoonnttrraaiinntteess «« ccoonnvveennttiioonnss eett rréégglleemmeennttaattiioonnss »»

Les principales contraintes concernant les conventions et réglementations sont liées à des exigences réglementaires internationales, européennes ou nationales traduites généralement en droit français par des lois, décrets, arrêtés ou règlements locaux. Ce cadre général a notamment pour but de préciser les modalités de gestion des sédiments dragués, avec une orientation à des fins bénéfiques pour l’environnement. Le Tableau 45 précise le cadre législatif français pour les activités liées aux travaux de dragage. Tableau 45 : Cadre législatif (principaux textes) Cadre réglementaire des opérations de dragage

- Loi immersion N° 76-599 du 7 juillet 1976 et décrêt d’application N° 82-842 du 29 septembre 1982. - Loi nature N° 76-629 du 10 juillet 1976 qui prévoit l’étude d’impact préalable. - Loi du 12 juillet 1983 relative à démocratisation des enquêtes publiques et à la protection de l’environnemnt. - Loi N° 85-729 du 18 juillet 1985 sur la concertation préalable pour certaines opérations d’aménagement.

- Loi sur l’eau N° 92-3 du 3 janvier 1992 et décret N° 93-742 du 29 mars 1993 sur les procédures d’autorisation et de déclaration.

- Loi Barnier N° 95-101 du 2 février 1995 instaurant le débat public pour les opérations d’intérêt national. - L’arrêté du 14 juin 2000 (J.O. du 10 août) sur les niveaux de référence qualité des sédiments (seuils Géode).

- Décret N° 2001-189 du 23 février 2001 (J.O. du 27 février) modifiant la nomenclature « Eau » (rubrique spécifique 3.4.3 relative aux dragages).

Les législations nationales et locales peuvent influencer la manière dont les travaux doivent se dérouler, notamment sur l’évacuation des matériaux de dragage, les périodes d’immersion, la limitation des volumes à mettre en dépôt, les seuils de qualité chimique des sédiments à draguer, les niveaux admissibles de turbidité et de matière en suspension. Les règlements locaux portuaires peuvent également affecter les travaux et leur coût par l’obligation de prendre en charge des frais portuaires tels que pilotage ou droits de port [AIPCN, 2000a, b].

55.. LLeess ccoonnttrraaiinntteess «« MMaaîîttrriissee ddeess ddééppeennsseess »»

Les contraintes économiques pour la maîtrise des dépenses de l’opération de dragage sont liées à différents postes financiers dont le cumul doit rester sous l’évaluation budgétaire réalisée par le maître d’ouvrage ou la maîtrise d’œuvre déléguée. Les principaux postes financiers couramment chiffrés pour l’estimation des travaux sont repris à la Figure 55.

Amené replimatériel

Dragagesdes matériaux

Transportet immersion

Stockageconfinement

Traitementévacuation

Traitementvalorisation

Maîtrise des dépenses

Figure 55 : Les contraintes "Maîtrise des dépenses"



Le poste « Amené et repli du matériel » comprend les frais de déplacement de l’engin de dragage par mer, le transfert des équipements connexes pour l’installation de conduites de refoulement et des engins de terrassement terrestre pour la constitution éventuelle de corps de digue et éclusettes, nécessaire à la création d’un dépôt de stockage. Le cas échéant, ce poste intègre également les frais de pilotage pour les entrées/sorties de l‘engin de dragage dans le port concerné par les travaux. Le poste « Dragage des matériaux » correspond à l’extraction des matériaux à l’aide de l’engin de dragage et le chargement à bord jusqu’au remplissage de l’engin. Le cas échéant, ce poste comprend également des travaux préliminaires de préparation du sol avant chargement à bord tels que démolition, fractionnement, nivelage, dégazage ou déconsolidation. Le poste « Transport et immersion » intègre les coûts liés au transport des matériaux du site d’extraction au site de mise en dépôt ou de stockage des matériaux. Il comprend les coûts liés aux attentes pour le passage des sas d’écluses portuaires, aux interruptions du trafic maritime, aux attentes pour conditions de marée défavorables et hauteur d’eau insuffisante en regard du tirant d’eau de l’engin de dragage. Il intègre également les coûts liés à la mise en dépôt des matériaux par immersion, refoulement, transfert ou autres procédés. Le poste « Stockage et confinement » comporte les coûts de constitution des terrassements préliminaires, de profilage des digues d’enclôture, de mise en œuvre des géotextiles de constitution des fossés antisalures, et d’équipements des dépôts de stockage (conduites, éclusettes, rampe d’accès, …). Le poste « Traitement et évacuation » comporte les coûts imputables au traitement des matériaux pour assurer l’inertage environnemental, les coûts de transport pour l’acheminement des matériaux traités, les coûts du stockage final liés à l’enfouissement terrestre dans des centres agréés. Le poste « Traitement et valorisation » comporte les coûts de traitement pour l’inertage des matériaux en vu d’une réutilisation potentielle. Le cas échéant, il comprend la séparation granulométrique préalable, la déshydratation des matériaux, la transformation des matériaux par différents procédés chimiques ou thermiques. Ce poste intègre également les recettes potentielles liées à la commercialisation des matériaux pour différents usages (Génie Civil, Agriculture, Environnement), en vue d’une gestion écologique. Ces différents postes financiers peuvent être remis en cause par le Maître d’Ouvrage qui ne dispose pas des budgets nécessaires. Cette indisponibilité génère des contraintes qui correspondent à une non faisabilité économique.

66.. LLeess ccoonnttrraaiinntteess «« MMaaîîttrriissee dduu ddééllaaii dd’’eexxééccuuttiioonn »»

Les contraintes liées à la maîtrise du délai d’exécution concernent l’urgence relative du Maître d’Ouvrage à réaliser l’opération de dragage pour diverses raisons telles que :



le rétablissement des fonds dans le cadre de la sécurité maritime de la navigation, des aménagements prioritaires pour l’accueil de nouveaux trafics portuaires, le nettoyage des fonds pollués dans le cadre de la protection de l’environnement, l’extraction de matériaux pour une commercialisation.

Le délai d’exécution peut influencer le choix de l’engin de dragage, notamment par ses caractéristiques de production (capacité en puits, puissance de pompage ou de refoulement, vitesse de transport, …).

77.. LLeess ccoonnttrraaiinntteess «« SSoocciioo--ééccoonnoommiiqquueess »»

Les contraintes « socio-économiques » locales ou régionales sur lesquelles l’opération de dragage interfère peuvent occasionner des conflits potentiels d’occupation et d’usage. Les principales contraintes couramment rencontrées sont décrites à la Figure 56.

Aquaculture Pêchesmaritimes

TourismePlaisance

Loisirs

Espacesnaturels

Navigationtrafic portuaire

Les contraintes"Socio-économiques"

Figure 56 : Contraintes socio-économiques Le conflit d’usage [HUGREL, 1998] peut être lié à la qualité de la ressource qui dépend des seuils de contamination du milieu naturel au sens large (écosystème). La Figure 57 illustre le conflit d’usage pour les activités « Aquaculture et pêches ».

Dragagemaritime

Aquaculture,pêche industrielle

MilieuNaturelMaritime

- Eau- Sédiments- Faune, flore

Aménagement du territoire

Risques physiques, chimiques, biologiques

Ressources naturelles

Commercialisation régionaleet internationale

Conflit

Figure 57 : Conflit d'usage - Aquaculture et Pêches L’opération de dragage selon l’incidence environnementale peut interférer sur la qualité commerciale des produits de la mer et occasionner des pertes commerciales importantes. La Figure 58 illustre le conflit d’usage pour les activités « Tourisme, Loisirs ».



Dragagemaritime

Tourisme,Loisirs

MilieuNaturelMaritime

- Eau


Contaminants bactériologiques

Activité plage, baignade

Conflit

Figure 58 : Conflit d'usage - Tourisme et loisirs L’opération de dragage selon l’incidence de la qualité des eaux peut perturber l’activité touristique locale ou régionale néfaste au développement économique. La Figure 59 illustre le conflit d’usage pour l’aspect « Espaces Naturels ».

Dragagemaritime

Espacesnaturels

MilieuNaturelMaritimeou Terrestre

- Patrimoineenvironnemental


Mise en dépôt des matériaux

Protection des milieux

Richesse biologique, biodiversité

Conflit

Figure 59 : Conflit d’usage « Espaces Naturels » L’opération de dragage peut porter atteinte au patrimoine environnemental terrestre ou maritime en fonction des risques physiques chimiques, biologiques liés à l’extraction des matériaux et à leur mise en dépôt. Le conflit d’occupation peut être lié à la gêne occasionnée par l’opération de dragage sur les activités locales. La Figure 60 illustre le conflit d’occupation pour les activités « Trafic commercial, Navigation côtière, Plaisance ».

Dragagemaritime

Trafic commercialnavigation côtière

Plaisance

MilieuMaritimeLittoral

- Chenaux- Accès


Occupation du plan d'eau

Routes de navigation

Activités existantes

Conflit

Figure 60 : Conflit d’occupation « Trafic commercial, navigation côtière, plaisance » L’opération de dragage peut modifier le déroulement usuel des activités locales et générer des conflits d’occupation, en fonction de la durée des travaux ou des périodes d’interruption des activités existantes.



