OA20979A - Procédé de revalorisation de matériaux de découverte, de terrassement et autres. - Google Patents

Abstract

L’invention un procédé de traitement de déchets matériaux de découverte et de terrassement ou d’excavation et de tous autres matériaux sableux collectés ailleurs, ainsi que les résidus de traitement des eaux ou boues pour donner des produits nobles que sont les graviers et les sables destinés à la construction ou à d’autres utilisations. Le procédé de valorisation de déchets de matériaux consiste en plusieurs opérations unitaires de lavage, de séparation, d’homogénéisation et de pressage. Le procédé selon l’invention permet de produire différentes fractions de graviers et de sables.

Description

DESCRIPTION DE L’INVENTION

Procédé de revalorisation de matériaux de découverte, de terrassement et autres

L’invention relève du domaine du bâtiment et des travaux publics et concerne particulièrement les matériaux de construction extraits dans les carrières ou perrières. Il s’agit d’un procédé mis en œuvre pour valoriser les déchets de matériaux évacués lors des travaux de terrassement avant d'atteindre la roche mère à exploiter, des matériaux d’excavation et de tous autres matériaux sableux collectés ailleurs, ainsi que les résidus de traitement des eaux ou boues.

L'invention concerne également les différents types de matériaux sableux obtenus par la mise en application du procédé conforme à l’invention.

Une carrière est le lieu d'où sont extraits des matériaux de construction tels que la pierre, le sable ou différents minéraux non métalliques ou carbonifères. Le terme « carrière » désigne également une installation industrielle complète comprenant un lieu d'extraction et les machines servant à traiter la roche extraite, des hangars, des ateliers où sont coupés et taillés les blocs de roches.

Lieux d'extraction des matériaux de construction, les carrières sont généralement classées en plusieurs catégories selon plusieurs critères qui sont les techniques d’extraction d’une part et l’utilisation des matériaux d’autre part ou en encore le matériau d’extraction. Ainsi donc :

- Selon l”usage de la roche qui est tirée de la carrière on distingue :

* les matières premières industrielles telles que le calcaire pour les cimenteries, l’argile pour la terre cuite, etc. ;

* les roches ornementales et de construction : ardoise, pierre, marbre, granit pour les constructions, pierres tombales, etc. ;

* le granulat ; graviers et sables utilisés par le bâtiment et les travaux publics. Cette dernière catégorie est de loin la plus importante en volume.

- Selon le matériau d'extraction on a :

* les carrières de roches massives : elles correspondent à l’exploitation de matériaux de plusieurs origines ; les matériaux sédimentaires consolidés (calcaire ou grès principalement dans les bassins et dans les régions montagneuses, les matériaux métamorphiques tels que les quartzites, le gneiss principalement dans les massifs montagneux

[2] ou les matériaux éruptifs comme les roches plutoniques c’est-à-dire les granités, les diorites, les micro-diorites et roches volcaniques comme les rhyolites et trapp principalement exploitées dans les massifs montagneux anciens ;

* les carrières de roches meubles : elles se situent dans les vallées fluviales et correspondent à l'exploitation de matériaux sédimentaires détritiques non consolidés de plusieurs types ; les matériaux alluvionnaires des rivières ou fleuves (granulats siliceux ou silico-calcaires), les matériaux détritiques anciens (sables pliocènes), voire plus récents (arènes granitiques) et les matériaux sableux des plages et dunes littorales ;

* les carrières de pierres de taille : elles sont destinées à la production de blocs pour la fabrication de produits d’art funéraire, de voirie ou de décoration. Ces types de carrières regroupent l’exploitation de matériaux de deux origines : les matériaux éruptifs (granité) et les matériaux métamorphiques (marbres).

