INDUSTRIEL ET/OU MARIN

Description

Domaine technique de l'invention. L'invention a pour objet un procédé pour stabiliser et solidifier un déchet urbain et/ou industriel et/ou marin consistant à mélanger ledit déchet en milieu aqueux en présence d'un liant hydraulique pour former une matrice minérale compacte et stable encapsulant ledit déchet. L'invention a également pour objet les déchets stabilisés et solidifiés obtenus par la mise en œuvre dudit procédé ainsi que leur utilisation pour la fabrication d'un matériau composite de type granuiat, mortier ou béton.

L'invention se rapporte au domaine technique des solutions de traitement des déchets et en particulier celui de la valorisation des déchets dans le secteur des matériaux cimentaires.

État de la technique.

L'activité humaine génère d'importantes quantités de déchets qui doivent être gérées dans des conditions respectueuses de l'environnement. Dans le même temps, notre société continue de puiser dans ses ressources naturelles en prélevant des matériaux pour l'industrie des matériaux cimentaires. La valorisation des déchets dans le secteur cimentaire repose sur l'opportunité de pouvoir concilier gestion des déchets et besoins en matériaux. Ce mode de gestion s'inscrit dans une démarche de développement durable et permet de réduire la pression de l'homme sur les ressources naturelles tout en diminuant les quantités de déchets envoyées en décharges.

L'on se propose, avec la présente invention, à traiter et valoriser différents types de déchets polluants, urbains et industriels, et/ou marins en vue de les employer comme matières premières de substitution dans la fabrication de matériaux composites de type granulats, mortiers ou bétons.

Dans le cadre de la présente invention le terme « déchet urbain et/ou industriel et/ou marins » désigne tout déchet liquide, pâteux, semi-solide ou solide ayant un caractère polluant et représentant un risque potentiel pour la santé ou l'environnement et nécessitant un traitement adapté. A titre d'exemple de déchets urbains et /ou industriels à traiter et valoriser selon l'invention on peut citer :

les boues issues du traitement des eaux usées domestiques, boues issues du traitement des effluents liquides industriels et/ou radioactifs, boues issues des travaux de dragage et de curage des cours d'eau, boues issues des travaux de dragage des fonds marins et leurs mélanges, auxquelles on peut adjoindre, dans une définition élargie, tout type d'effluents liquides toxiques et/ou radioactifs, y compris les lixiviats issus des sites de stockage de déchets ménagers, industriels et/ou agro-alimentaires.

- les déchets hydrocarbonés fluides, visqueux ou pâteux, tels que les produits pétroliers ou carbochimiques, choisis parmi les hydrocarbures, les huiles, les solvants, les lubrifiants, les fluides hydrauliques, ou leurs mélanges. les déchets solides secs. A titre d'exemple non limitatif, les déchets solides secs sont issus des déchets de caoutchouc, des déchets plastiques, des déchets de chantiers de construction, des déchets minéraux solides, des déchets d'amiante ou de matériaux en amiante-ciment, des résidus d'incinération de déchets urbains, des déchets de bois ou des ordures ménagères, ou des déchets solides radioactifs.

On sait que les nouvelles réglementations françaises et européennes en matière de protection de l'environnement et de santé publique, imposent de stabiliser et solidifier les déchets polluants urbains et industriels en vue de les rendre inertes, avant de les stocker dans des décharges ou de les réutiliser comme matière première de substitution.

Selon une technique bien connue dans l'art antérieur, on stabilise et solidifie les déchets polluants, en les mélangeant avec un liant hydraulique dont la réhydratation conduit à la formation d'une matrice minérale compacte dans laquelle les déchets sont encapsulés. Les principaux objectifs de cette technique sont de (i) immobiliser les déchets polluant en les emprisonnant dans une matrice minérale solide, (ii) limiter les échanges entres les déchets polluants et le milieu naturel, notamment l'eau de lixiviation, et enfin (iii) améliorer les propriétés mécaniques des déchets ainsi que leurs possibilités de manutention.