88.. SSyynntthhèèssee

L’ensemble de ces contraintes influence le choix des matériels et des méthodes d’exécution, impose des difficultés de réalisation, influence la mise en œuvre de l’opération, et peut provoquer le cas échéant des litiges financiers ou des recours juridiques liés généralement à des conflits d’usage et d’occupation dans le cadre des travaux.

ANNEXE 3-5





ANNEXE 3-5 Présentation du Modèle Pression – Etat – Réponse (P.E.R.)


125

ANNEXE 3-5 PRESENTATION DU MODELE PRESSION – ETAT – REPONSE (P.E.R.)

Ce modèle s’applique à la problématique de gestion des opérations de dragage. En effet, il permet de représenter les liens de causalité entre les pressions exercées par l’opération de dragage sur l’environnement, les changements dans l’état de l’environnement occasionnés par ces pressions et les réponses adoptées par la société (Figure 61).

Pression sur l’environnement

État des écosystèmes et des milieux

Réponse des acteurs aux enjeux environnementaux

Figure 61 : modèle Pression – Etat - Réponse (P.E.R.) La notion de pression peut être définie comme toute caractéristique liée à une intervention humaine susceptible d’initier un changement dans l’état de l’environnement. L’état fait référence à la condition, la qualité et les changements observé dans les composantes biophysiques, dans les processus écologiques ainsi que dans la présence des facteurs de stress dans l’environnement, cet état se rapporte soit à des écosystèmes, des milieux ou des ressources naturelles spécifiques. Les réponses se rapportent aux mesures et aux décisions de différents acteurs relativement aux pressions et à l’état de l’environnement. Les réponses visent à prévenir, éliminer et réduire les pressions ou corriger leurs effets, ainsi qu’à s’adapter aux changements dans l’état de l’environnement. Le modèle exprime une vision écosystémique en insistant sur la nécessité d’analyser les liens de causalité entre les composantes de pression, d’état et de réponse dans une perspective de gestion et de prise de décision.

ANNEXE 3-6





ANNEXE 3-6 Indicateurs et seuils environnementaux retenus de l’E.I.E.


127

ANNEXE 3-6 INDICATEURS ET SEUILS ENVIRONNEMENTAUX RETENUS DE L’E.I.E.

11.. IInnddiiccaatteeuurrss ddeess ssééddiimmeennttss mmaarriinnss

Les tableaux qui suivent précisent les indicateurs environnementaux -sédiments marins- retenus pour évaluer les impacts potentiels sur l’environnement à partir de normes, seuils recommandations ou mesures in situ, basées également sur l’expérience. Le Tableau 46 correspond aux niveaux de référence (français) pour les polluants et éléments trace en mg/kg sédiments secs sur la fraction 0/2mm pour les sédiments marins ou estuariens (arrêté du 1er juin 2000, seuils GEODE). Tableau 46 : niveaux de référence GEODE

METAUX ET ARSENIC NIVEAU 1 NIVEAU 1 Mercure (hg) 0,4 0,8 Cadminum (cd) 1,2 2,4 Arsenic (As) 25 50 Plomb (Pb) 100 200 Chrome (Cr) 90 180 Cuivre (Cu) 45 90 Zinc (Zu) 276 552 Nickel (Ni) 37 74 CHLOROBIPHENYLES TOTAUX 0,5 1 CB28 0,025 0,05 CB52 0,025 0,05 CB101 0,05 0,10 CB118 0,025 0,05 CB138 0,050 0,10 CB153 0,050 0,10 CB180 0,025 0,05

Les deux seuils (N1, N2) caractérisant la qualité chimique des sédiments et correspondent à des niveaux de potentiels d’impact croissant sur le milieu. Le Tableau 47 correspond au niveau provisoire ou indicatif relatif aux éléments traces en mg/kg sédiment sec pour les hydrocarbures aromatique polycycliques [ALZIEU et QUINIOU et al, 1999].



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Tableau 47 : niveau provisoire (p) ou indicatif (i) pour les HAP

HAP NIVEAU 1 (p) ou (i) Fluoranthene 0,40 p BbFluoranthene 0,30 p BkFluoranthene 0,15 p BaPyrene 0,20 p Indeno 1, 2, 3 cd Pyrene 0,20 p BghiPérylène 0,15 p Napthalène 0,20 i Accénaphtyléne 0,05 i Acénaphtène 0,10 i Fluorène 0,17 i Phénanthrène 1,00 i Anthracène 0,50i Pyrène 1,50 i Benz (a) Anthacène 0,50 i Chrysène 1,00 i Dibenz (ah) Anthacène 0,10 i

Les HAP font l’objet d’une surveillance renforcée sur 16 congénères compte tenu de leurs présences dans les sédiments, des risques écotoxicologiques et des effets cancérigènes et mutagènes de ces polluants. Le Tableau 48 correspond aux niveaux de référence provisoires (OSPAR) pour le tributylétain (TBT) pour l’évaluation des risques (éléments traces en µg/kg). Tableau 48 : niveaux de références TBT pour la protection des écosystèmes marins

TBT Niveau 1 (p) Niveau 2 (p) Tributylétain 0,005 0,05

Dans l’attente de seuils réglementaires, l’Ifremer propose d’autres repères approximatifs [ALZIEU et MICHEL, 1998], afin de classer les sédiments marins suivant leur contamination (Tableau 49). Tableau 49 : repères provisoires TBT [ALZIEU et MICHEL, 1998] (concentrations en µg/kg)

TBT NIVEAUX D’IMPACT ZONES PORTUAIRES Tributylétain Faible Moyen Elevés Concentrations < 400 > 400 et < 1000 > 1000

Compte tenu de l’activité dragage, il est également intéressant de connaître la concentration maximale de TBT dans la colonne d’eau (relargage potentiel). Lors des immersions, le taux maximal de TBT introduit dans la colonne d’eau par brassage n’excède pas 1% (Dawson et al, [ALZIEU et QUINIOU, 2001]). L’Ifremer propose des niveaux repères de turbidité en fonction de la concentration TBT (Tableau 50).



129

Tableau 50 : repère de turbidité en g/l au rejet en fonction des niveaux de TBT dans le sédiment destiné à l'immersion.

Niveaux repères concentrations TBT (µg/kg) TBT <20 µg/kg

20 à 400

400 à 1000

Turbidité NOEL 1 5g/l

5 à 0,25

0,25 à 0,1

Turbidité NOEL 2 100g/l

100 à 5

5 à 2

NOEL 1 : concentrations sans effet imposex gastropodes NOEL 2 : concentrations sans effet, larves de bivalves

Le Tableau 51 correspond à des indicateurs basés sur des effets biologiques permettant d’évaluer les niveaux de toxicité des sédiments sur différentes espèces [ALZIEU et QUINIOU, 2001]. Tableau 51 : tests de toxicité Embryotoxicité des œufs de bivalves (crassostrea gigas, mytilus edulis) Concentration 5g/l de sédiment sec Note Toxicité % de larves « D » anormales 0 Négligeable < 10 % 1 Faible 10 à 30 2 Moyenne 30 à 50 3 Forte > 50 Microtox phase solide Bioluminescence de la bactérie marine phosphobactérium phosphoreum Note Toxicité CE50, (g/l) sédiment sec 0 Négligeable > 10 1 Faible 0,5 à 10 2 Moyenne 0,2 à 0,5 3 Forte < 0,2 Amphipode adulte corophium volutator (arenarium) Note Toxicité CL50, (g/l) sédiment sec 0 Négligiable > 100 1 Faible 50 à 100 2 Moyenne 10 à 50 3 Forte < 10 Copépode marin Trigriopus brevicornis Note Toxicité CL50, (g/l) sédiment sec 0 Négligeable > 1 1 Faible 0,05 à 0 2 Moyenne 0,01 à 0,05 3 Forte < 0,01

Le dragage et la mise en dépôt des sédiments marins peuvent conduire à des effets environnementaux et des impacts sur la qualité de l’eau tant à l’extraction qu’au moment de l’immersion.



130

22.. IInnddiiccaatteeuurrss ddeess eeaauuxx mmaarriinneess

Les tableaux qui suivent précisent les indicateurs environnementaux -eaux marines- retenus pour évaluer les impacts potentiels sur l’environnement liés au dragage. La pertinence réelle des évaluations nécessite des prélèvements réguliers répartis sur l’année et lors des périodes de dragage. Le Tableau 52 correspond au niveau de référence pour l’oxygène dissous [AGENCE DE L’EAU, 1998]. Tableau 52 : oxygène dissous Oxygène dissous (mg/l O2) – Matières organiques et oxydables Indice Qualité Teneurs 80 à 100 Très bonne ≥ 8 60 à 80 Bonne 6 à 8 40 à 60 Passable 4 à 6 20 à 40 Mauvaise 3 à 4 0 à 20 Très mauvaise < 3 Pour survivre, les organismes vivants ont besoin d’oxygène dissous. La concentration minimale nécessaire la plus élevée concerne les poissons, la plus basse les bactéries. Le Tableau 53 correspond au niveau de référence pour la demande biochimique en oxygène (DBO) [AGENCE DE L’EAU, 1998]. Tableau 53 : DBO5 Demande biochimique en oxygène après 5 jours (mg/l O2) Matières organiques et oxydables Indice Qualité Teneurs 80 à 100 Très bonne ≤ 3 60 à 80 Bonne 3 à 6 40 à 60 Passable 6 à 10 20 à 40 Mauvaise 10 à 25 0 à 20 Très mauvaise > 25 La valeur de la DBO est la quantité d’oxygène que des bactéries utilisent pour décomposer partiellement ou oxyder totalement en CO2 des substances organiques dans l’eau, en un temps donné, à l’aide de leur système enzymatique. La DBO est la teneur dans l’eau en substances biochimiquement dégradables.



