WO2020188035A1 - Procede de traitement de materiaux d'excavation - Google Patents

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WO2020188035A1
WO2020188035A1 PCT/EP2020/057627 EP2020057627W WO2020188035A1 WO 2020188035 A1 WO2020188035 A1 WO 2020188035A1 EP 2020057627 W EP2020057627 W EP 2020057627W WO 2020188035 A1 WO2020188035 A1 WO 2020188035A1
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WO
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container
mixing
materials
dehydrating agent
liquid
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Application number
PCT/EP2020/057627
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English (en)
Inventor
Arnaud Roy
Ivan SERCLERAT
Original Assignee
Suez Groupe
Holcim Technology Ltd
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    • E02D17/06—Foundation trenches ditches or narrow shafts
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/50—Movable or transportable mixing devices or plants
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the invention lies in the field of the treatment and management of materials generated by the excavation, in particular during the digging of structures.
  • the invention relates to the treatment of liquid or pasty materials, in particular in the form of sludge.
  • the invention relates more specifically to the treatment of excavation materials directly in a container which is preferably transportable, in particular in barges or in skips.
  • Infrastructure projects present underground developments, such as tunnels, dams, networks, foundations, which require excavation work and generate large volumes of excavated material during their construction.
  • the excavation can involve marine and / or aquatic environments such as ponds, or non-marine environments.
  • basins sedimentation forms sedimentary layers by settling in the bottom of these basins.
  • the cleaning of basins consists of the extraction of these sedimentary layers formed by settling. Cured materials, that is to say from the cleaning, are extracted and generally exported to suitable disposal sites.
  • digging is the excavation or digging into the ground.
  • Infrastructure projects use different digging methods depending on the soil types.
  • the nature and characteristics of the materials excavated during the digging or cleaning methods vary not only according to the geological nature of the ground excavated or cleared, but also geological, chemical and biological phenomena which have affected this soil previously, and the digging or cleaning method employed, which have a direct bearing on the potential for subsequent use of the excavated material.
  • the digging methods are, for example, so-called “mechanized” digging methods, as opposed to methods using explosives.
  • Mechanized excavation methods are generally implemented using machinery, such as excavators, dredges or tunnel boring machines.
  • gripper tunnel boring machines - preferably used in rocky terrain - or with earth pressure or mud pressure tunnel boring machines - preferably used in the case of soft ground (for example composed of clay, gravel, silt and / or sand).
  • the methods of cleaning ponds for example of canals or port facilities, are for example mechanical cleaning, that is to say by bucket machines, mechanical shovels, bucket dredges, or hydraulic cleaning i.e. by cutter dredges or pumps.
  • the excavated material is mainly silt, sand and / or gravel, and may contain bentonite, either because it is injected during excavation, or because it is contained in the excavated material.
  • water can be injected to soften the soil to be excavated, so that the excavated material is in the form of liquid or pasty sludge which may include granular material. Said sludge exhibiting variable dryness, which may be high despite the liquid or pasty appearance.
  • digging methods can create a large flow of liquid or pasty muddy waste, which is not shovelable, and which in some cases is also not pumpable.
  • the Law of 17 August 2015 on energy transition for green growth “aims to go beyond the linear economic model consisting in extracting, manufacturing, consuming and disposing of by calling for a sober and responsible consumption of natural resources and primary raw materials as well as, in order of priority, to the prevention of waste production, in particular through the reuse of products, and, depending on the hierarchy of waste treatment methods, to reuse, recycling or, failing that , to waste recovery ”. It is therefore the responsibility of the owners of underground work or cleaning to manage the excavated materials in accordance with the regulations in force.
  • This type of waste therefore requires treatment before being transported and / or stored in a repository or landfill. Mention may thus be made of the dehydration processes, using a dehydration unit comprising, for example, a filter press and / or a centrifuge.
  • a dehydration unit comprising, for example, a filter press and / or a centrifuge.
  • the problem with such a dewatering unit is that it requires having a minimum surface area of land and which is preferably close to the excavation site (for example of the tunnel boring machine), and in addition this requires operations of 'evacuation and transport of excavated materials to said unit.
  • Methods consisting of temporarily storing the excavation sludge on site in a container such as a bucket, in adding a dehydrating agent thereto, to make the excavation sludge more easily handled, in particular for subsequent handling using of an excavator, or for pumping.
  • This type of process is used in particular in mining sites, in which the excavation sludge - which typically undergoes a grinding step during the ore extraction process - is generally used directly after treatment to backfill the excavated areas, without a step. intermediate transport in a vehicle.
  • the devices used in such processes are generally manual mixing devices or the shovel type of an excavator, devices which do not make it possible to obtain a homogeneous mixture between the dehydrating agent and the excavation sludge: such methods are not suitable for an intermediate stage of transport in a vehicle before backfilling, since the sludge is not treated uniformly. In any event, such processes are not suitable for treating large volumes of sludge.
  • an open mixer type device such as an arm rotomixer
  • an open container makes it possible to obtain a homogeneous mixture of the dehydrating agent in the excavation sludge.
  • large volumes of sludge such as the volumes generated by a tunnel boring machine.
  • sludge such as the volumes generated by a tunnel boring machine.
  • open transportable containers such as barges or skips transportable by trucks, which makes it possible to further improve the overall economic efficiency of the process for treating and storing muddy waste from construction sites. excavation.
  • Rotomixers with arms are known from the prior art, but are used for other applications, such as soil stabilization.
  • Patent application EP0906990A1 describes a method for mixing a mixing material directly with earthy materials present in the soil.
  • the mixing materials used can be cement, power plant ash or chemicals, the addition of which solidifies or fixes earthy materials, and bentonite can further be used as an insulating additive in earthy materials.
  • a layer of mixing material is placed on the ground directly above a layer of soil material to be mixed.
  • An articulated arm mixing apparatus which includes a driving rod connected at its end to a cutting drum is attached to an excavating machine. The cutting drum is rotatable relative to the driver rod, and it contacts the layers of material to mix them.
  • the mixing is carried out in such a way that the cutting drum is embedded in the layers of material and is displaced in the opposite direction to the direction of travel of the excavating machine.
  • the main application of this method is the realization of foundation slabs or roads which are thus built by mixing earthy materials present with suitable mixing materials, at the place where the slab or road is made, i.e. without having to mix the materials first.
  • Another application is the microbiological decontamination of the earth.
  • EP0906990A1 and US201 1 / 0089745A1 therefore apply to the stabilization of the soil directly at the level of the dug trench, and not to the management of the surplus materials generated due to the excavation (materials which are not reused in the suspension for example). They therefore do not meet the aforementioned need. They are a fortiori not suitable for managing the sludge generated by the excavation, the dryness of which is below an authorized limit and / or which is not shoveable, and which, as indicated, requires specific treatments. In addition, such a system and its method of use require a large floor area and are therefore not suitable for a dense urban context.
  • an object of the invention is a method of treating liquid or pasty materials from excavations comprising: a) a step of storing said materials in an open container, preferably transportable;
  • the mixing being carried out with an open mixer, in particular of the rotomixer type with arms.
  • Storage step a) makes it possible to build up a stock of unstabilized excavated material.
  • step b) of adding a dehydrating agent said excavated material and said dehydrating agent constitute a pre-stabilized mixture. This is particularly the case when the dehydrating agent is or comprises a binding agent.
  • step c) of mixing said excavated material and said dehydrating agent Through step c) of mixing said excavated material and said dehydrating agent, a stable and homogeneous mixture is obtained.
  • This stable and homogeneous mixture is obtained in a container which allows easy storage.
  • the container is preferably transportable, it thus has minimal footprint and is adaptable.
  • the stable and homogeneous mixture is already stored in a container during the mixing step, so it can be transported without necessarily a transfer step from the place of preparation of the mixture to its intermediate or final storage location.
  • the method lasts less than 24 hours.
  • the method forms stabilized and homogeneous materials having an immediate lift index (IPI) greater than or equal to 3.
  • IPI immediate lift index
  • Said method of treating liquid or pasty materials directly resulting from excavation thus allows the treatment of excavation sludge resulting, for example, from excavations carried out by tunnel boring machines.
  • the method of the invention relates to the durable treatment of liquid or pasty materials resulting from excavation.
  • sustainable treatment is meant a treatment which aims to satisfy the principles of long-term respect for the environment.
  • Said method of treating liquid or pasty materials resulting from excavation is particularly advantageous for saving intrinsic energy.
  • the intrinsic energy corresponds to the quantity of energy necessary for the extraction, transformation, use, recycling and transport of said materials resulting from excavation.
  • Said treatment method is particularly advantageous because it makes it possible to reduce the quantity of intrinsic energy consumed by the stages of transformation, recycling and transport of said materials resulting from excavation.
  • said method directly stores excavated materials in an open and preferably transportable container and transforms them directly in said open container by adding a dehydrating agent and by a mixing step. The method therefore avoids the multiplication of surfaces for storing, transforming and transporting materials from excavation and limits transfer operations.
  • said method makes it possible to reduce the cost of the treatment and its environmental impact, in particular by saving time.
  • Said method is particularly advantageous due to the absence of the need to separate the excavated materials according to their particle size and therefore allows savings in the sorting and transport of said materials.
  • the method of the invention makes it possible to treat muddy waste having a high maximum particle size, in particular greater than or equal to 15 cm.
  • a method using a closed mixer for example a static mixer, would require significantly oversizing the sludge treatment installation (to limit blockages).
  • the method of the invention is also more reliable.
  • said method of treatment in a preferably transportable container can also be used on a site with strong ground surface constraints used, in particular in an urban context, by its economy of footprint.
  • Said method is specially adapted for limited sites in terms of land holdings.
  • the variation in the production of excavated materials does not influence the process.
  • the step of mixing said materials and said dehydrating agent is carried out directly in the container.
  • the combination of storing the excavation materials in a container which is preferably transportable, of adding a dehydrating agent in said container and of mixing in said container using an open and typically mobile mixer represents a economy of transport and transformation maneuvers, and reduces the intrinsic energy used compared to the methods of the prior art.
  • Another object of the invention relates to the use of a mobile mixing device comprising at one end a mixing head for mixing liquid or pasty materials from excavation with a dehydrating agent in a container.
  • Another object of the invention relates to an installation for processing liquid or pasty materials from excavation comprising:
  • an open mixer capable of mixing the dehydrating agent with the liquid or pasty materials in the container, to obtain a homogeneous mixture.
  • the installation for treating liquid or pasty materials from excavation, and particularly liquid or pasty materials directly from excavation is suitable for the implementation of the method of the present invention in a period of less than 24 hours. hours.
  • liquid or pasty materials is understood to mean materials consisting of a mixture of liquids and solids, in particular “sludge” or “muddy waste”. These “liquid or pasty materials” are not self-supporting, and therefore are not considered shovelable.
  • excavation sludge means sludge generated by excavation work such as digging or cleaning. They are also not self-supporting, and are not shovelable as is.
  • the term “self-supporting” is understood to mean sludge whose Immediate Lift Index (IPI) is greater than or equal to 3 (measured according to standard NF P 94-078 of May 1997), and preferably whose sag (or "slump") is less than or equal to 5 cm according to the Abrams cone test (measured in particular according to standard NF EN 12350-2 of April 2012).
  • IPI Immediate Lift Index
  • shovelable is meant at least one self-supporting waste. However, shovelable waste will be soft enough or split enough that it can be moved with a shovel.
  • the materials as well as the liquid or pasty sludge are in particular characterized by their dryness.
  • the “dryness” of a material is a ratio, expressed as a percentage, between the mass remaining after drying and the mass at the time of sampling, under the conditions of the NF EN15934 test of September 2012, in which the drying is carried out by heating at 110 ° C until constant weight.