Les procédés connus basés sur cette technique donnent généralement satisfaction pour l'encapsulation des déchets dans une matrice minérale compacte. Cependant, ils présentent au moins l'un des inconvénients suivants : ils emploient des liants hydrauliques coûteux, tel que le sulfate de calcium semi-hydrate alpha [EP0742784B1 (Michel LEGAL)], le ciment sulfo- alumineux, le ciment ferro-alumineux [WO201 1/089127 (Commissariat à l'Energie Atomique)].

- ils sont coûteux, s'agissant de procédés discontinus,

leur cinétique de développement des résistances mécaniques est faible, ils conduisent, généralement, à la formation de matrices minérales poreuses sensibles à la lixiviation à l'eau,

Ils sont très sensibles à la faible siccité de certains déchets liquides ou boueux,

Ils sont peu performants en milieux aqueux salés et/ou chargés de composants organiques et/ou inorganiques.

ils ne permettent pas un traitement, in situ, immédiat par exemple dans les stations d'épuration ou les aires de dragage.

Ainsi, compte tenu de ce qui précède, l'invention a pour but de proposer un procédé de stabilisation et solidification de différents types de déchets urbains et/ou industriels et/ou marins, qui permettent une absorption durable des éléments polluants contenus dans lesdits déchets et qui possède une tendance à la lixiviation la plus faible possible.

Un autre but de l'invention est de proposer un tel procédé, qui peut être mis en œuvre de manière continue, immédiate, et dans de bonnes conditions économiques. Un autre but de l'invention est d'améliorer la cinétique de développement des résistances mécaniques permettant une stabilisation et une solidification rapide des déchets urbains et/ou industriels et/ou marins. L'invention a également pour but de proposer un procédé qui permette de valoriser différents types de déchets urbains et/ou industriels et/ou marins en vue de les employer comme matières premières de substitution dans la fabrication d'un matériau composite de type granulat, mortier ou béton.

Divulgation de l'invention.

La solution proposée par l'invention est un procédé pour stabiliser et solidifier un déchet, urbain et/ou industriel et/ou marin. Elle consiste à mélanger ledit déchet en milieu aqueux avec un liant hydraulique comprenant un mélange de clinker, ou de ciment, sulfo-alumineux et d'anhydrite III , et dont la réhydratation produit majoritairement de l'ettringite primaire stable, de manière à former une matrice minérale compacte, stable, encapsulant ledit déchet. Ce procédé présente l'avantage d'être performant, simple à mettre en œuvre et peu coûteux. En outre, il s'agit d'un procédé qui peut être appliqué en continu et qui permet une récupération complète et immédiate des déchets sous une forme utilisable, par exemple granulats, pour la fabrication de matériaux composites tels que le béton ou le mortier. Par ailleurs, il met en œuvre un liant hydraulique efficace et moins onéreux que les liants hydrauliques connus comme les clinkers, le ciment sulfo-alumineux, le clinker ou le sulfate de calcium semi-hydrate alpha. Il s'est en effet avéré de façon surprenante que l'utilisation d'un liant hydraulique comprenant un mélange de clinker, ou de ciment, sulfo-alumineux et d'anhydrite III, et dont la réhydratation produit majoritairement de l'ettringite primaire stable, est particulièrement bien adapté pour permettre :

une stabilisation et solidification de différents types de déchets urbains et/ou industriels et/ou marins. Ces déchets peuvent être liquides, pâteux, semi- solides ou solides.