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Le Tableau 54 correspond au niveau de référence pour l’Azote Kjeldahl (mg/l N) [AGENCE DE L’EAU, 1998]. Tableau 54 : azote Kjeldahl Azote Kjeldhal (mg/l N) Matières organiques et oxydables Indice Qualité Teneurs 80 à 100 Très bonne ≤ 1 60 à 80 Bonne 1 à 2 40 à 60 Passable 2 à 4 20 à 40 Mauvaise 4 à 6 0 à 20 Très mauvaise > 6 Le Tableau 55 correspond au niveau de référence pour l’ammonium (mg/l NH4) [AGENCE DE L’EAU, 1998]. Tableau 55 : ammonium Ammonium (mg/l NH4) Matières azotées Indice Qualité Teneurs 80 à 100 Très bonne ≤ 0,1 60 à 80 Bonne 0,1 à 0,5 40 à 60 Passable 0,5 à 2 20 à 40 Mauvaise 2 à 5 0 à 20 Très mauvaise > 5 Le Tableau 56 correspond au niveau de référence pour les nitrates (mg/l NO3) [AGENCE DE L’EAU, 1998]. Tableau 56 : nitrates Nitrates (mg/l N03) Nitrates Indice Qualité Teneurs 80 à 100 Très bonne ≤ 0,2 60 à 80 Bonne 2 à 10 40 à 60 Passable 10 à 25 20 à 40 Mauvaise 25 à 50 0 à 20 Très mauvaise > 50 Le Tableau 57 correspond au niveau de référence pour l’orthophosphate (mg/l PO4) [AGENCE DE L’EAU, 1998]. Tableau 57 : orthophosphate Orthophosphates (mg/l PO4) Matières phosphorées Indice Qualité Teneurs 80 à 100 Très bonne ≤ 0,1 60 à 80 Bonne 1 à 0,5 40 à 60 Passable 0,5 à 1 20 à 40 Mauvaise 1 à 2 0 à 20 Très mauvaise > 2 Les éléments nutritifs nitrate, ammonium et phosphate fournissent une classification potentielle de la qualité générale de l’eau et permettent d’identifier les phénomènes



132

d’eutrophisation du milieu (prolifération d’algues) qui peuvent survenir au moment du dragage ou de la mise en dépôt par relargage dans la masse d’eau des sels nutritifs contenus dans les sédiments riches en matière organique. Cette eutrophisation a également pour conséquence de fortes variations d’oxygène dissous et du pH. Le Tableau 58 correspond au niveau de référence pour le phytoplancton (chlorophylle (a) et phéopigment en µg/l) [AGENCE DE L’EAU, 1998]. Tableau 58 : chlorophylle(a) et phéopigment (µg/l) Chlorophylle (a) et phéopigment (µg/l) Phytoplancton Indice Qualité Teneurs 80 à 100 Très bonne ≤ 10 60 à 80 Bonne 10 à 60 40 à 60 Passable 60 à 120 20 à 40 Mauvaise 120 à 240 0 à 20 Très mauvaise > 240 Les teneurs de chlorophylle (a) et phéopigments permettent de décrire le niveau de productivité et la richesse biologique des eaux. Le Tableau 59 correspond au niveau de référence pour les microorganismes (n/100ml) [AGENCE DE L’EAU, 1998]. Tableau 59 : microorganismes Coliformes thermotolérants et stréptocoques fécaux (n/100ml) Indice Qualité Teneurs

Coliformes Teneurs Streptocoques

80 à 100 Très bonne ≤ 20 ≤ 20 60 à 80 Bonne 20 à 100 20 à 100 40 à 60 Passable 100 à 1000 100 à 250 20 à 40 Mauvaise 1000 à 2000 250 à 400 0 à 20 Très mauvaise > 2000 > 400 Les sédiments constitués par les particules les plus fines contiennent les plus grands nombres de bactéries ; le dragage et la mise en dépôt provoquent la remise en suspension des bactéries et une corrélation forte existe entre turbidité et concentrations en germes tests (Grimes [ALZIEU et QUINIOU, 1999]). Le devenir et la survie de la charge bactérienne dépendent notamment de l’intensité lumineuse (atténuée par la turbidité dès que le niveau dépasse 20 mg/l) et des éléments nutritifs fournis aux bactéries par les matières en suspension [POMMEPUY et al, 1989].



133

Le Tableau 60 correspond au niveau de référence pour l’arsenic et les métaux ; les classes de qualité sont fonction de la dureté de l’eau exprimée en mg/l du CaCO3. [AGENCE DE L’EAU, 1998]. Tableau 60 : métaux sur eau Métaux sur eau en µg/l Classe de qualité selon la dureté de l’eau (mg/l,CaCO3) (1) < 50 (2) > 50 et ≤ 200 (3) > 200 Indice 80 à 100 60 à 80 40 à 60 20 à 40 0 à 20 Qualité TB B P M TM Arsenic ≤ 10 10 à 40 40 à 70 70 à 100 > 100 Cadmium (1) ≤ 0,01 0,01 à 0,10 0,10 à 0,37 0,37 à 2,50 > 250 Cadmium (2) ≤ 0,04 0,04 à 0,37 0,37 à 1,30 1,30 à 5,00 > 500 Cadmium (3) ≤ 0,09 0,09 à 0,85 0,85 à 3,00 3,00 à 5,00 > 500 Chrome (1) ≤ 0,40 0,40 à 3,60 3,6 à 27 27 à 50 > 50 Chrome (2) ≤ 1,80 1,80 à 18 18 à 34 34 à 50 > 50 Chrome (3) ≤ 3,60 3,60 à 36 36 à 43 43 à 50 > 50 Cuivre (1) ≤ 0,17 0,17 à 1,7 1,7 à 2,5 2,5 à 7 > 7 Cuivre (2) ≤ 1,00 1,00 à 10 10 à 15 15 à 42 > 42 Cuivre (3) ≤ 2,70 2,70 à 27 27 à 40 40 à 110 > 110 Mercure (1) ≤ 0,07 0,07 à 0,7 0,7 à 0,85 0,85 à 1 > 1 Nickel (1) ≤ 2,50 2,50 à 20 20 à 40 40 à 200 > 200 Nickel (2) ≤ 6,20 6,20 à 20 20 à 40 40 à 200 > 200 Nickel (3) ≤ 12,00 12,00 à 20 20 à 40 40 à 200 > 200 Plomb (1) ≤ 2,10 2,10 à 10 10 à 30 30 à 50 > 50 Plomb (2) ≤ 5,20 5,20 à 10 10 à 30 30 à 50 > 50 Plomb (3) ≤ 10,00 10 à 23 23 à 37 37 à 50 > 50 Zinc (1) ≤ 2,30 2,30 à 23 23 à 52 52 à 190 > 190 Zinc (2) ≤ 4,30 4,30 à 43 43 à 98 98 à 350 > 350 Zinc (3) ≤ 14,00 14 à 140 140 à 330 330 à 1200 > 1200 Les processus qui interviennent dans le relargage des métaux lors du dragage et de la mise en dépôt dépendent des paramètres physico-chimiques tels que le pH, le potentiel d’oxydo-réduction et la salinité. Le Tableau 61 correspond au niveau de référence pour les PCB exprimé en µg/l [AGENCE DE L’EAU, 1998] Tableau 61 : total PCB / congénères 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180) Total PCB en µg/l Micropolluants organiques Indice Qualité Teneurs 80 à 100 Très bonne ≤ 0,001 60 à 80 Bonne 0,001 à 0,01 40 à 60 Passable 0,01 à 2 20 à 40 Mauvaise 2 à 2,4 0 à 20 Très mauvaise > 2,4 Le groupe des PCB comprend de nombreux congénères qui se distinguent par le nombre d’atomes de chlore fixés sur la molécule ))10(10( nclnhc − .

Les composés les plus solubles sont ceux qui sont les moins chlorés. Le Tableau 62 correspond au niveau de référence pour les HAP exprimés en µg/l [AGENCE DE L’EAU, 1998].