- Selon le mode d’extraction, on aura :

* les carrières à ciel ouvert, soit « à flanc de coteau » ou « à flanc de falaise » (carrières littorales), soit « en fosse » (jusqu'à une centaine de mètres de profondeur parfois) ;

* les carrières souterraines : ce sont d’anciens travaux souterrains d’extraction de pierre de construction. Elles peuvent représenter de sérieuses menaces pour les personnes et les biens, en raison d'un risque d’effondrement ;

* les carrières sous-marines : destinées à produire du sable et du gravier.

Produit de carrière, la consommation de sable est devenue en quelques années un problème planétaire très sensible. La pénurie guette et les extractions maritimes menacent les côtes comme les écosystèmes. L'exploitation du sable est devenue un enjeu majeur qui pourrait vite tourner au désastre ou au conflit.

En effet, pour le bâtiment seul, deux-tiers des constructions sur la planète sont constituées de béton, et deux-tiers de ce béton est constitué de sable. La Chine durant ces quatre dernières années a consommé autant de sable que les Etats-Unis en un siècle. Les ressources en sable, longtemps considérées comme illimitées, sont en réalité de plus en plus réduites. La population mondiale a quasiment triplé en soixante ans et le sable est la deuxième ressource la plus utilisée après l'eau. Selon les estimations, il faut 30 000 tonnes de sable pour faire un kilomètre de route, 12 millions de tonnes de sable pour une centrale nucléaire, soit 60 000 maisons individuelles qui demandent 200 tonnes de sable chacune pour leur construction. Le sable entre en outre dans la

[3] composition du verre, des composants électroniques donc des ordinateurs, tablettes, smartphones, mais aussi dans la composition des plastiques, des panneaux solaires et même dans l'agro-industrie. L'humanité extrait 50 milliards de tonnes de sable et granulats par an, pour une valeur évaluée à 70 milliards de dollars.

Si longtemps le sable n'a pas été considéré comme une matière commercialement intéressante, sa raréfaction a changé la donne. Les carrières de sable se sont épuisées sous les projets immobiliers et routiers de plus en plus importants et il est aujourd'hui difficile d'en extraire du sol dans de nombreux pays. Il n'est pas possible d'utiliser le sable des déserts, car polis par le vent, les grains de sable des déserts ont une géométrie trop ronde et régulière, empêchant une agrégation suffisante.

Longtemps pratiquée ou utilisée comme alternative à la pénurie du sable selon les pays, l'extraction de sable dans les mers, océans, fleuves et lagunes est devenue une activité à très grande échelle et commence à poser de nombreux problèmes. Le principal est celui de l'érosion des côtes. Les études actuelles estiment qu'entre 75 et 90% des plages du monde reculent. L'exemple de la Floride où neuf plages sur dix sont en voie de disparition est inquiétant, mais pas autant que celui de l'Indonésie ou vingt-cinq îles ont déjà disparu sous l'effet des extractions massives de sable. La technique est simple : des bateaux traînent des appareils sous-marins le long des côtes pour aspirer le sable des dunes sous-marines et le rejeter sur le pont. Au-delà de l'érosion engendrée, cette aspiration crée des remous qui assombrissent l'eau, ce qui abîme la flore sous-marine, sans compter les petits poissons tués par l'engin aspirant. Ces extractions sont en croissance partout sur la planète dans des proportions inquiétantes.

Les chantiers géants de la péninsule arabique sont depuis quelques années au centre des préoccupations sur le sujet de l'extraction du sable : les îles artificielles créées par les monarchies du Golfe, les buildings géants, sont autant de gouffres à béton et donc de sable. Dubaï est l'exemple le plus pariant puisque la minuscule monarchie importe du sable d'Australie en quantité astronomique pour continuer à développer ses projets immobiliers colossaux, soit cinq milliards de dollars de sable importés par an.