  • the dryness of liquid or pasty materials corresponds to the percentage by mass of dry matter.
  • a dryness of a liquid or pasty material of 40% corresponds to a liquid or pasty material having a water content of 60%.
  • the liquid or pasty materials and / or excavation sludge of the invention may have variable drynesses, which may be high despite the liquid or pasty appearance.
  • Liquid materials generally comprise 6 to 40% dry matter, while pasty materials generally comprise about 40 to 60% dry matter.
  • the sludge can have a dryness of between 20% and 70%, typically between 25% and 60%, in particular between 30 and 40% or between 40% and 50%.
  • Liquid or pasty excavation materials and sludge have an Immediate Lift Index (IPI) of less than 3, measured according to standard NF P 94-078 of May 1997.
  • pasty materials are preferably characterized by an index of d. 'slump' greater than or equal to 5 cm according to the Abrams cone test, measured in particular according to standard NF EN 12350-2 of April 2012, which relates to concrete but is transposable and transposed for sludge to deal with the invention.
  • Liquid materials generally have a slump index greater than or equal to 25.
  • Liquid or pasty excavation materials and sludge may contain grains or blocks. These blocks or grains may also have a high maximum particle size, typically between 1 cm and 40 cm, in particular between 5 cm and 25 cm, for example around 15 cm.
  • the maximum particle size means in particular the value d90, an index indicating that 90% by mass of the grains have an equivalent diameter less than the value of d90, measured according to the method of standard NF EN 933- 1 of May 2012.
  • the method of the invention thus makes it possible to treat liquid or pasty materials and excavation sludge treated in the invention that have not undergone a prior grinding step, which could have resulted in a reduction in the value of d90.
  • the method of the invention is preferably applied to materials directly resulting from excavations, without an intermediate grinding step.
  • the materials and / or liquid or pasty excavation sludge come from excavations by mechanized digging, in particular by tunnel boring machine.
  • these are materials and / or sludge liquid or pasty excavations resulting from excavations by gripper tunnel boring machines or mud pressure or earth pressure tunnel boring machines.
  • the excavated material is mainly silt, sand and / or gravel, and may contain bentonite, either because it is injected during excavation, or because it is contained in the excavated material.
  • the liquid or pasty materials and excavation sludge can be in particular bentonite sludge and / or chalky sludge.
  • bentonite within the meaning of the present description is meant a colloidal clay consisting essentially of montmorillonite (Na, Ca) o .33 (Al, Mg) 2 Si 4 Oio (OH) 2 (H20) n which is a clay with a retention capacity of high water, and which may also include other minerals such as quartz, mica, feldspar, pyrite or calcite.
  • bentonite is generally a mixture of very fine clay and water, small quantities of bentonite in aqueous solution forming a viscous mixture whose viscosity decreases when the mechanical stress applied to it increases.
  • “Bentonite sludge” is sludge containing a fraction of bentonite.
  • said liquid or pasty materials are obtained from the cleaning of basins, in particular canals and port facilities.
  • basic is meant in this description, natural or semi-natural environments, water and / or wastewater distribution networks, drainage pits, wateringues, wetlands, waterways, navigable including canals and port facilities.
  • Step a) consists of short-term storage, from a few minutes to 24 hours or 48 hours, before step b) is implemented.
  • the storage time is from a few minutes to a few hours only, that is to say that step b) is carried out between 5 minutes and 12 hours or preferably 6 hours after placing the materials. excavation in the container.
  • the container from step a) is open, that is to say it has an opening on part or on all of its upper surface, allowing the introduction of sludge, the dehydrating agent of the. step b) and optionally other additives, and the mixing device used in step c).
  • the container is typically airtight (apart from its opening), sufficiently to prevent liquid leaks during storage of liquid or pasty materials or sludge.
  • the container is preferably transportable.
  • transportable container is meant any container that may contain said liquid or pasty material from excavations and which is not fixed to the ground. It is preferably adapted to be transportable.
  • a transportable container can consist of a dumpster which can be mounted on a vehicle or a trailer of a vehicle. It can also be a barge or the hold of a self-propelled boat, preferably with a flat bottom.
  • barge is meant any barge or vessel intended for transport on basins, rivers, canals and port facilities.
  • a barge is generally non-motorized.
  • self-propelled vessel is meant a motorized barge.
  • it may be pits or racks, which are generally not transportable, that is to say that in this case, the sludge obtained by the method of the invention needs to be transferred into a container. transportable to be transported to a storage center.
  • the container is devoid of agitation means, such as a stirrer.
  • agitation means such as a stirrer.
  • the container is not a mixer or a closed mixer.
  • the addition step may for example consist of a step of pouring the dehydrating agent onto said materials.
  • the addition step comprises at least one step of injecting the dehydrating agent into said container.
  • injection is meant the introduction of the dehydrating agent by gravity or under pressure in said materials stored in said container.
  • an injection may be carried out into the interstices or into the mass of said stored materials.
  • the step of injecting the dehydrating agent is carried out by means of a conduit arranged along an arm or integrated into the arm of a machine (the arm being typically articulated) and which allows the discharge of the dehydrating agent in the mass of said stored materials.
  • a nozzle can be arranged at one end of the duct in contact with said stored materials.
  • the mass ratio between the amount of dehydrating agent added and the material stored in the container is between 0.1 to 10%, preferably 0.1 to 5%, for example from 0.5 to 2.5% , in particular, from 0.7 to 2%, in particular 1, 8%.
  • dehydrating agent is meant within the meaning of the present invention any chemical additive capable of capturing at least part of the water contained in the materials resulting from excavation.
  • the dehydrating agent are clays such as vermiculite or bentonite. Mention may also be made of super-absorbent polymers.
  • the dehydrating agent also comprises or consists of a binding agent.
  • binding agent is understood to mean an agent which has the property of solidifying in order to bind the liquid or pasty materials resulting from excavations.
  • the bonding agent binds the materials together in a way that gives them cohesion.
  • the dehydrating agent comprises or consists of a binding agent, for example cement and / or lime.
  • the binding agent comprises or consists of cement, in particular of rapid-setting cement, typically a Portland cement, preferably an aluminate cement, a sulfoaluminate cement, or a mixture thereof.
  • the term “lime” is understood to mean a solid comprising or consisting of CaO. More particularly, lime is a calcium oxide with more or less magnesium oxide and impurities based on carbonates and calcium or magnesium hydroxides, clays, various silico-aluminates. We distinguish :
  • hydraulic lime also a lime binder, close to a lime cement that hardens in water, additionally contains silicates and aluminates, because it is made from clay limestones. It is called “hydraulic” for its first setting: it hardens in the presence of living water before being more or less slowly reinforced in air by carbonation;
  • quicklime or slaked lime will be used.
  • the binding agent consists of cement, in particular of fast-setting cement, for example a Portlant cement, or an aluminate cement, a sulphoaluminous cement, or a mixture thereof.
  • Portland cement is a hydraulic binder that contains Portland clinker. This clinker comprises a proportion at least equal to 50% by mass of calcium oxide (CaO) and silicon dioxide (Si0 2 ) and as defined by standard NF EN 197-1 of April 2012. Portland cement can therefore include other compounds in addition to Portland clinker, such as slag, silica fume, pozzolans (natural and natural calcined), fly ash (siliceous and calcic), schist and / or limestone.
  • CaO calcium oxide
  • Si0 2 silicon dioxide
  • Portland cement can therefore include other compounds in addition to Portland clinker, such as slag, silica fume, pozzolans (natural and natural calcined), fly ash (siliceous and calcic), schist and / or limestone.
  • a Portland cement has an Al 2 0 3 content of less than 5% by weight of the cement, a CaO content of greater than 55% of the weight of the cement, and a Ca0 / Al 2 0 3 mass ratio of between 10 and 20 .
  • Portland cement is also characterized by mineralogical phases.
  • the main ones, according to the cement nomenclature, are C3S, C2S, C3A and C4AF.
  • the cement chemical nomenclature uses abbreviations whose correspondences with the conventional chemical notation are given in the table below.
  • the main aluminate phases that a Portland cement contains are C3A and C4AF.
  • Portland cement typically contains between 10 and 20% by weight of aluminate phases, expressed in total weight of binder.
  • Portland cement can be selected from the cements described in standard NF EN 197-1 of April 2012, in particular CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV, or CEM V cements, available commercially.
  • a calcium aluminate cement comprises as main mineralogical phase monocalcium aluminate, CA, and is as defined by standard NF EN 14647 of 2006.
  • the other mineralogical phases are typically C2A (1 - x) Fx (with x belongs at] 0.1]), C12A7, C2S, C2AS.
  • the Al 2 0 3 content varies from 35% to 58% by weight of the cement.
  • a sulfo-aluminous cement is a hydraulic binder which contains a sulfo-aluminous clinker. This clinker includes at least one Ye’elemite phase, C4A3 $. Most often it also includes belite, C2S.
  • Mixing step c) differs from a simple mixing step in that the mixture obtained is homogeneous.
  • homogeneous is meant in the present invention that the mixture obtained after mixing step c) has an identical composition as well as constant physical properties for the whole of this mixture.
  • open mixer is understood to mean a mixing means without a container. It is defined in particular by contrast with a closed mixer, which is integral with a closed container.
  • a static mixer for example, is a closed mixer.
  • An open mixer can for example be an arm comprising rotors at one end and being attached by its opposite end to a machine.
  • the open mixer of step c) is typically an arm rotomixer.
  • the open mixer advantageously comprises a cutting drum for digging the ground and a mixing drum for stabilizing it, the two drums having a common shaft.
  • the open mixer is a mobile mixing device comprising at one end a mixing head, preferably an arm rotomixer.
  • the arm rotomixer is attached to a machine, such as an excavator.
  • the open mixer is mobile, that is to say it is not fixed to the ground and can move.
  • the arm rotomixer can be adapted to a machine, such as an excavator.
  • the stabilization systems sold by the company ALLU can be used.
  • the open mixer comprises guides arranged around the mixing head. Said guides around the mixing head protect the container and the open mixer during at least one mixing step.
  • the purpose of the guides is to prevent the walls of the container from being damaged by the open mixer when the latter is in operation.
  • the guides aim to maintain a safety distance in three dimensions between the mixing head and the walls of the container.
  • the guides may in particular take the form of a safety covering or a safety casing arranged in three dimensions around the mixing head. It may in particular be a grid fixed to the mixing head, arranged at a distance d from the mixing head, the distance d typically being between 5 cm and 30 cm, in particular between 10 cm and 20 cm.
  • the wires of the grid are preferably relatively far from each other to allow a homogeneous mixture.
  • the protective covering can take the form of a device comprising 3 perpendicular circles two by two. Such a device can be attached to the mixing head by welding. The diameter of the circles is such that it makes it possible to generate a sphere of safety radius R around the mixing head, the radius R typically measuring between 5 cm and 30 cm, in particular between 10 cm and 20 cm.
  • the mixing step is carried out over short periods of time.
  • the mixing time can be between 30 seconds and 30 minutes, in particular between 1 minute and 20 minutes, typically between 5 minutes and 15 minutes, for example 10 minutes.
  • Such mixing times are sufficient to obtain a homogeneous mixture of the binding agent with the materials and / or excavation sludge, and make it possible to optimize the economic efficiency of the process by mobilizing the container and the mixer over short periods of time. .
  • the method of the invention makes it possible to treat volumes of liquid or pasty excavation materials or sludge greater than or equal to 700 m 3 / day, in particular volumes greater than or equal to 850 m 3 / day, for example approximately 1000 m 3 / day. 3 / day.
  • the volumes treated can in particular be between 700 m 3 / day and 1500 m 3 / day, for example between 800 and 1200 m 3 / day, in particular between 900 and 1100 m 3 / day.