134

(total HAP = benzo (b) fluoranthène + benzo (k) fluoranthène + benzo (ghi) pérylène + indéno (1,2,3-cd ) pyrène). Tableau 62 : total HAP Total HAP en µg/l Micropolluants organiques Indice Qualité Teneurs 80 à 100 Très bonne ≤ 0,1 60 à 80 Bonne 0,1 à 0,2 40 à 60 Passable 0,2 à 0,3 20 à 40 Mauvaise 0,3 à 1 0 à 20 Très mauvaise > 1 Les HAP possèdent des structures à plusieurs cycles benzéniques qui peuvent être substitués. Ils ont des propriétés cancérigènes. Le Tableau 63 correspond à des valeurs seuils TBT chez les organismes aquatiques [ALZIEU et MICHEL, 1998]. Tableau 63 : étain sous forme de TBT TBT Estimations des seuils <1ng /l Seuil sans effet sur l’imposex des gastropodes 1 ng/l Seuil sans effet sur le phyto et zooplancton < 2 ng/l Seuil sans effet sur les anomalies de calcification de l’huître C. gigas. 20 ng Seuil sans effet sur la reproduction C. gigas 1 - 10 µg/l Effets sur la reproduction des poissons 1 – 100 µg/l Modification du comportement des poissons Dans l’eau de mer, le TBT à l’état dissous est sous forme d’hydroxyde, de carbonates ou de chlorures. Le TBT est dégradable dans l’eau par action microbiologique et photolytique. Le Tableau 64 correspond au niveau de référence disponible pour des pesticides organochlorés en g/l. Tableau 64 : pesticides organochlorés Pesticides organochlorés en g/l Indice 80 à 100 60 à 80 40 à 60 20 à 40 0 à 20 Qualité TB B P M TM Hexachlorobenzene < 0,007 0,007 à 0,07 0,07 à 0,09 0,09 à 0,1 > 0,1 Gamma HCH (lindane) < 0,01 0,01 à 0,1 0,1 à 0,2 0,2 à 1 > 1 Aldrine < 0,01 0,01 à 0,1 0,1 à 0,2 0,2 à 0,3 > 0,3 Dieldrine < 0,005 0,005 à 0,05 0,05 à 0,2 0,2 à 0,3 > 0,3 OPI DDE < 0,1 0,1 à 0,7 0,7 à 1,4 1,4 à 2 > 2 PPI DDE < 0,1 0,1 à 0,7 0,7 à 1,4 1,4 à 2 > 2 OPI DDD < 0,006 0,006 à 0,06 0,06 à 0,6 0,6 à 2 > 2 PPI DDD < 0,006 0,006 à 0,06 0,06 à 0,6 0,6 à 2 > 2 OPI DDT < 0,002 0,002 à 0,02 0,02 à 0,2 0,2 à 2,4 > 2,4 PPI DDT < 0,002 0,002 à 0,02 0,02 à 0,2 0,2 à 2,4 > 2,4 Endrine < 0,003 0,003 à 0,03 0,03 à 0,3 0,3 à 2 > 2 Total endosulfan < 0,02 0,02 à 0,2 0,2 à 0,3 0,3 à 2 > 2 Les critères chimiques, toxicologiques et bactériens de qualité de l’eau permettent la protection des milieux en limitant le niveau de contaminants présents dans l’eau et les rejets, en constituant également des niveaux de référence pour l’évaluation de la santé des écosystèmes aquatiques.

ANNEXE 3-7





ANNEXE 3-7 Modélisation de la dispersion des sédiments lors de leur immersion


135

ANNEXE 3-7 MODELISATION DE LA DISPERSION DES SEDIMENTS LORS DE LEUR IMMERSION

La prise en compte de cette composante peut être facilitée par le recours à des indicateurs environnementaux basés sur la modélisation mathématique pour prédire le devenir en mer des rejets de dragage et pour estimer leur évolution sous l’action hydrodynamique des courants et des houles. L’objet de la modélisation n’est pas le rejet lui-même mais sa dispersion. Cette modélisation s’accompagne nécessairement d’un programme de surveillance et de contrôle pour valider les prédictions annoncées par les modèles mathématiques considérés. Le processus de rejet décrivant la mise en dépôt par immersion est précisé à la Figure 62.

Largage des sédiments au dépôt

Chutes dans la colonne d'eau

Impact au fond et courant de densité

Propagation et décantation des matériaux

Diffusion passive (long terme)

Immersion des sédiments

Figure 62 : phases d'un rejet par immersion des sédiments [BOUTIN, 2000] La forme et l’importance de l’étalement des sédiments dépendent en particulier de la vitesse d’impact, de la densité, de la mixture et de ses propriétés rhéologiques au moment de l’impact, du courant ambiant au fond, de la nature et de la topographie des fonds [BOUTIN, 2000]. Les modélisations disponibles sont rappelées ci-après (Figure 63) pour le comportement à court terme de la mise en dépôt par immersion (rejet).



136

Approche énergétique [Bokuniewicz et a l, 1978]

Approche convection d iffusion [Delo et al, 1986][R edon, 1992]

[Tola,1984]

A pproche sem i-empirique, princ ipe de supersi tion[Krishnappan, 1975]

Approche desc ente conv ective,effondrem ent dynam ique, d iffusion courant

m odèle STFATE

M odèlisation de re jet

Figure 63 : modélisations disponibles [d’après Boutin, 2000] Malgré l’existence de ces modèles, une approche purement théorique paraît incertaine. Dans l’état actuel des connaissances sur le comportement des rejets par faible profondeur de sédiments fins, les modèles conceptuels numériques semblent incorrects. Il reste cependant que le modèle STFATE semble le plus abouti pour faciliter des études locales d’un site lorsqu’un calage des mesures de terrain est possible [BOUTIN, 2000]. Le modèles recommandés au Canada [MICHAUD, 1999] pour simuler le transport des sédiments lors du dépôt de matériaux de dragage en milieu aquatique sont représentés respectivement à la Figure 64 pour le comportement à court terme (mise en dépôt) et à la Figure 65 pour le comportement et devenir à long terme (transport sédimentaire).

Spécifier les caractéristiquesdes matériaux immergés etdu mode de mise en dépôt

Comportement à court termeDépôt instantané

Comportement à court termeDépôt en continu

STFATE

REJPAR

SED_DISP

Résultats :Délimitation des limites

du site de dépôt

Figure 64 : comportement à court terme (source Hodgins et Harper, 1994)



137

Definir le régimehydrosédimentologique

du site de dépôt

Lit desable non cohésif

Lit d'argile-limoncohésif

Aucune évidencede transport Aucune modélisatin requise

WAW.F

WHACKER

TRANSPOR

SEDTRANS

MIKE 21 STPMIKE 21 MT

CUMBSED

LTFATE

TABS-MD

Résultats :Rythme de transport

potentiel des sédimentsde fond

Evidence detransport

Figure 65 : comportement et devenir à long terme (source Hodgins et Harper, 1994) Dans l’état actuel des connaissances sur le comportement de rejets par faible profondeur des sédiments fins (vase), les études des sites de dépôt doivent être étayées par des mesures de terrain. La technique des traceurs radiocatifs semble être capable de rendre compte correctement du comportement des sédiments vaseux [BOUTIN, 2000].

ANNEXE 3-8





ANNEXE 3-8 Méthodes de modélisation et d’évaluation de l’impact des opérations de dragage sur les organismes vivants


139

ANNEXE 3-8 METHODES DE MODELISATION ET D’EVALUATION DE L’IMPACT DES OPERATIONS DE DRAGAGE SUR LES ORGANISMES VIVANTS

11.. EEvvaalluuaattiioonn ddee llaa ddééggrraaddaattiioonn ddeess ppeeuupplleemmeennttss

L’opération de dragage et de mise en dépôt provoque des effets mesurables sur le monde vivant. Il importe donc également de considérer le comportement biologique pour rendre compte de la qualité du milieu. Les indicateurs environnementaux s’appliquent à l’étude de la macrofaune benthique dont le mode de vie animale reflète bien les caractéristiques et l’état du milieu [GLEMAREC et GRALL, 2000]. La qualité biologique du milieu s’apprécie généralement par la mesure de la diversité à l’aide d’indices numériques et de modèles permettant de mesurer la dégradation des peuplements. L’un des indices le plus utilisé semble être l’indice de Shannon-Weaver (1948) qui tient compte de l’abondance de chaque espèce et de l’abondance totale. Les valeurs de l’indice varie généralement entre 0,5 et 4,5. Un faible indice traduit un écosystème perturbé caractérisé par un petit nombre d’espèces et un petit nombre d’individus. Trois modèles paraissent particulièrement intéressants pour traduire l’état de dégradation du milieu et évaluer l’état de santé des peuplements sur les sites d’extraction et de mise en dépôt des sédiments lors des opérations de dragage [PRUVOT, 1999].

Le modèle SAB [PEARSON et RONSENBERG, 1978] qui utilise l’évolution comparée des trois descripteurs, la richesse spécifique (S) l’abondance (A) et la biomasse (B) pour traduire l’état de dégradation du milieu en fonction du taux de matière organique.

Le modèle des indices biotiques [GLEMAREC, 1998] définit sept niveaux de

dégradation du milieu (IBq 1 à 7) en fonction de la distribution des groupes écologiques et de leur importance relative. Ce modèle est basé sur la distribution coïncidente d’espèces le long d’un gradient d’enrichissement organique. Le modèle Carbone/Azote [HILY et al, 1986 ; GLEMAREC, 1998] considère que le

Carbone Organique Total (COT) et l’Azote total (N) sont des bons indicateurs de la biodisponibilité en O2 dissous à l’interface eau-sédiment (facteur limitant). Il permet de définir des valeurs seuils au-delà desquelles les peuplements sont déséquilibrés.



140

Le couplage des trois modèles permet notamment d’établir les correspondances d’échelles de dégradation des peuplements de vasières subtidales (Tableau 65). Tableau 65 : correspondance des échelles de dégradation des peuplements (Glémarec [PRUVOT, 1999]) Modèles Echelles des dégradation des peuplements SAB Peuplement

normal Zone de transition Ecotone Pic des

opportunistes Zone très polluée

IBQ 0 1 – 2 3 4 – 5 – 6 7 COT/N 1 % (COT) 2 à 4 % - > 4 % > 5 % Ces différents modèles permettent d’évaluer l’état des peuplements benthiques en fonction de la qualité physico-chimique des sédiments marins [PRUVOT, 1999]. L’analyse est à corréler à l’état des zones de référence voisines qui reflètent un indice biotique correspondant à un peuplement normal, non perturbé où prédominent des espèces sensibles (groupe écologique I) et une absence de contamination chimique du milieu.