En Côte d’Ivoire par exemple, depuis toujours les utilisateurs de sable exploitaient le sable de lagune dont l’extraction était peu coûteuse. Cependant, depuis l’année 2019, l’application de la réglementation sur le prélèvement de sable de lagune, découlant de la volonté du gouvernement Ivoirien de préserver le littoral et la nappe phréatique a contribué à faire du sable

[4] un matériau noble. En conséquence, les demandes en sable de carrière jusque-là considérés comme des déchets par les entreprises de bâtiment et travaux publiques ainsi que les cimenteries ont augmenté considérablement. Aujourd’hui les stocks de sables des carrières sont épuisés et celles-ci n’arrivent pas à faire face aux demandes de la nouvelle clientèle ; le sable en effet ne représente que 22 à 25 % de leur production. D’où une augmentation de son coût à la vente.

Dans les carrières à ciel ouvert, avant de pouvoir exploiter la roche mère et produire des granulats, il est nécessaire d’effectuer un décapage des matériaux qui la recouvrent. Cette opération appelée découverte consiste en l’enlèvement de la végétation, de la terre et des matériaux stériles qui recouvrent la roche saine au moyen d’engins de terrassement. Ces matériaux : découverte et stériles sont stockés pour être intégrés dans le réaménagement final du site et n’ont aucune valeur constructive. Or cette opération qui aboutit à la production de matériaux inexploitables que sont la découverte et les stériles génère un coût faramineux ; deux à quatre milliards de francs CFA selon l’importance du site. En outre, les essais de lavage de ces matières font apparaître que la fraction 0/40 mm de ces matériaux est composée de 60 % de sable 63 pm / 5 mm, 10 % de gravier 5 mm / 40 mm et 30 % de fines inférieures à 63 pm ; valeurs qui sont variables selon la composition du terrain.

Quant aux matériaux d’excavation, ils contiennent également des éléments de 40 à 600 mm qui sont estimés à 15 % du volume global et de « Boules » (volume d’environ 1 à 2 m³) estimées à 5 % de ce même volume.

L’objectif de l’invention est de valoriser les matériaux de découverte et d’excavation ainsi que les stériles pour aboutir à des matériaux de construction ayant les caractéristique semblables aux matériaux naturellement extraits dans les carrières typiques.

Conformément à l’invention, cet objectif est atteint avec le procédé de revalorisation de matériaux de découverte et de terrassement ou d’excavation et de tous autres matériaux sableux collectés ailleurs, ainsi que les résidus de traitement des eaux ou boues. Le procédé déployé sur la ligne de traitement comporte plusieurs opérations unitaires de tri, de concassage, de broyage, de lavage, d'homogénéisation et de pressage pour aboutir à la production de produits nobles que sont les graviers et les sables destinés à diverses utilisations.

Dans un mode de réalisation, le procédé de valorisation de déchets de matériaux consiste en quelques étapes qui sont les suivantes :

[5]

- Tri des matériaux bruts : sur une ligne, les matériaux bruts constitués de découverte et de stériles sont scalpés à 40 mm. Les éléments supérieurs à 40 mm seront concassés et criblés sur une autre installation pour produire des graviers et du sable ;

- Production des fractions de gravier : la fraction 0/40 obtenue après le tri est lavée sur des cribles à étages pour produire les différentes fractions suivantes de gravier : 5/15,15/25, 25/40. Ces fractions de gravier sont utilisées pour la fabrication de bétons ;

- Production des sables : les eaux de lavage de la fraction 0/40, contenant la fraction 0/5 mm sont récupérées dans une bâche ou réservoir. Ces eaux sont ensuite centrifugées pour séparer les sables des fines. Les sables obtenus sont ensuite égouttés et séparés en deux fractions 0/2, 2/5 pouvant être recomposées à volonté ;

- Production des fines : elle s’opère en plusieurs étapes qui sont les suivantes :

* Fioculation et décantation : les particules fines inférieures à 63 pm contenues dans les eaux de lavage issues de la centrifugation sont agglomérées en microflocs et en flocons plus volumineux ou flocs qui sont ensuite précipités sous l’effet de la pesanteur dans un décanteur pour donner des boues. Les eaux claires ou surnageant sont récupérées par surverse du décanteur et stockées pour être réutilisées dans le cycle de production, et les boues sont conduites vers une cuve d’homogénéisation ;