  • the sludge obtained at the end of step c) is shovelable and transportable. They can thus be subsequently stored in a repository for hazardous or non-hazardous waste.
  • the treated sludge obtained at the end of step c) then has an IPI index greater than or equal to 3, measured according to standard NF P 94-078.
  • the sludge obtained at the end of step c) has a subsidence index of less than 5 cm, and typically less than or equal to 4 cm.
  • the sludge obtained at the end of step c) has a dryness greater than their initial dryness.
  • the sludge obtained at the end of step c) has a dryness greater than or equal to 70%, more preferably greater than or equal to 80%.
  • the method of the invention does not include a grinding step.
  • the method of the invention makes it possible to treat, with increased economic efficiency, sludge directly resulting from excavations, and in particular tunnel boring sludge that has not undergone prior grinding treatment.
  • the method of the invention consists of steps a), b) and c), it being understood that steps b) and c) can be successive (in that order) or concomitant.
  • At least one step of mixing said materials and said dehydrating agent (step c) is carried out simultaneously with at least one step of adding to the container (step b).
  • step c) is repeated in order to be carried out at different points of the container.
  • the open mixer is mobile, and moves during the implementation of step c), or
  • the open container is mobile, and moves during the implementation of step c).
  • step c) be carried out a first time, the mixer being placed in the barge near a first end of the latter, then that the barge moves continuously or sequentially along an axis allowing the mixer to be moved relative to the barge to a second end of the barge opposite the first end of the barge.
  • the axis of movement of the barge is a line parallel to the longitudinal walls thereof.
  • the open mixer When the barge moves continuously during step c), the open mixer remains immersed in the container throughout the duration of step c).
  • the open mixer can be placed in the barge and near a first end of the latter in order to carry out step c) for the first time.
  • the open mixer is then moved relative to the barge to a second end of the barge opposite the first end of the barge.
  • the axis of movement of the mixer is a straight line parallel to the longitudinal walls of the barge.
  • the mixer moves in the plane of the container.
  • the movement can also be vertical.
  • the barge moves sequentially.
  • the rotomixer with arm is preferably taken out of the container when the barge or the mixer is moving, for safety reasons.
  • the sludge obtained at the end of step c) is transported, in particular to a suitable storage center, then the sludge is unloaded to be stored permanently, for example to be buried.
  • the repository can be a landfill, such as a hazardous waste landfill or a non-hazardous waste landfill. It can also be a quarry, in particular needing to be backfilled. In particular, it can be a quarry for extracting construction material such as limestone, gypsum, chalk, sandstone, tuff etc.
  • the sludge from step c) is preferably transported directly into the container.
  • the sludge obtained at the end of step c) is transferred to a transportable container to be transported to a storage center.
  • the transfer of sludge from a non-transportable container to a transportable container is carried out, for example, by shoveling, in particular using an excavator.
  • the present invention also relates to an installation for treating liquid or pasty materials from excavation comprising:
  • an addition means capable of adding a dehydrating agent to said container
  • an open mixing means suitable for mixing the dehydrating agent with the liquid or pasty materials in the container.
  • the open mixing means is an open mixer as described above in connection with step c) of the sludge treatment method.
  • the dehydrating agent is or comprises a binding agent.
  • the open mixing means comprises the adding means.
  • the open mixer is a mixing device comprising at one end a mixing head, preferably an arm rotomixer, typically attached to a machine such as an excavator.
  • the open mixer is mobile.
  • the open mixer comprises guides arranged around the mixing head.
  • the guides are in particular as described above in connection with step b) of the method of the invention.
  • the container is as described above in relation to step a) of the sludge treatment method.
  • the container of said device is open, typically on its upper surface.
  • the container is a barge, a self-propelled boat with a flat bottom or a skip, a pit or a locker.
  • the container of said device is transportable.
  • This is typically a barge, a flat-bottomed self-propelled boat or a tipper, especially a truck tipper.
  • An object of the invention relates to the use of an open mixing device comprising at one end a mixing head for mixing liquid or pasty materials from excavation with a dehydrating agent in a container.
  • the dehydrating agent is or comprises a binding agent.
  • the open mixing means is an open mixer as described above in connection with the mixing step (step c) of the sludge treatment method.
  • the open mixing means comprises the adding means.
  • the open mixer is a mixing device comprising at one end a mixing head, preferably an arm rotomixer, typically attached to a machine such as an excavator.
  • the open mixer is mobile.
  • the open mixer comprises guides arranged around the mixing head.
  • the guides are in particular as described above in connection with the addition step (step b) of the method of the invention.
  • the container is as described above in relation to the storage step (step a) of the sludge treatment method.
  • the container of said device is open on its upper face.
  • the container is a barge, a self-propelled boat with a flat bottom or a skip, a pit or a locker.
  • the container of said device is mobile.
  • This is typically a barge, a flat-bottomed self-propelled boat or a tipper, especially a truck tipper.
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of the invention, the container being a barge, and the open mixer being a rotomixer with arm fixed to a construction machine;
  • FIG. 2 illustrates a diagram of the preparations for performing an Abrams cone test or "slump" test
  • FIG. 3 illustrates a diagram of a result of the Abrams cone test or "slump" test
  • FIG. 4 illustrates a photograph of a result of the Abrams cone test or "slump" test of limestone sludge comprising 30% water;
  • FIG. 5 illustrates a photograph of a result of the Abrams cone test or limestone sludge "slump” test with 30% water after treatment with cement;
  • FIG. 6 illustrates a graph showing the evolution of the immediate lift index (IPI) as a function of the rate of cement added to the sludge from excavated materials
  • FIG. 7 illustrates an embodiment of the invention, in which the container is a barge, and the open mixer is an arm rotomixer attached to a construction machine.
  • Figure 1 illustrates an installation in sectional view of processing materials comprising a barge 1 whose upper face is open and containing materials from excavation 2.
  • a construction machine 3 disposed on a mobile platform 4 is equipped with a arm 5, the end of which corresponds to a rotomixer 6.
  • the arm 5 of the construction machine 3 is adapted to move and immerse the rotomixer 6 in the materials from excavation 2, stored in the barge 1.
  • the rotomixer 6 is suitable for mixing a desiccant with the materials from excavation 2 in the barge 1.
  • construction machine is understood to mean mobile and autonomous equipment such as dozers and excavators.
  • FIG. 2 illustrates such a test of the Abrams cone comprising for its preparation an Abrams cone 11 generally made of galvanized steel, with a height 12 of 300 mm, the internal diameter of which at its base 13 is 200 mm and the inside diameter at its vertex 14 is 100 mm.
  • the cone is placed on a surface 15 which is hard and non-absorbent, usually steel.
  • the Abrams cone 11 placed on the surface 15 is filled with the material 16, the sagging or spreading of which is to be determined.
  • FIG. 3 illustrates a result of the test of the Abrams cone which is obtained by the vertical lifting of the Abrams cone 1 1.
  • the sagging or “slump” of the material 16 is determined by the height 17 corresponding to the difference between the height 12 of the material before the vertical lift of the Abrams cone 1 1 and the height of the material after the vertical lift of the Abrams cone 1 1.
  • the spread or "slump flow" of the material 16 is determined by the corresponding diameter 18 the average of the largest diameter and the smallest diameter of the area occupied by the material on the surface 15.
  • Figure 4 illustrates a photograph of a result of the Abrams cone test or limestone sludge "slump" test comprising 30% water by mass.
  • the sag or "slump" of material 16 according to Figure 3 is 23 cm. Such subsidence indicates that limestone sludge comprising 30% water is very fluid, very wet and highly workable.
  • Figure 5 shows a photograph of a result of the Abrams cone test or limestone sludge "slump" test with 30% water by mass, after treatment with cement.
  • the sag or "slump" of material 16 according to Figure 4 is 2 cm. Such subsidence indicates that the limestone sludge comprising 30% water after treatment with cement is firm, very dry and unwieldy.
  • Figure 6 illustrates a graph showing the change in the Immediate Lift Index (IPI) at 4 days as a function of the rate of cement added to sludge from excavated materials.
  • IPI Immediate Lift Index
  • FIG. 7 illustrates a top view of a materials processing installation comprising a barge 1 which comprises the materials obtained from excavation 2.
  • a construction machine 3 is placed on a mobile platform 4 and is equipped with an arm comprising at its end a rotomixer 6.
  • the installation is located near a quay 7 and comprises storage tanks 8 of materials resulting from excavation and which have been treated or not according to a step c) of the invention.
  • An initial chalk particle size for the test is determined to be between 0 and 150 mm, also including blocks of chalk with a particle size greater than 200 mm, with a moisture content of 22% (equivalent to a dryness of 78 %).
  • a solution of foaming agent in particular based on surfactants diluted between 1 and 5% to generate 10 liters of foam per liter of solution is used.
  • the foaming agent is used to improve the rheology of the excavated material during digging.
  • the agent CLB F5 sold by Condat is used, for example.
  • a binding agent is used, being pure cement, CEM I 52.5 preferred to other binders, such as lime or the cement-lime mixture. All tests are carried out in a skip.
  • Solution # 1 includes: 27 tonnes of chalk, 1.5 to 1.7 m 3 of water, 500 L of foam.
  • the sag or "slump" of solution no. 1 is 23 cm (see figure 4). It is more fluid than the material leaving the tunnel boring machine (10-15cm).
  • a binding agent CEM I 52.5 cement
  • CEM I 52.5 cement is added at the rate of 1 .2% (330 kg) in two batches with total mixing of about 20 min using an open mixer. (rotomixer with arm fixed to a machine). Approximately 1 hour after the addition of the cement binding agent the measured sag or "slump" is 2 cm (see Figure 5).
  • the resulting solution, mixed and comprising the binding agent, is homogeneous.
  • the treated solution, put back in the pile, is shovelable.
  • Solution n ° 2 includes: 37.5 tonnes of chalk in 4 successive layers with 700 L of foam added as you go (4 x 50 seconds per coat), 2 m 3 of water (2 x 1 m 3 , mix 8 minutes after each addition). The sagging or "slump" is not measurable because the material is inhomogeneous.
  • the binding agent (280 kg), CEM I 52.5 cement, is added at the rate of 0.75% at one time with a total mixing of 8 minutes.
  • the resulting solution of mixing with a rotomixer with arm is visually firm and the sag or "slump" is estimated to be less than 5 cm.
  • the treated solution, put back in the pile, is susceptible to earthworks.
  • Solution 2 is reused for test 3.
  • the binding agent (630 kg), CEM I 52.5 cement, is added at the rate of 1.7% at one time with a total mixing of 8 minutes.
  • the solution resulting from mixing with an arm rotomixer is less firm than the solutions resulting from tests no. 1 and no. 2 after addition of the binder.
  • the sag or "slump" is estimated at 5-10 cm.
  • the index values on the Immediate Lift are sufficient at Day +2 after treatment, even at a low dosage of desiccant, so that the materials after treatment can be shoveled or compacted.
  • the binding agent Portland cement type CEM I 52.5
  • the dryness after treatment was 74%, and the material obtained was shovelable.
  • a test campaign was carried out on the same site to treat 4000 tonnes of sludge.
  • the binding agent was dosed at a content of between 2 and 5% depending on the mud excavated by the tunnel boring machine.
  • the processing rate was 150 tonnes per hour. Indeed, during this campaign the outside temperature was above 5 ° C, so that the setting time was negligible.
  • the process of the invention has thus made it possible to achieve a daily rate of treatment of tunnel boring sludge greater than 2000 tonnes of sludge treated / day.