22.. EEvvaalluuaattiioonn ddeess rriissqquueess ééccoollooggiiqquueess

Pour faciliter l’évaluation des risques écologiques liés aux opération de dragage et d’immersion des sédiments marins, le groupe interministériel GEODE (Groupe d’Etude et d’Observation sur le Dragage et l’Environnement) à mis au point un outil d’aide à la décision [ALZIEU et QUINIOU, 2001] qui permet de discriminer les sédiments selon leur niveau de contamination et de toxicité potentielle. La démarche consiste à considérer successivement :

le danger potentiel de chaque contaminant, la toxicité mesurée du sédiment, la potentialité du transfert des contaminants à partir de la zone de dépôt, la sensibilité de l’écosystème récepteur.

L’évaluation des risques spécifiques est réalisée par l’attribution de notes comprises entre zéro et trois. Les grilles d’évaluation sont présentées aux tableaux suivants. Tableau 66 : évaluation du danger potentiel des sédiments

Notes de risque Paramètres 0 1 2 3 Concentration (Dm) (*)

< 0,5 0,5 à 1 1 à 1,5 > 1,5

Affinité phase dissoute (coef de partage Kd, Kow)

- > 5 Pb 4,5 à 5 Hg, Cu, Zn < 4,5 Cd, PCB

Bioconcentration (TBC)

- < 2 2 à 3 Cd, Pb, Cr, Zn > 3 Hg, Cu, PCB

Toxicité potentielle - - Cu, Zn, CrVI, Pb PCB, Hg, Cd, TBT (*) la valeur Dm (dépassement niveau 1, Géode ⏐ est égale au rapport entre concentration et niveau 1.



141

Tableau 67 : potentialité du transfert Transport du polluant et accessibilité à une cible donnée Notes de risques 1 à 3 Confinement Conteneurs étanches (1) Erosion faible (2) Erosion forte (3) La potentialité du transfert est évaluée d’une manière générale sur une échelle décroissante de confinement. Tableau 68 : sensibilité de l'écosystème récepteur Conditions locales Notes de risques 1 à 3 Ecosystèmes de la zone d’influence de rejet

Pas d’intérêt majeur (1)

Risque d’exposition occasionnelle (2)

Zones de production biologique ou touristique (3)

L’attribution des notes tient compte des écosystèmes et des conséquences sur la salubrité lors de l’immersion. Le calcul du score de risque global des sédiments, prend en considération pour chaque contaminant analysé, les notes d’évaluation précédentes selon la formule : Risque = [di x q] x [(m + b) x c] x [ v] di : note de toxicité potentielle (0à 3) q : note pour la concentration en contaminant (0 à 3) m : note affinité phase dissoute (1 à 3) b : note de bioconcentration (1 à 3 c : note de transfert (1 à 3) v : note de sensibilité des écosystèmes (1 à 3) Cette analyse ne prend en compte qu’un nombre limité de contaminants ce qui explique notamment l’opportunité de recourir aux tests de toxicité décrits dans l’ANNEXE 3-6. L’écotoxicité des boues de dragage a fait l’objet d’études récentes afin de corréler scores de risque (GEODRISK) et indices biotiques (modèle Glémarec, 1998) et fournir aux gestionnaires des opérations de dragage des outils fiables pour une évaluation si possible rapide et peu onéreuse, de la toxicité globale des sédiments [DHAINAUT-COURTOIS, 2003]. Les travaux ont porté sur 7 éléments traces (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb et Zn). L’analyse des données recueillies au niveau des nombreux prélèvements (abondance, densité/m2,,richesses spécifiques, indices biotiques mesurés, scores de risque calculés et faciès sédimentaires) a permis d’établir pour les sites portuaires plus ou moins perturbés, une stratégie d’évaluation couplant scores de risque et indices biotiques. La synthèse est reprise au Tableau 69.



142

Tableau 69 : synthèse de la stratégie d'évaluation avant rejet en mer des sédiments marins [DHAINAUT-COURTOIS, 2003] Utilisation combinée, indices biotiques et scores de risque Indices biotiques A B C D* D Correspondance (Glémarec)

0 – 3 4 – 5 6 7

Etat du milieu Sain – Léger déséquilibre

Milieux contaminés ou fortement perturbés par d’autres facteurs

Stratégie d’évaluation avant rejet en mer

Pas d’autres analyses Evaluation des scores de risque (Géodrisk)

Ces résultats qui restent à confirmer devraient permettre dans l’avenir de valider l’analyse prévisionnelle des risques et définir un indice biotique général utilisable comme outil de surveillance faunistique. Les indicateurs environnementaux ayant été formulés (de façon non exhaustive) l’interprétation des résultats, élément fondamental de notre approche implique l’établissement d’un diagnostic au travers de la collecte des données initiales et de leur analyse.

ANNEXE 3-9





ANNEXE 3-9 Présentation des pseudo-critères et des sous-critères retenus


143

ANNEXE 3-9 PRESENTATION DES PSEUDO-CRITERES ET DES SOUS-CRITERES RETENUS

11.. LLee ppsseeuuddoo--ccrriittèèrree «« aassppeeccttss tteecchhnniiqquueess »»

Ce pseudo-critère comporte 7 sous-critères principalement liés aux performances techniques de l’engin de dragage. Sous critère N° 1 : capacité d’extraction hydraulique de l’engin de dragage en fonction des propriétés physiques des sédiments (granulométrie, fluidité, rigidité, viscosité, …) influençant la précision et les tolérances d’extraction des sédiments. L’évaluation intègre la plasticité des sédiments (Tableau 70). Tableau 70 : évaluation sous-critère 1

Capacité d’extraction de l’engin Très facile Facile Moins facile Seuils considérés 40 < Ip ≤ 45 15 < Ip ≤ 40 0 < Ip ≤ 15 Note ordinale 1 2 3

Sous-critère N° 2 : facilité de l’engin de dragage à résister aux conditions naturelles défavorables intégrant l’importance des courants de marée, des vents, et des houles (Tableau 71). La force du vent est évaluée à l’aide de l’échelle Beaufort. L’amplitude de la houle correspond à la valeur H 1/3. Le courant est exprimé en nœud soit un mile marin par heure. Tableau 71 : évaluation sous-critère 2

Résistance conditions naturelles Très bonne Moyenne Difficile Seuils considérés Vent ≤ F5

Houle ≤ 2,50m Courant ≤ 2 nœuds

V ≤ F4 H ≤ 1,50m C ≤ 1 nœud

V ≤ F3 H ≤ 1,00m C ≤ 0,5 nœud

Note ordinale 1 2 3 Sous-critère N° 3 : manœuvrabilité de l’engin de dragage à se déplacer rapidement en fonction des gênes vis à vis du trafic maritime. Le temps correspond au délai nécessaire à l’engin de dragage pour quitter la zone du chantier et permettre la circulation du trafic maritime (Tableau 72).



144

Tableau 72 : évaluation critère 3 Manœuvrabilité vis à vis du trafic Forte Moyenne Faible Seuils considérés Temps ≤ 5 mn 5 < T ≤ 15 mn T > 15 mn Note ordinale 1 2 3

Sous-critère N° 4 : délai d’exécution des travaux basé sur le rendement théorique de production (R t/h) rapporté au temps de cycle de l’engin intégrant les temps d’extraction des sédiments, de transport, transfert ou refoulement, d’évacuation et de mise en dépôt provisoire ou définitive (Tableau 73). La notion de rendement permet d’intégrer les paramètres de quantités à draguer (tenant compte de la sédimentation naturelle semi-permanente) et les caractéristiques de l’engin en fonction des contraintes d’exécution (profondeur, distance de transport, capacité de refoulement, accessibilité des sites…). Le rendement est évalué en tonne de matière sèche par heure de production et correspond aux tonnes embarquées divisées par le temps de cycle de l’engin de dragage. Tableau 73 : évaluation sous-critère 4 Délai d’exécution/rendement théorique Rapide Moyen Long Seuils considérés

Rt ≥ 1000 t/h 700 ≤ Rt ≤ 1000

Rt < 700 t/h

Note 1 2 3 Sous-critère N° 5 : capacité de la technique retenue à maîtriser la sédimentation dans l’avant-port Ouest, liée à la remise en circulation des sédiments lors de l’extraction (turbidité), du transfert (courant de densité) ou de la mise en dépôt provisoire (rejet des éclusettes) ou définitive (redistribution par les courants de marée). L’évaluation intègre la notion de probabilités (Pr) de retour rapide des sédiments sur la zone d’extraction (Tableau 74). Tableau 74 : évaluation sous-critère 5 Maîtrise de la circulation des sédiments Très bonne Moyenne Incertaine ou mauvaise Seuils considérés Pr ≤ 10 % 10 < Pr ≤ 30 % Pr > 30 % Note ordinale 1 2 3

Sous-critère N° 6 : faculté à mobiliser le matériel nécessaire à l’exécution des travaux fonction du nombre d’engins disponible sur le marché international et de la disponibilité probable pour l’exécution des travaux. L’évaluation intègre la notion de disponibilité exprimée en pourcentage (Pf) de répartition de la flotte par type d’engins de dragage compte tenu du faible préavis d’intervention exigé à la commande (Tableau 75). Tableau 75 : évaluation sous-critère 6 Faculté de mobilisation Facile Moyenne Difficile Seuils considérés Pf > 25 % 10 < Pf ≤ 25 % Pf ≤ 10 % Note ordinale 1 2 3



145

Sous-critère N° 7 : capacité des sites de dépôt à accueillir les sédiments dragués en volume et selon les rythmes auxquels ils doivent être déposés en tenant compte des contraintes d’accessibilité de desserte et d’aménagement. L’évaluation intègre les surfaces disponibles terrestres ou maritimes, pour réaliser le transfert, la mise en dépôt provisoire ou définitive des sédiments à moyen et long terme (Tableau 76). Tableau 76 : évaluation sous-critère 7 Capacité des sites de dépôt Illimitée Très importante Limitée Note ordinale 1 2 3

22.. LLee ppsseeuuddoo--ccrriittèèrree «« AAssppeeccttss ééccoonnoommiiqquueess »»

Ce pseudo-critère qui ne comporte pas de sous-critère regroupe plusieurs postes financiers :

- le coût d’amené et de repli des matériels, - les dépenses de dragage, transport, transfert et mise en dépôt, - les dépenses pour la constitution de dépôts terrestres sécurisés, - les recettes potentielles liées à la valorisation des sédiments lors de leur commercialisation.

