Au cours des dernières décennies, on a constaté une augmentation significative de l'accumulation de déchets dangereux dans différentes régions du monde. Une partie du problème réside dans le fait que ces déchets sont générés quotidiennement et que leurs caractéristiques chimiques limitent l'application de certaines méthodes de remédiation. La solidification/stabilisation (S/S) représente une méthode de traitement de divers contaminants, y compris les déchets dangereux tels que les métaux traces. Notamment, cette technique a suscité l'intérêt en tant qu'alternative prometteuse grâce à sa capacité à offrir des solutions pratiques pour la santé humaine et environnementale (Al Tabbaa & Stegemann, 2011). Les techniques de solidification/stabilisation à base de ciment ont été largement utilisées pour produire des formes stables de sols contaminés et limiter le transfert des contaminants dans l'environnement.
Cependant, les structures de matrice solidifiée/stabilisée présentes sur les sites sont continuellement exposées à diverses conditions agressives, notamment des charges fluctuantes et du dioxyde de carbone atmosphérique. De plus, il existe un manque d'informations concernant les performances à long terme des techniques de S/S dans ces conditions environnementales spécifiques. La présence de charges externes favorise la propagation des fissures, facilitant la pénétration d'agents agressifs tels que l'eau dans la matrice S/S. Ce phénomène accélère la détérioration de la structure S/S. En revanche, la carbonatation entraîne la précipitation de calcite (produits de carbonatation) dans ces fissures, réduisant la porosité et permettant des processus d'autoguérison. L'autoguérison, à son tour, a le potentiel d'améliorer les propriétés hydrauliques de la matrice S/S. Par conséquent, l'étude de l'impact de la charge et de la carbonatation sur les propriétés chimiques et mécaniques de la matrice S/S est importante pour comprendre la stabilité à long terme de la structure.
L'objectif principal de ce projet consistait à simuler les conditions environnementales, telles que la charge et l'exposition au CO2, sur du sable solidifié. La simulation de la matrice solidifiée a été réalisée en induisant des altérations physico-chimiques grâce à la mise en œuvre de divers scénarios expérimentaux, à savoir : aucune carbonatation/ aucune charge (NC/NL), carbonatation seule (C), charge mécanique seule (L), carbonatation suivie de charge mécanique (C/L), et charge mécanique suivie de carbonatation (L/C). Des échantillons solidifiés avec un rapport eau/ciment (W/C) de 2 ont été préparés et soumis à des tests de lixiviation à l'aide d'une configuration de lixiviation en continu. Ces simulations ont été réalisées à l'aide d'une cellule triaxiale modifiée. Les résultats expérimentaux présentés dans cette thèse ont mis en évidence la détérioration résultant des scénarios susmentionnés, qui englobaient des contraintes mécaniques et la carbonatation. De plus, une étude sur la cicatrisation physico-chimique des microfissures au sein de la matrice S/S a été réalisée grâce à des tests de conductivité hydraulique et à la tomographie par rayons X. Par ailleurs, les effets de ces scénarios expérimentaux ont été examinés en ce qui concerne la résistance à la compression, la conductivité électrique, le pH, la lixiviation de l'aluminium, du silicium, du calcium et du cuivre, ainsi que l'analyse thermogravimétrique.
Lors de l'application de divers scénarios de test sur les échantillons, des résultats distincts ont été observés. Le scénario de contrôle a présenté une légère diminution de la conductivité hydraulique, indiquant un impact négligeable. En revanche, la carbonatation a présenté des avantages significatifs en réduisant la conductivité hydraulique et en diminuant la porosité, facilitant ainsi les processus d'autoguérison. Les contraintes mécaniques ont provoqué des fractures et des dommages sur le sable solidifié, qui, bien qu'impossible à éliminer complètement, ont été atténués dans une certaine mesure grâce à l'autoguérison induite par la carbonatation, réduisant ainsi la formation de fissures. De plus, l'ordre des opérations, tel qu'indiqué par l'analyse CT, a révélé des différences perceptibles (par exemple, la carbonatation par rapport à la charge), principalement attribuées aux effets d'autoguérison qui favorisent une récupération partielle des propriétés physiques des échantillons.
Les conclusions de cette thèse ont également montré différents comportements en termes de lixiviation du calcium. Les scénarios sans carbonatation ont présenté une lixiviation stable du calcium sur une période prolongée. Cependant, la présence de carbonatation dans les scénarios C, C/L et L/C a entraîné une diminution significative de la lixiviation du calcium. En ce qui concerne la lixiviation du cuivre, elle était modeste et stable, comme en témoigne le scénario NC/NL. Cependant, lors de l'exposition à la carbonatation, trois phases distinctes de lixiviation du cuivre ont été observées, à savoir une augmentation notable, suivie d'une diminution partielle, pour finalement atteindre un état stable. Les contraintes mécaniques avaient tendance à réduire la lixiviation du cuivre, avec une concentration de cuivre non détectable dans les effluents du scénario L après une courte durée. De plus, le test de lixiviation a révélé une légère augmentation du volume des pores dans le scénario NC/NL, tandis que la carbonatation réduisait significativement la porosité globale de l'échantillon. En revanche, l'effet de charge augmentait la porosité totale dans les scénarios L, C/L et L/C.
Les résultats indiquent que l'influence facteurs de stress sur la lixiviation, la distribution de la taille des vides, la résistance à la compression et la perméabilité est complexe et caractérisée par des interactions entre les contraintes.
| Date | 19 déc. 2023 |
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| langue originale | Anglais américain |
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| Établissement diplômant | - École de technologie supérieure
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| Superviseur | François Duhaime (Directeur(-trice)) & Jean-Sébastien Dubé (Codirecteur(-trice)) |
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