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Abstract

L'invention concerne une méthode de traitement de matériaux liquides ou pâteux issus d'excavations comprenant une étape de stockage desdits matériaux dans un contenant ouvert, une étape d'ajout auxdits matériaux d'un agent déshydratant dans ledit contenant et une étape de malaxage desdits matériaux et dudit agent déshydratant réalisée dans le contenant. L'invention concerne également une installation de traitement de matériaux liquides ou pâteux issus d'excavations comprenant un contenant apte à contenir des matériaux liquides ou pâteux, un moyen d'ajout apte à ajouter un agent déshydratant dans ledit contenant et un moyen de malaxage ouvert apte à mélanger l'agent déshydratant avec les matériaux liquides ou pâteux dans le contenant.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT DE MATERIAUX D’EXCAVATION
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L’invention se situe dans le domaine du traitement et de la gestion des matériaux générés par l’excavation, notamment lors de creusement d’ouvrages. L’invention vise le traitement de matériaux liquides ou pâteux, en particulier sous forme de boues. L’invention concerne plus précisément le traitement de matériaux d’excavation directement dans un contenant de préférence transportable, notamment dans des barges ou dans des bennes.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les projets d’infrastructures présentent des aménagements souterrains, comme les tunnels, les barrages, les réseaux, les fondations, qui nécessitent des travaux d’excavation et génèrent lors de leurs réalisations des volumes importants de matériaux excavés. L’excavation peut concerner des milieux marins et/ou aquatiques tels que des bassins, ou des milieux non marins.
Dans les bassins, la sédimentation forme des couches sédimentaires par décantation dans le fond de ces bassins. Le curage de bassins, tels des canaux ou installations portuaires, consiste en l’extraction de ces couches sédimentaires formées par décantation. Les matériaux curés, c’est-à-dire issus du curage, sont extraits et généralement exportés vers des terrains de dépôts appropriés.
Dans les milieux hors marins et aquatiques, le creusement correspond à l’excavation ou la fouille dans le sol. Les projets d’infrastructures ont recours à différentes méthodes de creusement en fonction des types de sols.
La nature et les caractéristiques des matériaux excavés lors des méthodes de creusement ou de curage, notamment la composition physicochimique et la granulométrie, varient non seulement en fonction de la nature géologique du terrain creusé ou curé, mais aussi des phénomènes géologiques, chimiques et biologiques qui ont affecté ce sol auparavant, et de la méthode de creusement ou de curage employée, qui ont une incidence directe sur les possibilités d’utilisation ultérieure des matériaux excavés. Les méthodes de creusement sont par exemple des méthodes de creusement dit « mécanisé », par opposition aux méthodes utilisant des explosifs. Les méthodes de creusement mécanisé sont généralement mises en oeuvre à l’aide d’engins, tels que des pelleteuses, des dragues ou des tunneliers. Elles peuvent en particulier être mises en oeuvre avec des tunneliers à grippeurs - utilisés de préférence dans les terrains rocheux - ou avec des tunneliers à pression de terre ou à pression de boue - utilisés de préférence dans le cas de terrains meubles (par exemple composés d’argile, de graves, de limon et/ou de sable).
Les méthodes de curage de bassins, par exemple de canaux ou d’installations portuaires, sont par exemple le curage mécanique, c’est-à-dire par des engins à godets, des pelles mécaniques, des dragues à godets, ou le curage hydraulique, c’est-à-dire par des dragues à désagrégateurs ou des pompes.
Lors de l’utilisation de certaines méthodes de curage ou de creusement, comme celles utilisant des tunneliers à pression de terre, ou à pression de boue, les matériaux excavés sont principalement des limons, des sables et/ou des graves, et peuvent contenir de la bentonite, soit parce qu’elle est injectée lors du creusement, soit parce qu’elle est contenue dans le matériau excavé.
Afin de faciliter le travail d’excavation, de l’eau peut être injectée pour ramollir le sol à excaver, si bien que les matériaux excavés se présentent sous la forme de boues liquides ou pâteuses pouvant comprendre des matériaux granulaires. Lesdites boues présentant une siccité variable, pouvant être élevée malgré l’aspect liquide ou pâteux.
Ainsi, les méthodes de creusement peuvent créent un flux important de déchets boueux liquides ou pâteux, qui ne sont pas pelletables, et qui dans certains cas ne sont pas non plus pompables.
Or, dans certaines régions ou pays, notamment en France, les déchets boueux dont la siccité est inférieure à une limite autorisée, par exemple inférieure à 30%, ne sont pas autorisés à être stockés dans une installation de stockage de déchets (voir notamment l’arrêté ministériel AM classe 3 AM 14/12/2014). En outre, dans certaines régions, le stockage des déchets non pelletables est interdit.
Ces méthodes génèrent des volumes importants de matériaux excavés, ce qui ne permet pas toujours d’assurer l’équilibre entre déblais et remblais. De plus, le caractère urbain de certains projets restreint encore l’opportunité d’utiliser les déblais comme remblais, du moins directement sur place ou à proximité. Ainsi, la gestion des matériaux excavés lors du creusement et/ou du curage est devenue un enjeu important pour ces projets d’infrastructure.
De plus, la préservation des ressources et la diminution des impacts sur l’environnement constituent des préoccupations de plus en plus importantes de la part des communautés. Par exemple en France, la Loi du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte « vise à dépasser le modèle économique linéaire consistant à extraire, fabriquer, consommer et jeter en appelant à une consommation sobre et responsable des ressources naturelles et des matières premières primaires ainsi que, par ordre de priorité, à la prévention de la production de déchets, notamment par le réemploi des produits, et, suivant la hiérarchie des modes de traitement des déchets, à une réutilisation, à un recyclage ou, à défaut, à une valorisation des déchets ». Il est dès lors de la responsabilité des maîtres d’ouvrage de creusement de travaux souterrains ou de curage de gérer les matériaux excavés conformément à la réglementation en vigueur.
Ce type de déchets nécessite donc un traitement avant d’être transporté et/ou stocké en centre de stockage ou décharge. On peut ainsi mentionner les procédés de déshydratation, mettant en oeuvre une unité de déshydratation comprenant par exemple un filtre-presse et/ou une centrifugeuse. Le problème d’une telle unité de déshydratation est qu’elle nécessite de disposer d’une surface de terrain minimale et qui soit de préférence à proximité du chantier d’excavation (par exemple du tunnelier), et en outre cela nécessite des opérations d’évacuation et de transport des matériaux excavés vers ladite unité.
En outre, il existe également des procédés de recyclage de tout ou partie des boues générées par l’excavation, au moins lorsque celles-ci comprennent de la bentonite. Les procédés de recyclage permettent la séparation de la bentonite et du matériau granulaire, et de ce fait permettent la réutilisation des matériaux granulaires, généralement concassés et/ou broyés pour diminuer leur granulométrie et les utiliser dans les travaux de génie civil. Mais les procédés de recyclage ne sont applicables qu’à des types particuliers de boues générées par l’excavation, et nécessitent encore une fois des installations avec une emprise au sol importante, incompatible avec les chantiers ayant des contraintes de place importantes.
On connaît également des procédés consistant à stocker temporairement sur site les boues d’excavation dans un contenant telle une benne, à y ajouter un agent déshydratant, pour rendre les boues d’excavation plus facilement manipulables, notamment pour une manipulation ultérieure à l’aide d’une pelleteuse, ou pour pompage. Ce type de procédé est notamment utilisé dans les chantiers miniers, dans lesquels les boues d’excavations - qui subissent typiquement une étape de broyage lors du procédé d’extraction du minerai - sont généralement utilisées directement après traitement pour remblayer les zones excavées, sans étape de transport intermédiaire dans un véhicule.
En outre, les dispositifs utilisés dans de tels procédés sont généralement des dispositifs de mélange manuels ou de type pelle d’une pelleteuse, dispositifs qui ne permettent pas d’obtenir un mélange homogène entre l’agent déshydratant et les boues d’excavation : de tels procédés ne sont pas adaptés pour une étape intermédiaire de transport dans un véhicule avant remblaiement, puisque la boue n’est pas traitée de manière uniforme. En tout état de cause, de tels procédés ne sont pas adaptés pour traiter des volumes importants de boues.
Alternativement, il est possible d’utiliser un malaxeur fermé, tel qu’un mélangeur statique, mais un tel dispositif nécessite de contrôler la granulométrie des déchets boueux traités, ce qui implique typiquement l’ajout d’une étape préalable de broyage desdits déchets. En outre, de tels dispositifs présentent une emprise au sol trop importante dans un contexte urbain dense.
Il existe donc un besoin pour un dispositif et un procédé de traitement de matériaux excavés, notamment sous forme de boues, dont l’emprise au sol soit minimale, notamment dans un contexte urbain, tout en permettant le traitement de matériaux excavés dont la siccité est inférieure à une limite autorisée et/ou qui ne sont pas autoportants, et ne nécessitant pas le contrôle de la granulométrie desdits matériaux excavés.
En outre, il serait particulièrement avantageux de disposer d’un dispositif et d’un procédé de traitement de matériaux excavés qui n’entrainent pas de surcoût important, notamment lors du transport des matériaux excavés traités vers des sites de stockage.
Enfin, il serait particulièrement avantageux de pouvoir traiter des volumes importants de matériaux excavés, notamment des volumes supérieurs ou égaux à 700 m3/jour, notamment des volumes supérieurs ou égaux à 850 m3/jour, par exemple d’environ 1000 m3/jour.
RESUME DE L’INVENTION
Les inventeurs ont ainsi démontré que l’utilisation d’un dispositif de type malaxeur ouvert, tel qu’un rotomixeur à bras, directement dans un contenant ouvert, permet d’obtenir un mélange homogène de l’agent déshydratant dans les boues d’excavation, et permet de traiter des volumes importants de boues, tels que les volumes générés par un tunnelier. Ainsi, des volumes allant jusqu’à 2000 m3 de boues d’excavation peuvent être traités sur une durée de 24h. En outre, un tel système peut être utilisé dans des contenants ouverts transportables, telles des barges ou des bennes transportables par camions, ce qui permet d’améliorer encore l’efficacité économique global du procédé de traitement et de stockage des déchets boueux issus de chantiers d’excavation.
Les rotomixeurs à bras sont connus de l’art antérieur, mais sont utilisés pour d’autres applications, telle la stabilisation des sols.
On peut notamment citer la demande de brevet EP0906990A1 , qui décrit une méthode pour mélanger un matériau de mélange directement avec des matériaux terreux présents dans le sol. Les matériaux de mélange utilisés peuvent être du ciment, des cendres de centrale électrique ou des produits chimiques dont l’ajout solidifie ou fixe les matériaux terreux, la bentonite pouvant en outre être utilisée comme additif isolant dans les matériaux terreux. Une couche de matériau de mélange est déposée sur le sol directement au-dessus d’une couche de matériau de terre à mélanger. Un appareil de mélange à bras articulé qui comprend une tige d’enfoncement reliée à son extrémité à un tambour de coupe est accroché à une machine d’excavation. Le tambour de coupe peut tourner par rapport à la tige d’enfoncement, et il vient en contact avec les couches de matériaux de manière à les mélanger. Le mélange est effectué de telle manière que le tambour de coupe est enfoncé dans les couches de matériaux et est déplacé en sens inverse par rapport à la direction d’avancement de la machine d’excavation. Cette méthode a pour application principale la réalisation des dalles de fondation ou de routes qui sont ainsi construites en mélangeant des matériaux terreux présents avec des matériaux de mélange appropriés, à l’endroit où la dalle ou la route est réalisée, c’est à dire sans avoir à mélanger les matériaux préalablement. Une autre application est la décontamination microbiologique de la terre.