Le montant global de la dépense pour chaque scénario envisagé nécessite de convertir les valeurs financières en notes ordinales afin de préserver la non-discrimination entre pseudo-critères. La note attribuée au scénario le moins coûteux est l’unité. La note augmente d’un point par tranche constante exprimée en KEuros. Les notes les plus fortes correspondent aux scénarios les moins bons.

33.. LLee ppsseeuuddoo--ccrriittèèrree «« AAssppeeccttss eennvviirroonnnneemmeennttaauuxx »»

Ce pseudo-critère comporte 8 sous-critères liés à l’évaluation environnementale du projet et des risques de perturbation de l’environnement. Il tient compte du modèle Pression-Etat-Réponse, des principaux indicateurs environnementaux retenus par les acteurs, du respect des normes et seuils en vigueur, des résultats des études écotoxicologiques et de la modélisation des rejets à court et long terme. Sous-critère N° 1 : accroissement de la turbidité locale en regard de l’extraction des sédiments, du transfert et de la mise en dépôt provisoire ou définitive. L’évaluation intègre la notion de durée, d’étendue et d’intensité du phénomène pour évaluer par note ordinale, l’impact physique correspondant à la mise en suspension des matériaux (Tableau 77). Les concentrations de matériaux en suspension sont celles autour de la drague ou au droit du rejet des eaux pour le dépôt terrestre correspondant aux valeurs probables sur différentes colonnes d’eau à différentes profondeurs pour un scénario considéré.



146

Tableau 77 : évaluation sous-critère 1 Turbidité et matière en suspension (MES) Durée Courte Moyenne Longue Note ordinale 1 2 3 Etendue Locale Régionale Globale Note ordinale 1 2 3 Intensité Faible Moyenne Forte MES ≤ 100 mg/l 100 < MES ≤ 500 MES > 500 mg/l Note ordinale 1 2 3

L’évaluation globale du sous-critère est réalisée par simple sommation. L’évaluation des seuils de Matières En Suspension (MES) repose sur des recherches bibliographiques et correspond à des seuils plus ou moins arbitraires, mais reflètent l’état des connaissances actuelles. Pour Mackin [MACKIN, 1956], la plupart des bivalves peuvent supporter des taux élevés de turbidité jusqu’à 700 mg/l. Selon Schubel et Wang [SCHUBEL et WANG, 1973], les poissons supportent bien les variations de la turbidité du milieu, le seuil critique ou quelques effets peuvent être observés, semble se situer aux alentours de 500 mg/l. Néanmoins les particules fines en suspension affectent davantage le développement des œufs et des larves de certaines espèces. On observe les premiers effets (temps d’éclosion, survie réduite, développement anormal) pour des seuils de l’ordre de 100 mg/l [ENVIRONNEMENT CANADA, 1994]. Sous-critère N° 2 : niveau d’atteinte de la faune invertébrée terrestre ou de la macrofaune benthique lors du transfert ou de la mise en dépôt des sédiments. L’évaluation intègre la notion de durée, d’étendue et d’intensité de la perturbation des milieux terrestres et aquatiques (Tableau 78). Tableau 78 : évaluation sous-critère 2 Atteinte faune invertébrée terrestre et macrofaune benthique Durée Court terme Moyen terme Long terme Note ordinale 1 2 3 Etendue Locale Régionale Globale Note ordinale 1 2 3 Intensité de la perturbation Faible Moyenne à forte Très forte Note ordinale 1 2 3

L’intensité de la perturbation est analysée soit à l’aide de l’indice biotique (IBq) soit en fonction de l’évaluation probable de la valeur écologique de la faune invertébrée terrestre. Le maintien de l’indice biotique dans l’intervalle [0 ; 3] correspond à une intensité de perturbation faible, un indice modifié [4 ; 5] à une perturbation moyenne à forte tandis qu’un indice [6 ; 7] correspond à un milieu à très forte perturbation écologique. Pour la faune invertébrée terrestre, le Tableau 79 indique une représentation en valeur ordinale de la valeur écologique du milieu.



147

Tableau 79 : classement du milieu Valeur écologique Appréciation Note 1 – 100 Très faible à faible valeur 1 101 – 300 Valeur moyenne à bonne

(ZNIEFF 1) 2

301 – 1000 Haute à très haute valeur (ZNIEFF 2, RN, Arrêté de biotope)

3

La valeur écologique dépend de la rareté et du statut (R) des différentes espèces observées, de la fidélité au biotope (F) et de la distribution géographique (D). Le produit de ces 3 indices donne la valeur de chaque espèce (Vs) ; la valeur écologique du milieu (Vm) est calculée en effectuant la somme des valeurs des espèces observées. Vm = ∑ Vs avec Vs = F. R. D A défaut d’informations quantitatives, l’appréciation de la valeur écologique peut être corrélée aux espaces naturels protégés ou inventoriés du Littoral (ZNIEFF, RN, Arrêté de biotope …) Sous-critère N° 3 : chute de la teneur en oxygène dissous lié à l’extraction, au transfert ou la mise en dépôt. L’évaluation intègre la notion de durée, d’étendue et d’intensité du phénomène par note ordinale, l’impact probable des travaux correspondant à la réduction de la teneur en oxygène dissous dans le milieu liée soit à la dispersion d’un nuage turbide dans la colonne d’eau ou au rejet de l’excédent d’eau évacué du dépôt terrestre (Tableau 80). Cette déoxygénation spécifique est analysée sur les différents sites comparativement à l’évolution naturelle sur un ou plusieurs sites de référence dont les valeurs moyennes courantes sont de l’ordre de 6 à 8,5 mg/l O2.hors période de dragage et sur des observations périodiques annuelles. Tableau 80 : évaluation sous-critère 3 Chute de la teneur en oxygène dissous Durée Court terme Moyen terme Long terme Note 1 2 3 Etendue Locale Régionale Globale Note 1 2 3 Intensité Faible Moyenne Forte ≤ 1 mg/l O2 > 1 et ≤ 2mg/l O2 > 2 mg/l O2 Note 1 2 3

Lors des opérations de dragage, on peut s’attendre à une demande en oxygène importante de la part de la matière organique et des sulfures ; ces réactions deviennent importantes après que le sédiment se soit déposé. Sur certains sites, il a été observé des baisses des teneurs en oxygène de l’ordre de 80 % par rapport aux concentrations ambiantes [ALZIEU et QUINIOU, 1999]. Sous-critère N° 4 : niveau de relargage des sels nutritifs (azote, phosphore) à l’origine de la croissance du phytoplancton, lors de l’extraction, du transfert ou de la mise en dépôt.



148

L’évaluation intègre la notion de durée, d’étendue et d’intensité du phénomène (paramètre N/P, dispersion) pour évaluer par note ordinale l’impact potentiel des travaux correspondant au relargage dans la colonne d’eau des matières organiques des sédiments (Tableau 81). Tableau 81 : évaluation sous-critère 4 Relargage des sels nutritifs Durée Courte (occasionnelle) Moyenne (temporaire) Longue ( permanent) Note ordinale 1 2 3 Etendue Locale Régionale Globale Note ordinale 1 2 3 Augmentation (N/P) Faible Moyenne Forte (référence locale 12-16) ≤ 25 25 à 50 > 50 et < 75 Note ordinale 1 2 3 Dispersion (courants/marées) Forte Moyenne Faible Note ordinale 1 2 3

La note finale est obtenue par sommation des 3 termes durée, étendue et produit (augmentation (N/P) x dispersion). Lors du dragage des sédiments riches en matières organiques, les sels nutritifs (ammonium, nitrates, phosphates) sont en partie relargués dans la masse d’eau, ce qui peut modifier le rapport N/P et entraîner un changement non seulement quantitatif mais qualitatif de la flore algale [MENESGUEN, 1990]. Dans certaines régions, les phénomènes d’eutrophisation semblent pouvoir expliquer les apparitions de phytoplanctons toxiques [SMAYDA, 1990]. Néanmoins, il convient de souligner que la compréhension scientifique de l’eutrophisation en milieu marin côtier reste complexe. Il paraît difficile de proposer une norme unique de concentration d’un élément nutritif dans un rejet en mer compte tenu notamment des capacités dispersives d’un site à l’autre [MENESGUEN, 1990]. Sous-critère N° 5 : faculté du scénario envisagé à conduire à la valorisation des sédiments dragués : l’évaluation intègre la destination finale de sédiments (déchets ultimes, stockage provisoire et valorisation ou recyclage, Tableau 82). Tableau 82 : évaluation sous-critère 5 Valorisation des sédiments dragués Destination finale Commercialisation (*) Stockage provisoire Evacuation Note ordinale 1 2 3

(*) la commercialisation sous-entend le cas échéant des opérations préalables de traitement des sédiments dont les coûts sont intégrés si nécessaires dans les postes financiers du critère économique. Sous-critère N° 6 : modification de la composition du sol, des fonds marins en regard des sédiments dragués et recouvrement des sites de mise en dépôt ou de transfert. L’évaluation intègre la notion de durée, d’étendue et d’intensité du phénomène (recouvrement) pour évaluer par note ordinale la perturbation biologique potentielle des travaux liés à l’évacuation des sédiments (Tableau 83).