‘Homogénéisation : les boues issues du décanteur sont conduites dans une cuve d'homogénéisation pour régulariser leurs dimensions et leur texture avant d’être introduites dans une presse à boue ;

* Pressage : les boues décantées sont pressées pour être essorées afin de donner des galettes ou des mottes renfermant 10 à 15 % d’eau résiduelle. Et l’eau qui est éliminée est récupérée et renvoyée dans le cycle de lavage ;

* Stockage : les boues sèches sont ôtées de la presse à boue et émottées pour donner des fines qui sont mises en dépôt pour diverses utilisations dans diverses industries.

Le procédé de valorisation de déchets de matériaux décrit selon l'invention présente de nombreux avantages qui sont les suivants :

- il est très écologique car il permet d’éviter de nouvelles demandes d’autorisations d’extraction de sable et de nouveaux défrichements par une valorisation maximale des emprises sur les terrains déjà exploités. En outre, il limite l’érosion du littoral et protège la nappe phréatique ;

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- Il est économique car il permet l’amortissement du coût colossal de la découverte par la vente des matériaux valorisés et une utilisation raisonnée de l’eau car son recyclage permet de limiter les pertes à environ 15 % ;

- Il est rentable car il permet de valoriser entièrement des déchets de matériaux sans aucune perte.

Les autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui illustre un mode de réalisation non limitatif basé sur la figure 1 de la planche unique.

Le mode de réalisation non limitatif de l’invention décrit le procédé de valorisation des déchets matériaux issus des opérations de terrassement et d’excavations pour donner des graviers et des sables selon les étapes ci-après :

- Tri des matériaux bruts : les matériaux bruts ; la découverte et les stériles sont chargés sur dumper de 25 à 35 tonnes au moyen d'une pelle rétro de 40 à 45 tonnes et conduits à une trémie d’alimentation équipée de barreaudage pour être scalpés à 40 mm. Cette opération a pour but d’isoler la fraction 40/600 mm. Le reste, c’est-à-dire la fraction supérieure à 40 mm est traitée ultérieurement sur une ligne de concassage et de criblage pour produire du gravier et du sable;

- Production des fractions de gravier : la fraction 0/40 isolée est lavée sur des cribles à étages pour produire les différentes fractions suivantes de gravier : 5/15, 15/25, 25/40. Ces fractions de gravier sont utilisées pour la fabrication de bétons.

- Production des sables : les eaux de lavage de la fraction 0/40, contenant la fraction 0/5 mm sont récupérées dans une bâche ou réservoir puis envoyées à l'aide d’une pompe centrifuge vers un double hydro-cyclone pour être centrifugées. Le double hydro-cyclone sépare alors le sable des fines. Le sable obtenu est égoutté sur un crible-égoutteur puis, séparé en deux fractions 0/2, 2/5 qui sont recomposables à volonté.

- Production des fines ; dans un mode de réalisation préféré, cette opération se déroule en plusieurs étapes et dure 35 à 40 minutes. Ces étapes sont les suivantes :

* Floculation et décantation : les particules fines inférieures à 63 pm contenues dans les eaux de lavage issues de la centrifugation, passent par une centrale de floculation avant d’être acheminées dans un décanteur vertical ou un clarificateur dynamique avec racleur. Cette opération de floculation permet d’accélérer l’agglomération des particules en suspension dans le décanteur. Dans un mode de réalisation préféré, la floculation se fait à la température ambiante

[7] en présence de polyélectrolytes en poudre, utilisé comme adjuvant ; ils permettent d'agglomérer les fines particules de sable en microflocs et en flocons plus volumineux encore appelés flocs. Le taux de traitement est fonction de la turbidité des eaux de lavage. Le dosage de l’adjuvant est automatisé à partir d’un système de cellule photoélectrique qui mesure la turbidité de l'eau. Les taux appliqués variant de 2 à 4 g/m³. Ces flocs sont ensuite précipités sous l’effet de la pesanteur au fond du décanteur pour former des boues. Les eaux claires ou surnageant sont récupérées par surverse du décanteur et stockées pour être réutilisées dans le cycle de production ; les boues sont extraites par soutirage et acheminées pour être traitées ;