On peut également citer la demande de brevet US201 1/0089745A1 , qui concerne un dispositif de creusement de sols gérant de manière simultanée le creusement en continu de tranchées et la stabilisation de ces tranchées à l’aide d’un matériau stabilisant, le dispositif comprenant un tambour de coupe pour creuser le sol et un tambour mélangeur pour le stabiliser, les deux tambours ayant un arbre commun. Le système s’applique lorsque des tranchées sont creusées pour réaliser des constructions telles que des barrages, des fondations ou des berges, ainsi que des routes ou des voies ferrées, les tranchées creusées étant ensuite remplies d’une suspension composée de terre excavée, d'eau, de minéraux argileux, de ciment ou de chaux formant le matériau stabilisant : après le durcissement de la suspension, la solidification ou la séparation physique de l'eau, une couche imperméable à l'eau se forme.
Les systèmes et méthodes de EP0906990A1 et US201 1/0089745A1 s’appliquent donc à la stabilisation du sol directement au niveau de la tranchée creusée, et non pas à la gestion des matériaux en surplus générés du fait du creusement (les matériaux qui ne sont pas réutilisés dans la suspension par exemple). Ils ne répondent donc pas au besoin susmentionné. Ils ne sont a fortiori pas adaptés à la gestion des boues générées par l’excavation, dont la siccité est inférieure à une limite autorisée et/ou qui ne sont pas pelletables, et qui, comme indiqué, nécessitent des traitements spécifiques. En outre, un tel système et son procédé d’utilisation requièrent une surface au sol importante et ne sont donc pas adaptées à un contexte urbain dense.
Ainsi, un objet de l’invention est une méthode de traitement de matériaux liquides ou pâteux issus d’excavations comprenant : a) une étape de stockage desdits matériaux dans un contenant ouvert, de préférence transportable ;
b) une étape d’ajout auxdits matériaux d’un agent déshydratant dans ledit contenant ; et
c) une étape de malaxage desdits matériaux et dudit agent déshydratant réalisée dans le contenant,
le malaxage étant effectué avec un malaxeur ouvert, notamment de type rotomixeur à bras.
L’étape a) de stockage permet de constituer un stock de matériaux excavés non- stabilisés.
Grâce à l’étape b) d’ajout d’un agent déshydratant, lesdits matériaux excavés et ledit agent déshydratant constituent un mélange pré-stabilisé. Ceci est notamment le cas lorsque l’agent déshydratant est ou comprend un agent liant.
Grâce à l’étape c) de malaxage desdits matériaux excavés et dudit agent déshydratant, l’on obtient un mélange stable et homogène. Ce mélange stable et homogène est obtenu dans un contenant qui permet un stockage facilité. Le contenant étant de préférence transportable, il a ainsi une emprise au sol minimale et est adaptable. Le mélange stable et homogène est déjà stocké dans un contenant lors de l’étape de malaxage, il peut donc être transporté sans nécessairement une étape de transfert depuis le lieu de préparation du mélange vers son lieu de stockage intermédiaire ou final.
Notamment, la méthode a une durée inférieure à 24 heures.
Notamment, la méthode forme des matériaux stabilisés et homogènes ayant un indice de portance immédiate (IPI) supérieur ou égal à 3.
Ladite méthode de traitement des matériaux liquide ou pâteux directement issus d’excavation permet ainsi le traitement de boues d’excavation issues par exemple de creusements effectués par des tunneliers.
Notamment, la méthode de l’invention concerne le traitement durable de matériaux liquides ou pâteux issus d’excavation. Par traitement durable l’on entend un traitement qui vise à satisfaire à des principes de respect à long terme de l’environnement. Ladite méthode de traitement des matériaux liquides ou pâteux issus d’excavation est spécialement intéressante pour une économie de l’énergie intrinsèque. L’énergie intrinsèque correspond à la quantité d’énergie nécessaire à l’extraction, la transformation, la mise en oeuvre, le recyclage et le transport desdits matériaux issus d’excavation. Ladite méthode de traitement est particulièrement intéressante car elle permet de réduire la quantité d’énergie intrinsèque consommée par les étapes de transformation, recyclage et transport desdits matériaux issus d’excavation. En effet, ladite méthode stocke directement des matériaux excavés dans un contenant ouvert et de préférence transportable et les transforme directement dans ledit contenant ouvert par ajout d’un agent déshydratant et par une étape de malaxage. La méthode évite donc la multiplication des surfaces pour stocker, transformer et transporter les matériaux issus d’excavation et limite les opérations de transfert. De plus, ladite méthode permet de réduire le coût du traitement et son impact environnemental notamment par son gain de temps.
Ladite méthode est particulièrement avantageuse de par l’absence de besoin de séparation des matériaux excavés en fonction de leur granulométrie et donc permet une économie de tri et de transport desdits matériaux.
En particulier, la méthode de l’invention permet de traiter des déchets boueux présentant une granulométrie maximale élevée, notamment supérieure ou égale à 15 cm. Par comparaison, pour une même granulométrie maximale, une méthode utilisant un malaxeur fermé, par exemple un mélangeur statique, nécessiterait de surdimensionner significativement l’installation de traitement des boues (pour limiter les bourrages). La méthode de l’invention est également plus fiable.
Ainsi, ladite méthode de traitement dans un contenant de préférence transportable est également utilisable sur un chantier avec de fortes contraintes de surface au sol utilisée, notamment dans un contexte urbain, par son économie d’emprise au sol. Ladite méthode est spécialement adaptée pour les chantiers restreints en termes d’emprise foncière. En particulier, la variation de production des matériaux excavés (en termes de siccité, volume ou granulométrie) n’influence pas le procédé. En effet, l’étape de malaxage desdits matériaux et dudit agent déshydratant est réalisée directement dans le contenant. Enfin, la combinaison du stockage des matériaux d’excavation dans un contenant de préférence transportable, de l’ajout d’un agent déshydratant dans ledit contenant et du malaxage dans ledit contenant à l’aide d’un malaxeur ouvert et typiquement mobile représente une économie de manoeuvres de transport et de transformation, et réduit l’énergie intrinsèque utilisée comparativement aux méthodes de l’art antérieur.
Un autre objet de l’invention concerne l’utilisation d’un dispositif de malaxage mobile comprenant à une extrémité une tête de mélange pour mélanger des matériaux liquides ou pâteux issus d’excavation avec un agent déshydratant dans un contenant.
Un autre objet de l’invention concerne une installation de traitement de matériaux liquides ou pâteux issus d’excavation comprenant :
- un contenant ouvert, apte à contenir des matériaux liquide ou pâteux ;
- un moyen d’ajout apte à ajouter un agent déshydratant dans ledit contenant ; et
- un malaxeur ouvert apte à mélanger l’agent déshydratant avec les matériaux liquides ou pâteux dans le contenant, pour obtenir un mélange homogène.
Notamment, l’installation de traitement de matériaux liquides ou pâteux issus d’excavation, et particulièrement de matériaux liquides ou pâteux directement issus d’excavation, est adaptée pour la mise en oeuvre de la méthode de la présente invention en une durée inférieure à 24 heures.
EXPOSE DETAILLE DE L’INVENTION
I. Méthode de traitement de matériaux liquides ou pâteux issus d’excavations
Matériaux liquides ou pâteux issus d’excavations Par « matériaux issus d’excavations » ou « matériaux d’excavations ». on entend au sens de la présente invention des matériaux générés par des travaux d’excavation tels que le creusement ou le curage.
Par « matériaux liquides ou pâteux », on entend au sens de la présente invention des matériaux constitués d’un mélange de liquides et de matières solides, notamment des « boues » ou « déchets boueux ». Ces « matériaux liquides ou pâteux » ne sont pas autoportants, et donc ne sont pas considérés comme pelletables.
En particulier, les « matériaux liquides ou pâteux issus d’excavations » peuvent être des boues d’excavations. Par « boues d’excavation », on entend au sens de la présente description des boues générées par les travaux d’excavation tels que le creusement ou le curage. Elles sont également non autoportantes, et ne sont pas pelletables en l’état.
Par « autoportant », on entend au sens de la présente description, des boues dont l’indice de Portance Immédiate (IPI) est supérieur ou égal à 3 (mesuré selon la norme NF P 94-078 de mai 1997), et de préférence dont l’affaissement (ou « slump ») est inférieure ou égal à 5 cm selon le test du cône d’Abrams (mesuré notamment selon la norme NF EN 12350-2 de avril 2012).
Par « pelletable », on entend au moins un déchet autoportant. Néanmoins, un déchet pelletable sera suffisamment mou ou divisé pour pouvoir être déplacé à l’aide d’une pelle.
Les matériaux ainsi que les boues liquides ou pâteux sont notamment caractérisés par leur siccité. La « siccité » d’un matériau est un rapport, exprimé en pourcentage, entre la masse restante après dessiccation et la masse au moment du prélèvement, dans les conditions de l’essai NF EN15934 de septembre 2012, dans lequel la dessiccation est effectuée par chauffage à 1 10°c jusqu’à poids constant. La siccité de matériaux liquides ou pâteux correspond au pourcentage massique de matière sèche. Ainsi, une siccité d’un matériau liquide ou pâteux de 40 % correspond à un matériau liquide ou pâteux présentant une teneur en eau de 60 %. Les matériaux et/ou boues d’excavations liquides ou pâteux de l’invention peuvent présenter des siccités variables, pouvant être élevées malgré l’aspect liquide ou pâteux.
Les matériaux liquides comprennent en général de 6 à 40 % de matière sèche, tandis que les matériaux pâteux comprennent généralement environ 40 à 60 % de matière sèche. En particulier, les boues peuvent présenter une siccité comprise entre 20% et 70%, typiquement entre 25% et 60%, notamment entre 30 et 40% ou entre 40% et 50%.
Les matériaux et boues d’excavations liquides ou pâteux possèdent un indice de Portance Immédiate (IPI) inférieur à 3, mesuré selon la norme NF P 94-078 de mai 1997. En outre, les matériaux pâteux sont de préférence caractérisés par un indice d’affaissement (ou « slump ») supérieur ou égal à 5 cm selon le test du cône d’Abrams, mesuré notamment selon la norme NF EN 12350-2 de avril 2012, qui se rapporte au béton mais est transposable et transposée pour les boues à traiter de l’invention. Les matériaux liquides possèdent en général un indice d’affaissement supérieur ou égal à 25.
Les matériaux et boues d’excavations liquides ou pâteux peuvent contenir des grains ou blocs. Ces blocs ou grains peuvent présenter en outre une granulométrie maximale élevée, typiquement comprise entre 1 cm et 40 cm, notamment comprise entre 5 cm et 25 cm, par exemple d’environ 15 cm. Au sens de la présente invention, la granulométrie maximale s’entend notamment de la valeur d90, indice indiquant que 90% en masse des grains présentent un diamètre équivalent inférieur à la valeur de d90, mesurée selon la méthode de la norme NF EN 933-1 de mai 2012. La méthode de l’invention permet ainsi de traiter des matériaux et boues d’excavations liquides ou pâteux traités dans l’invention n’ayant pas subi d’étape préalable de broyage, qui aurait pu avoir pour conséquence de diminuer la valeur de d90. Autrement dit, la méthode de l’invention est de préférence appliquée sur les matériaux directement issus d’excavations, sans étape intermédiaire de broyage.
Selon un mode de réalisation particulier, les matériaux et/ou boues d’excavations liquides ou pâteux sont issus d’excavations par creusement mécanisé, notamment par tunnelier. En particulier, il s’agit de matériaux et/ou de boues d’excavations liquides ou pâteux issus d’excavations par des tunneliers à grippeurs ou des tunneliers à pression de boue ou à pression de terre.
Lors de l’utilisation de certaines méthodes de curage ou de creusement, comme celles utilisant des tunneliers à pression de terre, ou à pression de boue, les matériaux excavés sont principalement des limons, des sables et/ou des graves, et peuvent contenir de la bentonite, soit parce qu’elle est injectée lors du creusement, soit parce qu’elle est contenue dans le matériau excavé. Ainsi, les matériaux et boues d’excavations liquides ou pâteux peuvent être notamment des boues bentonitiques et/ou des boues crayeuses.