149

Tableau 83 : évaluation sous-critère 6 Recouvrement à la mise en dépôt Durée Courte Moyenne Longue Note 1 2 3 Etendue Locale Régionale Globale Note 1 2 3 Importance recouvrement Faible Moyenne Elevée Note 1 2 3

L’importance du recouvrement (étouffement des organismes) dépend notamment des conditions hydrodynamiques locales au site de mise en dépôt au point de rejet des eaux résiduelles (stockage terrestre) ou sur le site de transfert (courant de densité) favorisant ou non la dispersion des sédiments dragués. La modification du sol terrestre ou des fonds marins et à comparer à la qualité des sédiments (propriétés physiques). L’impact du recouvrement des fonds pourra être analysé en regard du devenir à court ou long terme des sédiments en fonction des résultats bathymétriques et/ou des modèles série [SCHROEDER et al. 2004]. Sous-critère N° 7 : esthétique du chantier sur l’environnement durant les opérations d’extraction, transfert et mise en dépôt. L’évaluation intègre la notion de durée d’étendue, d’intensité et de réversibilité des phénomènes occasionnés tels que, couleur de l’eau, modification de la morphologie des sites, barrières visuelles et altération du panorama (Tableau 84). Tableau 84 : évaluation sous-critère 7 Esthétique du chantier sur l’environnement Durée Courte Moyenne Longue Note 1 2 3 Etendue Locale Régionale Globale Note 1 2 3 Intensité (ampleur) Faible Moyenne Elevée Note 1 2 3 Réversibilité Faible Moyenne Elevée Note 1 2 3

La note finale est obtenue par sommation simple Sous-critère N° 8 : qualité de l’air et odeurs liées à la désagrégation des fonds, l’oxydation du sédiment anoxique riche en matière organique, ou à la volatilisation des contaminants. L’évaluation intègre la notion de durée, d’étendue et d’intensité du phénomène en regard des nuisances olfactives (Tableau 85). Tableau 85 : évaluation sous-critère 8 Qualité de l’air et odeurs Durée Courte Moyenne Longue Note 1 2 3 Etendue Locale Régionale Globale Note 1 2 3 Intensité Faible Moyenne Elevée Note 1 2 3

La note finale est obtenue par sommation simple



150

L’activité biologique du benthos sédimentaire peut affecter la qualité de l’air par dégagement de gaz (H2S, CH4) occasionnant des odeurs nauséabondes et des nuisances olfactives.

44.. LLee ppsseeuuddoo--ccrriittèèrree «« AAssppeeccttss SSaanniittaaiirreess »»

Ce pseudo-critère comporte 5 sous-critères liés à l’évaluation sanitaire du projet et des risques potentiels pour la santé publique. Il tient compte, des risques chimiques des sédiments au travers de la concentration, de l’affinité pour la phase dissoute, de la bioconcentration et de la toxicité potentielle des divers contaminants répertoriés. Il intègre également la potentialité du transfert de contaminants à partir des zones de dépôts et la sensibilité de l’écosystème récepteur (cible). Il considère également les risques de contamination bactérienne. Sous-critère N° 1 : risque lié au niveau de toxicité chimique du sédiment durant les opérations d’extraction, transfert et mise en dépôt. L’évaluation considère le caractère toxique des métaux lourds, et des PCB. La démarche d’analyse intègre les scores de risque selon le modèle GEODRISK (2001) exposé précédemment. L’indice de nuisance est fourni par l’équation : Risque = Danger x Transfert x Cible

- Le score de risque global prend en compte pour chaque contaminant (identifié et mesuré) :

• le score de danger potentiel, • le score de transfert, • le score de vulnérabilité.

- Le score de transfert (C) est caractéristique du relargage des polluants, du transfert et de l’accessibilité du polluant une cible donnée.

- Le score de vulnérabilité (V) est caractéristique de la présence et de la vulnérabilité de cibles en relation avec la catégorie de danger (solubilité, biodisponibilité, bioaccumulation) dans la zone d’influence du rejet ou de la mise en dépôt.

- Le score de risque global R = [DI x Q] x [(M + B) x C] x [V] est évalué pour chaque scénario potentiel.

DI : note de toxicité potentielle (0 à 3) Q : note pour la concentration en contaminants (0 à 3). M : note affinité phase dissoute (1 à 3) B : note de bioconcentration (1 à 3) C : note de transfert (1 à 3) V :note de sensibilité de l’écosystème ( 1 à 3) Le score final pour un site correspond à la note de risque la plus élevée de celles obtenues pour chacune des substances polluantes. L’outil GEODRISK est utilisé pour l’évaluation qualitative du risque sur la santé compte tenu du potentiel de transfert des contaminants et de la présence éventuelle des zones de production biologique ou des zones touristiques à proximité des sites de dépôt. Néanmoins cet outil d’évaluation a pour première vocation l’évaluation du risque écologique.



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Sous-critère N° 2 : niveau de toxicité des sédiments marins vérifié par biotests en fonction du score de risque précédant et du calcul de l’indice biotique (IBq) sur zone d’extraction [DHAINAUT-COURTOIS, 2003]. Différents tests permettent de mesurer la toxicité des sédiments avant dragage et mise en dépôt. Ces tests sont complémentaires à l’évaluation du niveau de risque chimique dont l’évaluation reste restrictive compte tenu du caractère limité et non exhaustif des contaminants chimiques mesurés dans les sédiments. L’évaluation proposée est précisée au Tableau 86. Tableau 86 : évaluation sous-critère 2 Toxicité des sédiments marins (biotests)

embryotoxicité Copépodes Amphipodes Microtox® Toxicité Note % larves anormales CL50* CL50* CE50* < 10 % > 1 > 100 > 10 Négligeable 0 10 à 30 0,05 à 1 50 à 100 0,5 à 10 Faible 1 30 à 50 0,01 à 0,05 10 à 50 0,2 à 0,5 Moyenne 2 > 50 < 0,01 < 10 < 0,2 Forte 3 *g/l de sédiment sec Si le score de risque global (du sous-critère précédent) est inférieur à 1, seul le test est nécessaire (embryotoxicité ou copépodes). Si le score de risque global est supérieur à 1 les tests et sont nécessaires. Le test est à choisir entre les 2 tests proposés (Amphipodes, Microtox). La note liée à la toxicité sera celle correspondante à la note la plus élevée parmi les 3 tests réalisés La note ordinale obtenue correspond à la note d’effet toxique du sédiment lequel risque d’impacter les écosystèmes récepteurs à la mise en dépôt. Le score de risque lié à l’effet toxique global du sédiment sera établi en considérant le score de transfert et de vulnérabilité. R’ = Dig x C x V C : note de transfert (1 à 3). Dig : toxicité global du sédiment (0 à 3). V : note de sensibilité écosystème (1 à 3). Nous disposons désormais de 2 sous-critères dont on peut s’interroger sur le bien-fondé de recourir à deux évaluations indépendantes plutôt que d’utiliser un seul sous-critère, compte tenu de l’interaction probable de ces deux sous-critères. Note choix s’est porté sur deux sous-critères dont les scores au moment de l’évaluation des scénarios seront additifs. La démarche permet de tenir compte d’une part, du danger potentiel des sédiments (sous-critère N° 1) et d’autre part d’intégrer leur biodisponibilité réelle et la toxicité d’éventuelles substances non décelées ou ignorées par l’analyse chimique réglementaire.



