Outil d'aide à la décision pour la valorisation des sédiments de barrage

B. Anger EDF R&D F. Thery EDF R&D

D. LEVACHER, Université de Caen

CONTEXTE

Accumulation de sédiments

Nécessité d’une gestion des sédiments

Source de contraintes sur les activités d’exploitation

hydroélectriques

sur les usages et usagers riverains ~10% Du mix de production d’EDF en France

435 Centrales hydroélectriques sont exploitées par EDF en France avec une moyenne d’âge de 60 ans

622 Barrages sont exploités par EDF en France

CONTEXTE

La majorité

Gestion dans le

milieu aquatique

Cadre réglementaire +

Impératifs environnementaux

et techniques

Sédiments extraits gérés à terre

Statut de déchet

AR

GIL

E

LIM

ON

SA

BL

E

GR

AV

IER

BL

OC

2 µ

m

63 µ

m

2 m

m

64 m

m

204

8 m

m

Sédiments fins

Pas de filière « robuste »

pour les sédiments fins

de barrage

Anticiper les cas où les

techniques usuelles ne pourraient

pas être appliquées

Proposer une caractérisation en accord avec les

spécifications techniques des filières potentielles

Tendre vers une démarche d’aide à la décision pour le choix de la voie de

valorisation en s’appuyant sur l’étude de cas concrets

OBJECTIFS

PÉRIMÈTRE

« Multi-sédiments »

Sédiments fins d’aménagements hydroélectriques

« Multi-filières »

5 filières retenues pour être investiguées

Étudier prioritairement la « fraction valorisable »

La caractérisation de la fraction valorisable avant une phase

d’identification des polluants freinant les possibilités de valorisation

Déchet

Voie de valorisation

N

C

Critères

d’acceptatio

n

B Voie de valorisation

1

Voie de valorisation

2

Voie de valorisation

3 A

APPROCHE PAR

ITERATION

CRITÈRES D’ACCEPTATION ?

Matière

première

Produit

final F

ilière

de

valo

risation

Les critères de sortie sont connus Normes sur les produits

Cahiers des charges des clients

Critères d’entrée ? Savoir-faire industriel confidentiel,

connaissance empirique, …

Spécifications difficiles à identifier

Analyse technique des filières

Recherche des spécifications et critères

d’acceptation en entrée des filières de valorisation Bibliographie (articles scientifiques, normes et guides techniques

Avis d’experts

Essais de caractérisation et de valorisation sur des cas concrets

CARACTÉRISATION DES SÉDIMENTS

Caractérisation physique :

Analyse granulométrique,

Argilosité (VBs et limites d’Atterberg),

Caractérisation chimique :

Détermination des éléments majeurs :

• SiO2, Al2O3, Na2O, K2O, CaO, MgO,

Fe2O3, P2O5, TiO2, sulfates et soufre total

Teneur en matière organique,

Caractérisation minéralogique :

Analyse semi-quantitative des phases

cristallines :

• DRX poudre + DRX lame orientée

Caractérisation physique :

Densité apparente,

Granulométrie,

Caractérisation chimique :

Teneurs en éléments nutritifs :

• N, P, K, Ca, Mg, oligo-éléments,

Capacité d’échanges cationiques (CEC),

Teneur en matière organique (MO) et carbone

organique (Corg),

pH et Conductivité,

Teneurs en éléments phytotoxiques :

• éléments traces métalliques (ETM),

• composés traces organiques (CTO),

Valeur neutralisante et solubilité carbonique.

Caractérisation biologique :

Absence de graines d’invasives

Approche

« minérale »

Approche

« agronomique »

Principaux résultats

Classes granulométriques des limons et des argiles

(d50 de 6,1 à 37,7 µm)

Principaux minéraux : quartz, minéraux argileux et

carbonates

Teneur en MO variable : 3 à 9 %

Nature des sédiments selon la classification

des matériaux du GTR (SETRA-LCPC, 2000)

Classification des sédiments étudiés selon le

diagramme de Gippini [1969]

OUTIL DE PRÉ-ORIENTATION

3 étapes principales :

1. Identification / Sélection des paramètres

pertinents pour les filières pressenties

(critères inducteurs),

2. Interprétation des critères selon les

différentes filières (traduction par un score),

3. Intégration / Agrégation des scores

pondérés pour aboutir aux indices

d’adéquation (IA) des filières

6 applications envisagées :

Matière première dans le cru de cimenterie

Addition minérale pour les mortiers (filler)

Matériau routier et assimilé

Matière première pour l’industrie céramique (terre cuite)

Valorisations agronomiques

• Utilisation pour la confection de sols reconstitués

• Utilisation agricole Schéma conceptuel de l’approche

1.

2.

3.