Par « bentonite ». on entend au sens de la présente description une argile colloïdale essentiellement constituée de montmorillonite (Na,Ca)o.33(AI,Mg)2Si4Oio(OH)2(H20)n qui est une argile avec une capacité de rétention d'eau élevée, et qui peut également comprendre d’autres minéraux comme le quartz, le mica, le feldspath, la pyrite ou la calcite. De ce fait, la bentonite est généralement un mélange d’argile très fine et d’eau, de petites quantités de bentonite en solution aqueuse formant un mélange visqueux dont la viscosité baisse lorsque l'effort mécanique qui lui est appliqué augmente. Les « boues bentonitiques » sont des boues recelant une fraction de bentonite.
Selon un autre mode de réalisation, lesdits matériaux liquides ou pâteux sont issus de curage de bassins, notamment canaux et installations portuaires.
Par « bassins », l’on entend dans cette description, les milieux naturels ou semi- naturels, les réseaux de distribution d’eau et/ou d’eaux usées, les fosses de drainage, les wateringues, les zones humides, les voies navigables dont les canaux et les installations portuaires.
Etape a)
L’étape a) consiste en un stockage de courte durée, de quelques minutes à 24h ou 48h, avant que l’étape b) ne soit mise en oeuvre. Généralement, la durée de stockage est de quelques minutes à quelques heures seulement, c’est-à-dire que l’étape b) est mise en oeuvre entre 5 minutes et 12 heures ou de préférence 6 heures après la mise en place des matériaux d’excavation dans le contenant. Le contenant de l’étape a) est ouvert, c’est-à-dire qu’il présente une ouverture sur une partie ou sur la totalité de sa surface supérieure, permettant l’introduction des boues, de l’agent déshydratant de l’étape b) et éventuellement d’autres additifs, et du dispositif de malaxage utilisé à l’étape c).
Le contenant est typiquement étanche (hors son ouverture), suffisamment pour éviter les fuites liquides lors du stockage des matériaux ou boues liquides ou pâteux.
Le contenant est de préférence transportable. Par « contenant transportable », l’on entend tout contenant pouvant contenir lesdits matériaux liquides ou pâteux issus d’excavations et qui n’est pas fixé au sol. Il est de préférence adapté pour être transportable. Particulièrement, un tel contenant transportable peut consister en une benne qui peut être montée sur un véhicule ou une remorque d’un véhicule. Il peut également s’agir d’une barge ou la cale d’un bateau automoteur, avantageusement à fond plat.
Par « barge », l’on entend tout chaland ou embarcation destiné au transport sur les bassins, rivières, canaux et installations portuaires. Une barge est généralement non motorisée. Par « bateau automoteur », on entend une barge motorisée.
Alternativement, il peut s’agir de fosses ou de casiers, qui sont en général non transportables, c’est-à-dire que dans ce cas, les boues obtenues par la méthode de l’invention nécessitent d’être transvasées dans un contenant transportables pour être transportées en centre de stockage.
Avantageusement, le contenant est dépourvu de moyen d’agitation, tel qu’un agitateur. Ainsi, de préférence, le contenant n’est pas un mélangeur ni un malaxeur fermé.
Etape b)
L’étape d’ajout peut par exemple consister en une étape de versement de l’agent déshydratant sur lesdits matériaux. Notamment, l’étape d’ajout comprend au moins une étape d’injection de l’agent déshydratant dans ledit contenant. Par « injection » l’on entend l’introduction de l’agent déshydratant par gravité ou sous pression dans les desdits matériaux stockés dans ledit contenant. Notamment, il peut être procédé à une injection dans les interstices ou dans la masse desdits matériaux stockés. De préférence, l’étape d’injection de l’agent déshydratant est effectuée au moyen d’un conduit disposé le long d’un bras ou intégré au bras d’un engin (le bras étant typiquement articulé) et qui permet le déversement de l’agent déshydratant dans la masse desdits matériaux stockés. Une buse peut être disposée à une extrémité du conduit en contact avec lesdits matériaux stockés.
Avantageusement, le rapport massique entre la quantité d’agent déshydratant ajoutée et le matériau stocké dans le contenant est compris entre 0,1 à 10 %, de préférence 0,1 à 5 %, par exemple de 0,5 à 2,5 %, notamment, de 0,7 à 2%, en particulier 1 ,8 %.
L’homme du métier saura adapter le rapport massique entre la quantité d’agent déshydratant à ajouter et le matériau stocké dans le contenant en fonction du résultat recherché et/ou de l’agent déshydratant.
Par « agent déshydratant », on entend au sens de la présente invention tout additif chimique apte à capter au moins une partie de l’eau contenue dans les matériaux issus d’excavation. Des exemples d’agent déshydratants sont les argiles telles que la vermiculite ou la bentonite. On peut également citer des polymères super-absorbants. De préférence, l’agent déshydratant comprend également ou est constitué d’un agent liant.
Par « agent liant », l’on entend au sens de la présente invention un agent qui a pour propriété de se solidifier pour lier les matériaux liquides ou pâteux issus d’excavations. L’agent liant lie entre eux les matériaux de manière à leur conférer de la cohésion.
De manière avantageuse, l’agent déshydratant comprend ou est constitué d’un agent liant, par exemple du ciment et/ou de la chaux. De préférence, l’agent liant comprend ou est constitué de ciment, notamment de ciment à prise rapide, typiquement un ciment Portland, de préférence un ciment d’aluminates, un ciment sulfo-alumineux, ou leur mélange. Dans la présente invention, on entend par « chaux » un solide comprenant ou constitué de CaO. Plus particulièrement, la chaux est un oxyde de calcium avec plus ou moins d'oxyde de magnésium et des impuretés à base de carbonates et d'hydroxydes de calcium ou magnésium, d'argiles, de divers silico-aluminates. On distingue :
- la chaux vive est le produit direct de la thermolyse ou calcination du calcaire, principalement de l'oxyde de calcium (CaO) ;
- la chaux éteinte est obtenue après la réaction complète de la chaux vive avec de l'eau et un séchage rigoureux. Le solide ainsi obtenu est constitué d'hydroxyde de calcium (Ca(OH)2). D'un point de vue minéralogique, il s'agit de l'espèce minérale naturelle nommée « portlandite » ;
- la chaux aérienne ou chaux grasse, un liant de chaux, composant de base de mortier en très faible partie argileux, réagissant avec le dioxyde de carbone (C02) de l'air ;
- la chaux hydraulique, liant de chaux également, proche d'un ciment de chaux qui durcit à l'eau, contient en outre des silicates et des aluminates, car elle est fabriquée à partir de calcaires argileux. Elle est appelée « hydraulique » pour sa première prise : elle durcit en présence d'eau vive avant d'être plus ou moins lentement renforcée à l'air par carbonatation ;
- la chaux dolomitique ou chaux magnésienne, à base de dolomie ou de calcaire magnésien.
Typiquement, on utilisera de la chaux vive ou de la chaux éteinte.
Selon un mode de réalisation avantageux, l’agent liant est constitué de ciment, notamment de ciment à prise rapide, par exemple un ciment Portlant, ou un ciment d’aluminates, un ciment sulfoalumineux, ou leur mélange.
Un ciment Portland est un liant hydraulique qui contient du clinker Portland. Ce clinker comprend une proportion au moins égale à 50% en masse d’oxyde de calcium (CaO) et de dioxyde de silicium (Si02) et tel que défini par la norme NF EN 197-1 d’avril 2012. Un ciment Portland peut donc comprendre d’autres composés en sus du clinker Portland, tels que du laitier, de la fumée de silice, des pouzzolanes (naturelles et naturelle calcinées), des cendres volantes (siliceuse et calcique), du schiste et/ou du calcaire.
Typiquement, un ciment Portland a une teneur en Al203 inférieure à 5% du poids du ciment, une teneur en CaO supérieure à 55% du poids du ciment, et un rapport massique Ca0/AI203 compris entre 10 et 20.
Un ciment Portland est aussi caractérisé par des phases minéralogiques. Les principales, selon la nomenclature cimentière, sont C3S, C2S, C3A et C4AF. La nomenclature chimique cimentière utilise des abréviations dont les correspondances avec la notation chimique conventionnelle est donnée dans le tableau ci-dessous.
[Table 1 ]
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Les phases aluminates principales qu’un ciment Portland contient sont C3A et C4AF. Un ciment Portland contient typiquement entre 10 et 20 % massique de phases aluminates, exprimé en poids total de liant.
Un ciment Portland peut être sélectionné parmi les ciments décrits dans la norme NF EN 197-1 d’avril 2012, en particulier les ciments CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV, ou CEM V, disponibles commercialement.
Un ciment d’aluminates de calcium comprend comme principale phase minéralogique l’aluminate monocalcique, CA, et est tel que défini par la norme NF EN 14647 de 2006. Les autres phases minéralogiques sont typiquement C2A(1 - x)Fx (avec x appartient à ]0,1 ]), C12A7, C2S, C2AS. Selon la norme, la teneur en Al203 varie de 35% à 58% en poids du ciment.
Un ciment sulfo-alumineux est un liant hydraulique qui contient un clinker sulfo- alumineux. Ce clinker comprend au moins une phase Ye’elemite, C4A3$. Le plus souvent il comprend également de la bélite, C2S.
Etape c )
L’étape c) de malaxage se distingue d’une simple étape de mélange en ce que le mélange obtenu est homogène.
Par « homogène », on entend dans la présente invention que le mélange obtenu après l’étape c) de malaxage a une composition identique ainsi que des propriétés physiques constantes pour la totalité de ce mélange.
Par « malaxeur ouvert », on entend au sens de la présente invention un moyen de malaxage dépourvu de contenant. Il se définit notamment par contraste avec un mélangeur fermé, qui est solidaire d’un contenant fermé. Un mélangeur statique par exemple est un malaxeur fermé. Un malaxeur ouvert peut par exemple être un bras comprenant à une extrémité des rotors et étant rattaché par son extrémité opposée à un engin.
Le malaxeur ouvert de l’étape c) est typiquement un rotomixeur à bras.
Par « rotomixeur à bras », l’on entend un bras fixable sur un engin comprenant à l’extrémité opposée de sa fixation au moins un rotor ou tête de mélange adapté pour mélanger des matériaux par rotation. Il peut notamment s’agir du rotomixeur à bras tel que décrit dans les demandes de brevet EP0906990A1 et US2011/0089745A1. Ainsi, le malaxeur ouvert comprend avantageusement un tambour de coupe pour creuser le sol et un tambour mélangeur pour le stabiliser, les deux tambours ayant un arbre commun. Selon un mode de réalisation, le malaxeur ouvert est un dispositif de malaxage mobile comprenant à une extrémité une tête de mélange, de préférence un rotomixeur à bras.
De préférence, le rotomixeur à bras est fixé sur un engin, tel qu’une pelleteuse.
L’utilisation d’un malaxeur ouvert permet de malaxer des matériaux et/ou boues issus d’excavations présentant une granulométrie maximale élevée, puisque lorsqu’un grain de taille importante rencontre le malaxeur, celui est rejeté par la tête de malaxage et ne bloque pas le malaxeur. Cela n’est pas le cas dans un malaxeur fermé, qui peut être bloqué si des grains de diamètre équivalent trop important sont traités.
Selon un mode de réalisation particulier, le malaxeur ouvert est mobile, c’est-à- dire qu’il n’est pas fixé au sol et peut se déplacer. En particulier, le rotomixeur à bras peut être adapté sur un engin, tel qu’une pelleteuse. On pourra en particulier utiliser les systèmes de stabilisation commercialisés par la société ALLU.
Avantageusement, le malaxeur ouvert comprend des guides disposés autour de la tête de mélange. Lesdits guides autour de la tête de mélange protègent le contenant et le malaxeur ouvert lors de l’au moins une étape de malaxage.