* Homogénéisation : les boues issues du décanteur sont conduites dans une cuve d'homogénéisation pour régulariser leurs dimensions et leur texture avant d’être introduites dans une presse à boue ;

* Pressage ; les boues décantées subissent une compression grâce à une presse à boue. Cette opération sépare totalement les fines inférieures à 63 μm de l’eau. L’eau est récupérée et réintroduite dans le cycle de lavage. Les boues pressées sont alors essorées pour donner des galettes ou des mottes qui renferment 10 à 15 % d'eau résiduelle ;

* Stockage : après le pressage, les boues en forme de motte ou de galettes sont ôtées de la presse à boue et stockées à couvert afin d’en optimiser le séchage.

Dans un mode de réalisation, cette opération se fait à l’aide d’une chargeuse à pneus pouvant d’ailleurs rouler sur les « galettes » déstockées précédemment pour les émotter. Les boues émottées et sèches sont destinées à donner des fines qui sont mises en dépôt pour diverses utilisations. Selon leur composition chimique, ces fines sont utilisées aux cimenteries ou aux briqueteries.

Claims (8)

1- Procédé de revalorisation de matériaux caractérisé en ce que ledit procédé permet de traiter les déchets matériaux constitués de découverte, de matériaux de terrassement ou d'excavation et tous autres matériaux sableux collectés, ainsi que les résidus de traitement des eaux ou boues, dépourvues de toutes valeurs constructives ou d’utilisation afin d’obtenir divers types de matériaux de construction ou destinées à d’autres utilisations tels que des graviers et des sables de granulométries différentes suite à une série de plusieurs opérations unitaires.

2-Valorisation de déchets matériaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes suivantes :

- le tri des matériaux bruts consiste à séparer les particules de 40 mm ou 0/40 de celles ayant un diamètre supérieur à 40 mm;

- la production des fractions de gravier consiste à laver la fraction 0/40 sur des cribles à étages pour produire les différentes fractions suivantes de gravier : 5/15, 15/25, 25/40.

- la production des sables : cette opération consiste à centrifuger les eaux de lavage contenant la fraction 0/5 mm pour séparer les sables des fines et de les égoutter pour donner deux fractions pouvant être recomposées à volonté ;

- la production des fines qui consiste en des opérations de floculation, de décantation, d’homogénéisation, de pressage, d’émottage et de séchage.

3- Procédé de valorisation de déchets matériaux selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la floculation et la décantation consistent à agglomérer en flocs les fines particules inférieures à 63 pm contenues dans les eaux issues de la centrifugation et de précipiter les flocs pour donner des boues.

4- Procédé de valorisation de déchets matériaux selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l’homogénéisation consiste à régulariser les dimensions et texture des particules formant les boues.

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5- Procédé de valorisation de déchets matériaux selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le pressage consiste essorer les boues décantées et homogénéisées pour donner des galettes ou des mottes sèches.

6- Procédé de valorisation de déchets matériaux selon les revendications 1 et 2, caractérisé s en ce que l’émottage consiste à désagréger les mottes pour donner des particules fines ou du sable fin.

7- . Valorisation de déchets matériaux selon les revendications 2, 3 et 5, caractérisé en ce que les eaux claires égouttées et issues des opérations de décantation et pressage sont récupérée et renvoyée dans le cycle de lavage.

ίο

8- Procédé de valorisation de déchets matériaux selon toutes les revendications précédentes, caractérisé en ce que les fractions de gravier sont utilisées pour la fabrication de bétons et les fines sont destinées aux cimenteries ou aux briqueteries.