Identification des critères indicateurs

Critères indicateurs sélectionnés selon les filières

Interprétation des critères

Courbes de calcul de score

Calcul de l’indice d’adéquation (IA)

IA = SiXini=1 Xini=1

×10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

"Inadéquation" "Adéquation"

Critère A Critère B Critère C

OUTIL DE PRÉ-ORIENTATION

Schéma conceptuel de l’approche

1.

2.

3.

Identification des critères indicateurs

Critères indicateurs sélectionnés selon les filières

Interprétation des critères

Courbes de calcul de score

Calcul de l’indice d’adéquation (IA)

IA = SiXini=1 Xini=1

×10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

"Inadéquation" "Adéquation"

Critère A Critère B Critère C

« Valeurs optimums » « Plus-est-mieux » « Moins-est-mieux »

Exemple : Critère d50

Matériau céramique (terre cuite)

Exemples de distributions granulométrique de

mélanges argileux (d’après Kornmann et al. 2005)

0,0

0,5

1,0

0,1 1 10 100 1000d50

(en µm)

0

25

50

75

100

1 10 100Bourgogne Tuile Marseille Tuile

Schiste Lyon Boisseau Sud de Paris Brique apparente perforée

Loess Alsace Brique perforée Lehm Nord Brique pleine

d50 maxi = 20 µm

d50 mini = 2 µm

0,0

0,5

1,0

0 3 6 9 12SR

0,0

0,5

1,0

0 25 50 75 100%Qz

0,0

0,5

1,0

0 100 200 300 400d90

0,0

0,5

1,0

0 0,5 1 1,5 2LSF

0,0

0,5

1,0

0 5 10 15MO

0,0

0,5

1,0

0 20 40 60 80d50

0,0

0,5

1,0

0 1 2 3 4VB

0,0

0,5

1,0

0 10 20 30 40 50%phyllo

0,0

0,5

1,0

0 3 6 9 12 15 18 21 24MO

0,0

0,5

1,0

0 40 80 120 160 200 240d50

0,0

0,5

1,0

0 10 20 30 40 50 60IP

0,0

0,5

1,0

0,1 1 10 100 1000d50

0,0

0,5

1,0

0 10 20 30 40 50 60%phyllo

0

0,5

1

0 10 20 30 40 50 60R2O+RO+Fe2O3

0

0,5

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1Al2O3/SiO2

0,0

0,5

1,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90wP

0,0

0,5

1,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90IP

0,0

0,5

1,0

0 5 10 15 20MO

0,0

0,5

1,0

0 0,5 1 1,5 2 2,5CE

0,0

0,5

1,0

4 5 6 7 8 9 10 11pH

0,0

0,5

1,0

0 5 10 15 20C/N

0,0

0,5

1,0

0 10 20 30 40MO

0,0

0,5

1,0

0 10 20 30 40 50 60CaO+MgO

0,0

0,5

1,0

0 10 20 30 40 50MO

0,0

0,5

1,0

0 1 2 3 4 5max(NPK)

OUTIL DE PRÉ-ORIENTATION

OUTIL DE PRÉ-ORIENTATION

Schéma conceptuel de l’approche

1.

2.

3.

Identification des critères indicateurs

Critères indicateurs sélectionnés selon les filières

Interprétation des critères

Courbes de calcul de score

Calcul de l’indice d’adéquation (IA)

IA = SiXini=1 Xini=1

×10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

"Inadéquation" "Adéquation"

Critère A Critère B Critère C

Matière première pour la fabrication de

produits céramiques

Matériau routier et assimilé

Matière première pour la fabrication de clinker

Valorisation agricole (épandage)

Construction de sol

Addition minérale pour les mortiers (filler)

CONCLUSION

Apports du point de vue pratique : 2 points forts

Caractérisation minimale (fiche d’identité)

Mise au point d’un outil décisionnel

Inscription des travaux de recherche scientifique dans un projet industriel

Actions dans l’entreprise amorcées depuis 1 an SIG

Polluants

2 thèses

+ Liants hydrauliques

+ Agronomie

Séchage

Adéquation spatiale

Iso distances routières pour le sédiment GAR et les destinations potentielles

50km transport maximal pour les

granulats

Cas des sédiments implique un

calcul en considérant notamment :

La comparaison avec un transport

vers l’ISD adaptée la plus proche

La prise en compte de la perte de

production d’électricité liée à la

sédimentation

Agronomie

AgroCampus Ouest

MERCI DE VOTRE

ATTENTION

http://chercheurs.edf.com/publications/theses-en-ligne/caracterisation-

de-sediments-fins-de-retenues-hydroelectriques-en-vue-dyune-

orientation-vers-des-filieres-de-valorisation-matiere-293677.html

Mémoire de thèse disponible en ligne :