Soutenances autorisées pour l'ED « École Doctorale Physique, Sciences de l'Ingénieur, Matériaux, Énergie »
(ED 591 PSIME)
Liste des soutenances actuelles 1
Experimental study οn the perfοrmance οf electrοkinetic remediatiοn οf waste materials at different scales
Doctorant·e
ZEIN EDDIN Ahmad
Direction de thèse
BENAMAR AHMED (Directeur·trice de thèse)
AMMAMI Mohamed Tahar (Co-encadrant·e de thèse)
Date de la soutenance
07/02/2025 à 14:00
Lieu de la soutenance
LOMC 53 rue de Prony 76600 Le Havre
Rapporteurs de la thèse
MAHERZI WALID IMT NORD EUROPE
SONG YUE SHANDONG UNIVERSITY
Membres du jurys
AMMAMI MOHAMED TAHAR,
,
Université Le Havre Normandie (ULHN)
BENAMAR AHMED,
,
Université Le Havre Normandie (ULHN)
DI EMIDIO GEMMINA,
,
GHENT UNIVERSITY DE PINTELAAN (BEL)
DJERAN-MAIGRE IRINI,
,
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
LEKLOU NORDINE,
,
Nantes Université
MAHERZI WALID,
,
IMT NORD EUROPE
OUDDANE BAGHDAD,
,
Universite de Lille
SONG YUE,
,
SHANDONG UNIVERSITY
Résumé
Dans des zones comme les ports, les rivières et les voies navigables, l'accumulation de sédiments peut entraver la navigation sûre, affectant les activités maritimes. En raison de leur potentiel à contenir des polluants organiques et inorganiques, les sédiments dragués sont régis par des législations nationales et internationales. Ces matériaux, considérés comme des déchets et générant des risques environnementaux importants, peuvent être stockés dans des zones gérées à terre. Annuellement, environ 600 millions de m³ de sédiments dragués dans le monde posent un défi et une opportunité de réutilisation dans des secteurs comme la construction et l'agriculture. De plus, les industries génèrent de grands volumes de divers matériaux de déchets comme les scories et les cendres volantes, qui incluent un potentiel de réutilisation. La rémédiation électrocinétique (EK) est l'une des nombreuses méthodes de traitement, où un champ électrique est appliqué pour transporter les contaminants hors du matériau. Ce travail, réalisé au laboratoire LOMC à l'Université Le Havre-Normandie, se concentre sur l'étude de l'effet des processus électrocinétiques sur les caractéristiques des sédiments dragués et des scories à différentes échelles. L'étude comprend trois parties : (1) l'examen de l'effet des conditions de stockage des matériaux (gel-dégel, sec-humide) sur le processus EK, (2) l'étude de l'efficacité de l'EK sur la rémédiation des co-produits (scories) sous différentes conditions électrochimiques, (3) l'analyse du comportement physico-chimique des matériaux lors de l'upscaling du processus EK, et (4) la comparaison du comportement des sédiments fluviaux et marins sous le processus EKR. Les résultats permettent de tirer les conclusions suivantes selon les investigations ci-dessus :
Les conditions de stockage peuvent affecter l'évolution des paramètres électrochimiques pendant le processus EK, et le paramètre clé est le pH de l'eau interstitielle qui conduit à une forte élimination de Na (95%), Cl (100%), Ca (17%) et Mn (25%). En revanche, ce paramètre n'affecte pas de manière significative la teneur en matière organique ou la distribution granulométrique des particules. Seuls les carbonates, y compris la calcite, la dolomite et l'aragonite, ont été significativement affectés par le pH pendant le processus EK.
Les résultats de l'upscaling montrent qu'appliquer 1V/cm à différentes échelles a entraîné une augmentation de la température et des variations du comportement chimique. Ainsi, en plus des autres paramètres de similarité, la similarité thermique a été un défi en raison de l'augmentation de la température à plus grande échelle.
Le mélange de sédiments fluviaux avec des scories a augmenté le courant électrique, entraînant une élimination plus importante de As (28%), Cu (32%), Zn (55%) et Cd (85%). L'étude fournit une première étape pour combiner deux matériaux de déchets (sédiments dragués et co-produit industriel) à des fins de rémédiation électrocinétique et de valorisation ultérieure dans des applications en génie civil, répondant aux exigences environnementales et offrant une solution économiquement viable pour la gestion et la récupération des matériaux de déchets.
Abstract
In areas like ports, rivers, and waterways, sediment accumulation can impede safe navigation, affecting shipping activities. Due to their potential to contain organic and inorganic pollutants, dredged sediments are regulated by both national and international legislations. These materials, considered as waste and generating significant environmental risks, can be stored on managed areas onshore. Annually, about 600 million m³ of dredged sediments worldwide present a challenge and opportunity for reuse in sectors like construction and agriculture. In addition, industries generate large volumes of different waste materials like slags and fly ash, which include a potential reuse. Electrokinetic (EK) remediation is one among many treatment methods, where an electric field is applied to transport contaminants out of the material. This work, conducted at the LOMC laboratory at Le Havre-Normandie University, focuses on investigating the effect of electrokinetic processes on dredged sediments and slags characteristics at different scales. The study includes three parts: (1) examining the effect of material storage conditions (freeze-thaw, dry-wet) on the EK process, (2) investigating the EK efficiency on remediation of co-product material (slags) under different electrochemical conditions, (3) analyzing physico-chemical behavior of materials during upscaling of EK process, and (4) comparing the behavior of fluvial sediment and marine sediments under EKR process. The results lead to draw the following conclusions according to the above investigations:
Storage conditions can affect the evolution of electrochemical parameters during EK process, and the key parameter is the pore water pH which lead to the high removal of Na (95%), Cl (100%), Ca (17%), and Mn (25%). In opposite, this parameter does not affect significantly organic matter content or participle size distribution. Only carbonates, including calcite, dolomite, and aragonite, were significantly affected by pH during EK process.
The scale-up results show that applying 1V/cm in different scales led to temperature raise and variations in chemical behavior. So, in addition to other similarity parameters, the thermal similarity was challenging due to the increase of temperature in larger scales.
Mixing fluvial sediment with slag increased electric current, resulting in higher removal of As (28%), Cu (32%), Zn (55%), and Cd (85%). The study provides a preliminary step for combining two waste materials (dredged sediments and an industrial co-product) for electrokinetic remediation purpose and subsequent valorisation in civil engineering applications, meeting environmental requirements and offering an economically viable solution for waste material management and recovery.