En particulier, les guides ont pour but d’éviter que les parois du contenant ne soient endommagées par le malaxeur ouvert lorsque celui-ci est en fonctionnement. Ainsi, les guides visent à maintenir une distance de sécurité dans les trois dimensions entre la tête de mélange et les parois du contenant. Les guides peuvent notamment prendre la forme d’un habillage de sécurité ou d’un carter de sécurité disposé dans les trois dimensions autour de la tête de mélange. Il peut notamment s’agir d’une grille fixée à la tête de mélange, disposée à une distance d de la tête de mélange, la distance d étant typiquement comprise entre 5 cm et 30 cm, notamment entre 10 cm et 20 cm. Les fils de la grille sont de préférence relativement éloignés les uns des autres pour permettre un mélange homogène. Alternativement, l’habillage de protection peut prendre la forme d’un dispositif comprenant 3 cercles perpendiculaires deux à deux. Un tel dispositif peut être fixé à la tête de mélange par soudage. Le diamètre des cercles est tel qu’il permet de générer une sphère de rayon R de sécurité autour de la tête de mélange, le rayon R mesurant typiquement entre 5 cm et 30 cm, notamment entre 10 cm et 20 cm.
L’étape de malaxage est mise en oeuvre sur des durées courtes. Par exemple, le temps de malaxage peut être compris entre 30 secondes et 30 minutes, notamment entre 1 minutes et 20 minutes, typiquement entre 5 minutes et 15 minutes, par exemple 10 minutes. De telles durées de malaxage sont suffisantes pour obtenir un mélange homogène de l’agent liant avec les matériaux et/ou boues d’excavations, et permettent d’optimiser l’efficacité économique du procédé en mobilisant le contenant et le malaxeur sur des durées courtes.
Boues traitées
La méthode de l’invention permet de traiter volumes de matériaux ou boues d’excavation liquides ou pâteux supérieurs ou égaux à 700 m3/jour, notamment des volumes supérieurs ou égaux à 850 m3/jour, par exemple d’environ 1000 m3/jour. Les volumes traités peuvent notamment être compris entre 700 m3/jour et 1500 m3/jour, par exemple entre 800 et 1200 m3/jour, notamment entre 900 et 1 100 m3/jour.
Les boues obtenues à l’issue de l’étape c) sont pelletables et transportables. Elles peuvent ainsi être ultérieurement stockées en centre de stockage pour déchets dangereux ou non dangereux.
Les boues traitées obtenues à l’issue de l’étape c) présentent alors un indice IPI supérieur ou égal à 3, mesuré selon la norme NF P 94-078.
De préférence, les boues obtenues à l’issue de l’étape c) possèdent un indice d’affaissement inférieur à 5 cm, et typiquement inférieur ou égal à 4 cm. Avantageusement, les boues obtenues à l’issue de l’étape c) présentent une siccité supérieure à leur siccité initiale. Avantageusement, les boues obtenues à l’issue de l’étape c) présentent une siccité supérieure ou égale à 70%, de préférence encore supérieure ou égale à 80%. Modes de réalisation particuliers
Avantageusement, la méthode de l’invention ne comprend pas d’étape de broyage. Ainsi, la méthode de l’invention permet de traiter avec une efficacité économique accrue des boues directement issues d’excavations, et notamment des boues de tunnelier n’ayant pas subi de traitement de broyage préalable.
Selon un mode de réalisation particulier, la méthode de l’invention consiste en les étapes a), b) et c), étant entendu que les étapes b) et c) peuvent être successives (dans cet ordre) ou concomitantes.
Préférentiellement, l’au moins une étape de malaxage desdits matériaux et dudit agent déshydratant (étape c) est réalisée simultanément à l’au moins une étape d’ajout dans le contenant (étape b).
Selon une variante, particulièrement avantageuse lorsque le malaxeur ne permet pas de malaxer tout le contenu du contenant par malaxage en un seul point, l’étape c) est répétée pour être mise en oeuvre en différents points du contenant. Ainsi, de préférence,
le malaxeur ouvert est mobile, et se déplace lors de la mise en oeuvre de l’étape c), ou
le contenant ouvert est mobile, et se déplace lors de la mise en oeuvre de l’étape c).
En particulier, dans le cas où le contenant ouvert est une barge, le malaxeur ouvert ne permet généralement pas de malaxer l’ensemble du contenu de la barge en étant utilisé en un seul point de la barge. Il est donc préférable que l’étape c) soit mise oeuvre une première fois, le malaxeur étant disposé dans la barge à proximité d’une première extrémité de cette dernière, puis que la barge se déplace de manière continue ou séquentielle selon un axe permettant au malaxeur d’être déplacé relativement à la barge vers une seconde extrémité de la barge opposée à la première extrémité de la barge. Typiquement, l’axe de déplacement de la barge est une droite parallèle aux parois longitudinales de celle-ci.
Lorsque la barge se déplace de manière continue lors de l’étape c), le malaxeur ouvert reste plongé dans le contenant durant toute la durée de l’étape c). Alternativement, le malaxeur ouvert peut être disposé dans la barge et à proximité d’une première extrémité de cette dernière afin de mettre en oeuvre une première fois l’étape c). Le malaxeur ouvert est ensuite déplacé relativement à la barge vers une seconde extrémité de la barge opposée à la première extrémité de la barge. Typiquement, l’axe de déplacement du malaxeur est une droite parallèle aux parois longitudinales de la barge.
De préférence, le malaxeur se déplace dans le plan du contenant. De manière particulière, le déplacement peut également être vertical.
De préférence, la barge se déplace de manière séquentielle. Dans ce mode de réalisation, le rotomixeur à bras est de préférence sorti du contenant lors des déplacements de la barge ou du malaxeur, pour des raisons de sécurité.
Etapes ultérieures optionnelles
Avantageusement, les boues obtenues à l’issue de l’étape c) sont transportées, notamment jusqu’à un centre de stockage adapté, puis les boues sont déchargées pour être stockées définitivement, par exemple pour être enfouies.
Le centre de stockage peut être une décharge, notamment une décharge pour déchets dangereux ou une décharge pour déchets non dangereux. Il peut également s’agir d’une carrière, ayant notamment besoin d’être remblayée. Notamment, il peut s’agir d’une carrière d’extraction de matériau de construction comme le calcaire, le gypse, la craie, le grès, le tuf etc.
Dans le cas d’un contenant transportable, les boues issues de l’étape c) sont de préférence directement transportées dans le contenant.
Dans le cas d’un contenant non transportable, les boues obtenues à l’issue de l’étape c) sont transférées dans un contenant transportable pour être transportées en centre de stockage. Le transfert des boues d’un contenant non transportable à un contenant transportable est effectué par exemple par pelletage, notamment à l’aide d’une pelleteuse.
II. Installation La présente invention concerne également une installation de traitement de matériaux liquides ou pâteux issus d’excavation comprenant :
- un contenant apte à contenir des matériaux liquides ou pâteux ;
- un moyen d’ajout apte à ajouter un agent déshydratant dans ledit contenant ;
- un moyen de malaxage ouvert apte à mélanger l’agent déshydratant avec les matériaux liquides ou pâteux dans le contenant.
Le moyen de malaxage ouvert est un malaxeur ouvert tel que décrit plus haut en relation avec l’étape c) de la méthode de traitement des boues.
Préférentiellement, l’agent déshydratant est ou comprend un agent liant.
Selon un mode de réalisation préféré, le moyen de malaxage ouvert comprend le moyen d’ajout.
Selon un mode de réalisation, le malaxeur ouvert est un dispositif de mélange comprenant à une extrémité une tête de mélange, de préférence un rotomixeur à bras, typiquement fixé sur un engin tel qu’une pelleteuse. Selon ce mode de réalisation, le malaxeur ouvert est mobile.
Avantageusement, le malaxeur ouvert comprend des guides disposés autour de la tête de mélange. Les guides sont en particulier tels que décrits plus haut en lien avec l’étape b) de la méthode de l’invention.
Le contenant est tel que décrit plus haut en relation avec l’étape a) de la méthode de traitement des boues. De manière avantageuse, le contenant dudit dispositif est ouvert, typiquement sur sa surface supérieure. Avantageusement, le contenant est une barge, un bateau automoteur à fond plat ou une benne, une fosse ou un casier.
Préférentiellement, le contenant dudit dispositif est transportable. Il s’agit alors typiquement d’une barge, d’un bateau automoteur à fond plat ou d’une benne, notamment d’une benne de camion.
III. Utilisation d’un malaxeur ouvert pour traiter des matériaux liquides ou pâteux issus d’excavation Un objet de l’invention concerne l’utilisation d’un dispositif de malaxage ouvert comprenant à une extrémité une tête de mélange pour mélanger des matériaux liquides ou pâteux issus d’excavation avec un agent déshydratant dans un contenant.
Préférentiellement, l’agent déshydratant est ou comprend un agent liant.
Le moyen de malaxage ouvert est un malaxeur ouvert tel que décrit plus haut en relation avec l’étape de malaxage (étape c) de la méthode de traitement des boues.
Selon un mode de réalisation préféré, le moyen de malaxage ouvert comprend le moyen d’ajout.
Selon un mode de réalisation, le malaxeur ouvert est un dispositif de mélange comprenant à une extrémité une tête de mélange, de préférence un rotomixeur à bras, typiquement fixé sur un engin tel qu’une pelleteuse. Selon ce mode de réalisation, le malaxeur ouvert est mobile.
Avantageusement, le malaxeur ouvert comprend des guides disposés autour de la tête de mélange. Les guides sont en particulier tels que décrits plus haut en lien avec l’étape d’ajout (étape b) de la méthode de l’invention.
Le contenant est tel que décrit plus haut en relation avec l’étape de stockage (étape a) de la méthode de traitement des boues. De manière avantageuse, le contenant dudit dispositif est ouvert sur sa face supérieure. Avantageusement, le contenant est une barge, un bateau automoteur à fond plat ou une benne, une fosse ou un casier.
Préférentiellement, le contenant dudit dispositif est mobile. Il s’agit alors typiquement d’une barge, d’un bateau automoteur à fond plat ou d’une benne, notamment d’une benne de camion.
FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’aide de la description qui suit donnée à titre illustratif et non limitatif et faite en regard des figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 illustre un mode de réalisation de l’invention, le contenant étant une barge, et le malaxeur ouvert étant un rotomixeur à bras fixé sur un engin de chantier ;
- la figure 2 illustre un schéma des préparatifs pour effectuer un test du cône d’Abrams ou test de « slump » ;
- la figure 3 illustre un schéma d’un résultat du test du cône d’Abrams ou test de « slump » ;
- la figure 4 illustre une photographie d’un résultat du test du cône d’Abrams ou test de « slump » de boues calcaire comprenant 30 % d’eau ;
- la figure 5 illustre une photographie d’un résultat du test du cône d’Abrams ou test de « slump » de boues calcaire avec 30 % d’eau après un traitement au ciment ;
- la figure 6 illustre un graphique indiquant l’évolution de l’indice de portance immédiate (IPI) en fonction du taux de ciment ajouté dans des boues issues de matériaux excavés ;
- la figure 7 illustre un mode de réalisation de l’invention, dans lequel le contenant est une barge, et le malaxeur ouvert est un rotomixeur à bras fixé sur un engin de chantier.
La figure 1 illustre une installation en vue de coupe de traitement de matériaux comprenant une barge 1 dont la face supérieure est ouverte et contenant des matériaux issus d’excavation 2. Un engin de chantier 3 disposé sur une plateforme mobile 4 est équipé d’un bras 5 dont l’extrémité correspond à un rotomixeur 6. Le bras 5 de l’engin de chantier 3 est adapté pour se déplacer et plonger le rotomixeur 6 dans les matériaux issus d’excavation 2, stockés dans la barge 1. Le rotomixeur 6 est adapté pour mélanger un agent déshydratant avec les matériaux issus d’excavation 2 dans la barge 1. Par « engin de chantier » l’on entend du matériel mobile et autonome tel que des bouteurs et pelleteuses.