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Le cumul des scores de risque (R et R’) va plutôt dans le sens du renforcement de la sécurité sanitaire, en évitant de sous-estimer l’impact écotoxique des sédiments. Les scores de transfert (C) et de vulnérabilité (V) sont évalués pour les deux sous-critères comme décrit dans le Tableau 87 et le Tableau 88, respectivement. Tableau 87 : évaluation score de transfert Transport et accessibilité du polluant à une cible Transfert potentiel Faible Moyen Fort Confinement Erosion faible Erosion forte Note ordinale 1 2 3 Tableau 88 : évaluation score de vulnérabilité Vulnérabilité, sensibilité des écosystèmes Conditions locales Pas d’écosystème

d’intérêt majeur Risque d’exposition occasionnelle

Zones sensibles production biologique, tourisme

Vulnérabilité Faible Moyenne Forte Note ordinale 1 2 3 Sous-critère N° 3 : impact potentiel de la qualité bactérienne par l’évaluation de la contamination bactérienne pouvant être libérée lors de la mise en dépôt des sédiments et transférée vers une cible. L’évaluation est basée sur les normes de qualité définies pour les milieux récepteurs (germes/100mL, Tableau 89). Tableau 89 : évaluation sous-critère 3 Niveau de qualité bactérienne (Qb) (inspiré Directive Européenne (1975) et Agence de l’Eau) Coliformes totaux Bonne Moyenne Mauvaise Seuils proposés < 500 500 à 10 000 > 10 000 Note (Q1) 1 2 3 Coliformes fécaux (E. coli) Bonne Moyenne Mauvaise Seuils proposés < 100 100 à 2000 > 2000 Note (Q2) 1 2 3 Coliformes fécaux (entérocoques) Bonne Moyenne Mauvaise Seuils proposés < 100 100 à 1000 > 1000 Note (Q3) 1 2 3 L’évaluation du transfert (C) et d’accès à une cible (vulnérabilité (V)) est établie de la même manière que pour les sous-critères précédents. Le score de risques est évalué selon la formule : Rb = Qb x C x V avec Qb = maxi (Q1, Q2, Q3) Cette évaluation simplifiée reste qualitative et de nombreux paramètres influencent le devenir réel de la charge microbienne au niveau du site de mise en dépôt. La dilution physique joue un rôle primordial pour disperser les contaminants bactériens tout comme la lumière visible est un des facteurs les plus importants pour limiter la survie en mer. Par contre dans les eaux turbides des zones de dragage et d’immersion, la survie des bactéries



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est facilitée par la double action des matières en suspension : protection contre la lumière et support fournissent les éléments nutritifs aux bactéries. En outre les bactéries adhèrent généralement mieux sur la fraction fine qui peut se déplacer sur des distances importantes en fonction des conditions hydrodynamiques [POMMEPUY et al, 1989]. Sous-critère N° 4 : impact potentiel de la qualité virale par l’évaluation de la contamination virale pouvant être libérée lors de la mise en dépôt des sédiments et transférée vers une cible. L’évaluation est basée sur les normes de qualité définies pour les milieux récepteurs (germes/100mL, Tableau 90). Tableau 90 : évaluation de qualité virale (Qv) Niveau de qualité virale (Qv) (Directive Européenne 1975) Entérovirus Bonne Mauvaise Seuils proposés 0 > 0 Note 1 2 Comme précédemment l’évaluation des scores de risque est donnée par la formule : Rv = Qv x C x V Les virus sont absorbés principalement sur les particules sédimentaires fines (≤ 3 µm) en suspension dans l’eau et notamment sur les particules (Rao et al,[ALZIEU et QUINIOU, 1999]) Dans le milieu marin, Gerba et al. [GERBA et al., 1978] ont montré que le poliovirus est retenu sur les sédiments d’estuaire dans des proportions qui peuvent atteindre 100 %. Les virus accumulés dans les sédiments conservent leur potentiel infectieux pendant plusieurs semaines et seulement quelques jours dans l’eau de mer. De plus le maintien du pouvoir infectieux est inversement proportionnel à la température [CHUNG et al, 1993]. Certains acteurs proposent de recourir au modèle sédimentologique pour simuler la contamination bactérienne ou virale par remise en suspension des sédiments [LE HIR et al., 1990]. L’utilisation du modèle sous réserve d’expertise préalable et d’une calibration initiale permet la simulation des turbidités par répartition spatio-temporelle des concentrations en MES et l’établissement d’une cartographie de l’impact de la mise en dépôt ou du rejet. Le modèle permet de mesurer le transport des bactéries en distinguant les bactéries liées au sédiment des bactéries libres et met en évidence l’importance des MES sur la contamination bactérienne. Sous-critère N°5 : impact potentiel de la radioactivité des sédiments par l’évaluation du niveau de radioactivité pouvant être libéré lors de la mise en dépôt des sédiments et transférée vers une cible (Tableau 91).



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Tableau 91 : évaluation sous-critère 5 Niveau de radioactivité des sédiments marins Evaluation sommaire du niveau global Radioactivité globale Insignifiante Très faible Faible Seuils proposés (Bq/gramme)* < 1 1 à 5

5 à 10

Note ordinale 0 1 2 *L’évaluation est ici indicative et reste à vérifier scientifiquement. Le score de risque lié à la radioactivité globale du sédiment est établi en considérant les scores de transfert et de vulnérabilité évoqués précédemment soit : Rrad = Dir x C x V Dir : radioactivité globale du sédiment (0 à 2). C : note de transfert (1 à 3) V : note de sensibilité de l’écosystème (1 à 3)

55.. LLee ppsseeuuddoo--ccrriittèèrree «« AAssppeeccttss ssoocciiaauuxx »»

Ce pseudo-critère comporte 4 sous-critères liés à l’évaluation sociale du projet. Il tient compte de la notion subjective d’acceptabilité sociale au sens large, intégrant notamment les risques de blocage administratif, de conflit d’usage du territoire, de recours des associations de défense et de protection de l’environnement Sous-critère N° 1 : acceptabilité du projet en regard des conventions internationales, des Directives Européennes, du droit interne et des règlements locaux. L’évaluation intègre la notion de fiabilité juridique du projet, afin d’éviter les risques de blocage administratif (Tableau 92). Tableau 92 : évaluation sous-critère 1 Acceptabilité en regard du droit Jugement Très bon Moyen Mauvais Note ordinale 1 2 3 Sous-critère N° 2 : acceptabilité du projet en regard de la politique locale (attitude communale). L’évaluation intègre la notion d’image préjudiciable liée à la mise en oeuvre du projet sur la commune, (syndrome NIMBY) ou à proximité de celle-ci. Elle correspond le cas échéant, à des inquiétudes liées à l’aménagement territorial global de la commune. L’évaluation intègre la notion de perception politique du projet dans un contexte local basé sur l’amélioration ou le maintien du cadre de vie (Tableau 93). Tableau 93 : évaluation sous-critère 2 Acceptabilité politique Jugement Bonne perception Indifférence Mauvaise perception Note ordinale 1 2 3



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Sous-critère N° 3 : acceptabilité du projet en regard des aspects commerciaux littoraux. L’évaluation intègre la notion de conflit potentiel d’usage lié aux activités humaines (conchyliculture, aquaculture, pêches maritimes, plaisance, tourisme, espaces naturels protégés,...) à cause des inquiétudes liées aux risques accidentels (majeurs) pouvant résulter des opérations de dragage et de mise en dépôt. L’évaluation considère la notion d’acceptabilité globale du risque basé sur la probabilité de survenance et ses conséquences sur les activités humaines liées à la sensibilité des milieux et aux risques pour la société. Elle intègre également la notion de transfert potentiel à une cible globale (Tableau 94). Tableau 94 : évaluation sous-critère 3 Acceptabilité commerciale/risques accidentels Ampleur des dommages Accident Accident grave Catastrophe (x) indice d’accident 0 à 0,3 0,3 à 0,5 0,5 à 1 Probabilité de survenance Extrêmement rare Très rare Rare Plutôt rare (y) échelle log 10 -11 à 10 –9 10 –9 à 10 –7 10 –7 à 10 –6 10 –6 à 10 -5 Acceptabilité (A) X E[ 0;1] Indice x probabilité Si y E [0 ;10 –9[ Si y E [10 –9 ;10 –7[ Si y [10 –7;10 –5] Evaluation verbale Acceptable Moyennement acceptable Limite de l’acceptable Note ordinale 1 2 3 A défaut d’analyses statistiques, capables d’évaluer numériquement l’ampleur des dommages et la probabilité d’occurrence d’un accident, (ex. : contamination accidentelle des sédiments) l’évaluation de l’acceptabilité est réalisée par l’usage de l’échelle d’évaluation verbale confronté à l’avis des différents acteurs pour chaque scénario. Sous-critère N° 4 : acceptabilité du projet en regard de la population et/ou des groupes associatifs locaux. Cette démarche a pour objet d’évaluer (par sondage, information, audience publique…) les craintes et inquiétudes de la population et tenter d’évaluer les désaccords et les risques de recours collectifs répondant à des préoccupations multiples causées par l’insertion du projet dans leur espace de vie (Tableau 95). La perception du projet varie en fonction de nombreux facteurs dont la personnalité, le vécu social et culturel, la connaissance des systèmes biophysiques et humains, les facteurs physiologiques et psychologiques. Généralement le public défend des intérêts légitimes fondés sur des préoccupations de santé, de sécurité, de protection des ressources, de paysage ou d’écosystèmes qui reflètent les valeurs de la société. Cette tendance correspond dans les faits à une évolution de plus en plus marquée de la promotion du développement durable intégrant les valeurs écologiques, économiques ou sociales et favorisant le développement d’une gestion patrimoniale de l’environnement. Tableau 95 : évaluation sous-critère 4 Acceptabilité de la population et groupes associatifs Jugement Facilement acceptable Indifférent Peu acceptable Note ordinale 1 2 3



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Le pseudo-critère « Aspects Sociaux » et ses sous-critères correspondent à la notion d’acceptabilité du projet basée sur différentes opinions, parfois subjectives, mais qui représentent des instances ou parties prenantes qu’il convient d’intégrer dans la négociation. Cette notion subjective de la décision est parfois difficile à admettre car la subjectivité est souvent perçue à tort comme «défaut de décision ». Il est cependant fondamental que cette composante subjective soit non seulement acceptée mais aussi identifiée dans le processus de décision [JOERIN, 1998].