La norme NF EN 12350-2 d’avril 2012 décrit le test du cône d’Abrams. La figure 2 illustre un tel test du cône d’Abrams comprenant pour sa préparation un cône d’Abrams 1 1 généralement en acier galvanisé, d’une hauteur 12 de 300 mm dont le diamètre intérieur à sa base 13 est de 200 mm et le diamètre intérieur à son sommet 14 est de 100 mm. Le cône est posé sur une surface 15 qui est dure et non-absorbante, généralement en acier. Le cône d’Abrams 1 1 posé sur la surface 15 est rempli du matériau 16 dont l’on veut déterminer l’affaissement ou l’étalement.
La figure 3 illustre un résultat du test du cône d’Abrams qui est obtenu par la levée verticale du cône d’Abrams 1 1. L’affaissement ou « slump » du matériau 16 est déterminé par la hauteur 17 correspondant à la différence entre la hauteur 12 du matériau avant la levée verticale du cône d’Abrams 1 1 et la hauteur du matériau après la levée verticale du cône d’Abrams 1 1. L’étalement ou « slump flow » du matériau 16 est déterminé par le diamètre 18 correspondant à la moyenne du diamètre le plus grand et du diamètre le plus petit de la surface occupée par le matériau sur la surface 15.
La figure 4 illustre une photographie d’un résultat du test du cône d’Abrams ou test de « slump » de boues calcaire comprenant 30 % d’eau en masse. L’affaissement ou le « slump » du matériau 16 selon la figure 3 est de 23 cm. Un tel affaissement indique que les boues calcaire comprenant 30 % d’eau sont très fluide, très humide et à maniabilité élevée.
La figure 5 illustre une photographie d’un résultat du test du cône d’Abrams ou test de « slump » de boues calcaire avec 30 % d’eau en masse, après un traitement au ciment. L’affaissement ou le « slump » du matériau 16 selon la figure 4 est de 2 cm. Un tel affaissement indique que les boues calcaire comprenant 30 % d’eau après traitement au ciment sont fermes, très sèches et peu maniable.
La figure 6 illustre un graphique indiquant l’évolution de l’Indice de Portance Immédiate (IPI) à 4 jours en fonction du taux de ciment ajouté dans des boues issues de matériaux excavés. Ce graphique démontre une augmentation de la portance à 4 jours des matériaux excavés lorsqu’ils sont traités par ajout de ciment. Le graphique démontre une corrélation entre la portance obtenue pour le matériau excavé et le taux de ciment ajouté. Plus le taux de ciment ajouté est important plus la portance est importante.
La figure 7 illustre une vue de dessus d’une installation de traitement de matériaux comprenant une barge 1 qui comprend les matériaux issus d’excavation 2. Un engin de chantier 3 est disposé sur une plateforme mobile 4 et est équipé d’un bras comprenant à son extrémité un rotomixeur 6. L’installation est située près d’un quai 7 et comprend des cuves 8 de stockage de matériaux issus d’excavation et qui ont été traités ou non selon une étape c) de l’invention.
EXEMPLES
La suite de la description comprend la description d’essais et des résultats obtenus lors de la mise en oeuvre de la méthode de l’invention. Les exemples ci- après sont donnés à titre purement illustratifs et de doivent pas être considérés comme limitant la portée de l’invention.
Des matériaux semblables à des boues crayeuses, c'est-à-dire comprenant de la craie, issues d’excavation par tunnelier sont reproduites. Une granulométrie initiale de craie pour l’essai est déterminée comme étant comprise entre 0 et 150 mm, comprenant également des blocs de craie dont la granulométrie est supérieure à 200 mm, avec taux d’humidité de 22% (équivalent à une siccité de 78%). Pour les essais est utilisée une solution d'agent moussant (notamment à base de tensioactifs) diluée entre 1 et 5% pour générer 10 litres de mousse par litre de solution. L’agent moussant est utilisé pour améliorer la rhéologie du matériau excavé lors du creusement. Pour les essais, on utilise par exemple l’agent CLB F5 commercialisé par Condat.
Pour les essais est utilisé un agent liant, étant du ciment pur, CEM I 52.5 préféré à d’autres liants, tel que la chaux ou le mélange ciment-chaux. Tous les essais sont effectués dans une benne.
Essai 1
La solution n°1 comprend : 27 tonnes de craie, 1 ,5 à 1 ,7 m3 d'eau, 500 L de mousse. L’affaissement ou « slump » de la solution n°1 est de 23 cm (voir figure 4). Il est plus fluide que la matière en sortie de tunnelier (10-15cm).
Un agent liant, ciment CEM I 52.5, est ajouté au taux de 1 .2% (330 kg) en deux fois avec un malaxage total d’environ 20 min à l’aide d’un malaxeur ouvert (rotomixeur à bras fixé sur un engin). Environ 1 h après l'ajout de l’agent liant ciment l’affaissement mesuré ou « slump » est de 2 cm (voir figure 5).
La solution résultante, malaxée et comprenant l’agent liant, est homogène. La solution traitée, remis en tas, est pelletable.
Essai 2
La solution n°2 comprend : 37,5 tonnes de craie en 4 couches successives avec 700 L de mousse ajoutée au fur et à mesure (4 x 50 secondes par couches), 2 m3 d’eau (2 x 1 m3, mélange 8 minutes après chaque ajout). L’affaissement ou « slump » n’est pas mesurable car le matériau est inhomogène.
L’agent liant (280 kg), ciment CEM I 52.5, est ajouté au taux de 0,75 % en une fois avec un malaxage total de 8 minutes.
La solution résultante du malaxage à l’aide d’un rotomixeur à bras est visuellement ferme et l’affaissement ou « slump » est estimé à moins de 5 cm. La solution traitée, remis en tas, est susceptible de terrassement.
Essai 3
La solution n°2 est réutilisée pour l’essai 3.
L’agent liant (630 kg), ciment CEM I 52.5, est ajouté au taux de 1 ,7% en une fois avec un malaxage total de 8 minutes.
La solution résultante du malaxage à l’aide d’un rotomixeur à bras est moins ferme que les solutions résultantes des essais n°1 et n°2 après ajout du liant. L’affaissement ou « slump » est estimé à 5-10 cm.
[Table 2]
Figure imgf000029_0001
Les valeurs d'indice sur la Portance Immédiate sont suffisantes à Jour +2 après traitement même à faible dosage en agent déshydratant pour que les matériaux après traitement soient pelletables ou compactables.
Essai 4 :
Dans un premier temps, des essais ont été réalisés sur un site de construction d’un métro souterrain. 340 tonnes de boues de tunnelier liquide, ayant une siccité avant traitement de 63% et essentiellement constituées de sol argileux-limoneux, ont ainsi été traitées dans des conditions climatiques difficiles (température extérieure comprise entre -10°C et -5°C).
Compte tenu de la température extérieure lors du traitement, l’agent liant, type ciment Portland CEM I 52.5, a été dosé à 4,7% et a nécessité un temps de prise allongé après la fin du malaxage (environ 6 heures) pour obtenir des matériaux autoportants. La siccité après traitement était de 74%, et le matériau obtenu était pelletable.
Dans un second temps, une campagne de test a été réalisée sur ce même site pour traiter 4000 tonnes de boues. Lors de cette campagne, l’agent liant a été dosé à une teneur comprise entre 2 et 5% en fonction de la boue excavée par le tunnelier. La cadence de traitement était de 150 tonnes par heure. En effet, lors de cette campagne la température extérieure était supérieure à 5°C, si bien que le temps de prise était négligeable. Le procédé de l’invention a ainsi permis d’atteindre une cadence journalière de traitement de boues de tunnelier supérieure à 2000 tonnes de boues traitées/jour.

Claims

Revendications
1. Méthode de traitement de matériaux liquides ou pâteux directement issus d’excavations comprenant :
a) une étape de stockage desdits matériaux directement issus d’excavations dans un contenant ouvert ;
b) une étape d’ajout auxdits matériaux stockés d’un agent déshydratant dans ledit contenant ; et
c) une étape de malaxage desdits matériaux stockés et dudit agent déshydratant réalisée dans le contenant,
le malaxage étant effectué avec un malaxeur ouvert, notamment de type rotomixeur à bras.
2. Méthode selon la revendication 1 ayant une durée inférieure à 24 heures.
3. Méthode selon la revendication 1 ou la revendication 2 formant des matériaux stabilisés et homogènes ayant un indice de portance immédiate (IPI) supérieur ou égal à 3.
4. Méthode selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le contenant ouvert est transportable.
5. Méthode selon l’une des revendications 1 à 4, l’étape d’ajout comprenant au moins une étape d’injection de l’agent déshydratant dans ledit contenant.
6. Méthode selon l’une des revendications 1 à 5, le rapport massique entre la quantité d’agent déshydratant ajoutée et le matériau stocké dans le contenant étant compris entre 0,1 à 10%, de préférence de 0,1 à 5 %, par exemple de 0,5 à 2,5, % notamment de 0,7 à 2%, en particulier 1 ,8%.
7. Méthode selon l’une des revendications 1 à 6, l’agent déshydratant comprenant un agent liant, par exemple du ciment et/ou de la chaux.
8. Méthode selon l’une des revendications 1 à 6, l’agent déshydratant comprenant ou étant constitué de ciment, notamment de ciment Portland, de préférence un ciment d’aluminates, un ciment sulfo-alumineux, ou leur mélange.
9. Méthode selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’étape de malaxage est réalisée simultanément à l’au moins une étape d’ajout dudit agent déshydratant dans le contenant.
10. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que :
- le malaxeur ouvert est mobile, et se déplace lors de la mise en oeuvre de l’étape de malaxage, ou
- le contenant ouvert est mobile, et se déplace lors de la mise en oeuvre de l’étape de malaxage.
11. Méthode selon l’une des revendications précédentes, les matériaux liquides ou pâteux présentant une siccité comprise entre 20% et 70%, typiquement entre 25% et 60%, notamment entre 30% et 40% ou entre 40% et 50%.
12. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les matériaux liquides ou pâteux issus d’excavations possèdent un indice de Portance Immédiate inférieur à 3, mesuré selon la norme NF P 94-078 de Mai 1997.
13. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les matériaux liquides ou pâteux issus d’excavations présentent un indice d’affaissement supérieur ou égal à 5 cm selon le test du cône d’Abrams, mesuré notamment selon la norme NF EN 12350-2 d’avril 2012.
14. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les matériaux liquides ou pâteux issus d’excavations sont des boues de tunnelier.
15. Utilisation d’un dispositif de malaxage ouvert comprenant à une extrémité une tête de mélange pour mélanger des matériaux liquides ou pâteux directement issus d’excavation avec un agent déshydratant dans un contenant ouvert.
16. Utilisation selon la revendication 15, le dispositif de malaxage ouvert étant un rotomixeur à bras, de préférence mobile.
17. Utilisation selon la revendication 15 ou 16, le dispositif de malaxage ouvert comprenant des guides disposés autour de la tête de mélange.
18. Installation de traitement de matériaux liquides ou pâteux directement issus d’excavation comprenant :
- un contenant apte à contenir des matériaux liquides ou pâteux directement issus d’excavation ;
- un moyen d’ajout apte à ajouter un agent déshydratant dans ledit contenant ;
- un moyen de malaxage ouvert apte à mélanger l’agent déshydratant avec les matériaux liquides ou pâteux directement issus d’excavation dans le contenant.
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