- un déclenchement quasi-instantané de la solidification du mélange et l'obtention d'une résistance mécanique précoce élevée. En effet, en environ 1 heure, la matrice minérale obtenue présente au moins 50% de sa résistance mécanique finale et en 24 heures au moins 80% de sa résistance mécanique finale, ce qui n'est pas le cas des matériaux dont le liant est constitué majoritairement de sulfate de calcium semi-hydrate alpha, de ciments de hauts fourneaux (CEM III), de ciments pouzzolaniques (CEM IV), du ciment de laitier au clinker, de ciment d'aluminates de calcium, du ciment sulfo-alumineux et/ou toute autre composition à caractère pouzzolanique.

l'obtention d'une matrice minérale compacte, stable, laquelle matrice offre de très bonnes résistances aux acides, aux borates et aux sulfates et présente une fraction lixiviable nettement inférieure aux normes exigibles

un traitement in situ des déchets, urbains et/ou industriels, et une valorisation et commercialisation immédiate vers les filières du BTP des déchets stabilisés, solidifiés et préparés sous forme de granulats, de mortiers ou de bétons.

un traitement compatible avec des déchets présentant une très faible siccité comme les boues et les lixiviats un traitement compatible avec toutes les compositions chimiques organiques ou inorganiques.

un traitement compatible avec le seul apport d'eau du déchet, y compris l'eau salée.

Le procédé selon l'invention possède donc un potentiel important.

D'autres caractéristiques préférées de l'invention sont listées ci-dessous, chacune de ces caractéristiques pouvant être considérée seule ou en combinaison avec les caractéristiques remarquables définies ci-dessus :

^■ la proportion pondérale d'anhydrite III contenu dans le liant hydraulique mis en œuvre, va de 10% à 75 % p/piiant hydraulique

^■ le mélange de clinker, ou de ciment, sulfo-alumineux contenu dans le liant hydraulique mis en œuvre, est choisi dans le groupe A et/ou B et/ou C suivants :

groupe A : clinker yeelimite et/ou, ciment sulfo-alumineux yeelimite, groupe B : clinker, ciment de haut fourneau, ciment pouzzolanique, ciment de laitier au clinker, ciment sulfo-alumineux, ciment ferro-alumineux, ou leurs mélanges,

- groupe C : ciment d'aluminates de calcium.

^■ le liant hydraulique mis en œuvre contient en outre, en une quantité inférieure à 30% p/puant hydraulique, de la chaux vive, de la chaux éteinte totalement ou partiellement, ou de la chaux magnésienne.

^■ le liant hydraulique mis en œuvre contient en outre, en une quantité inférieure à 40% p/p ant hydraulique, du sulfate de calcium semi-hydraté ou di hydraté ou de l'anhydrite II. ^■ le liant hydraulique mis en œuvre comprend en outre, en une quantité inférieure à 50% p/pi.ant hydraulique, de charges minérales choisies dans le groupe suivant : cendres volantes, fillers calcaires, fumées de silice, métakaolin, laitiers moulus, mâchefers, pouzzolanes , zéolites, sel de lithium et le mélange d'au moins deux d'entre elles.

^■ le liant hydraulique mis en œuvre comprend :

10% à 75 % p/pliant hydraulique d'anhydrite III,

20% à 70% p/piiant hydraulique d'un composant choisi dans le groupe suivant : clinker yeelimite, ciment sulfo-alumineux yeelimite, ciment de haut fourneau, ciment pouzzolanique, ciment de laitier au clinker, ciment d'aluminates de calcium , ciment ferro-alumineux, chaux vives, chaux hydratées, chaux magnésiennes, ou leurs mélanges,

2% à 40% p/piiant hydraulique de sulfate de calcium semihydraté ou di hydraté ou d'anhydrite II, et

- 1 % à 50% p/p liant hydraulique de charges minérales.

^■ on mélange le liant hydraulique et le déchet dans des proportions allant de 2% à 35% uant hydrauiique/pdéchet, de préférence dans des proportions allant de

5% à 19% Pliant hydraulique/pdéchet-

^» on mélange le liant hydraulique avec un déchet se présentant sous forme d'une boue choisie dans le groupe suivant : boue issue du traitement des eaux usées domestiques, boue issue du traitement des effluents liquides industriels et/ou radioactifs, boue issue des travaux de dragage et de curage des cours d'eau et/ou des fonds marins et leurs mélanges.

^■ on mélange le liant hydraulique avec un déchet se présentant sous forme d'une boue fluide, d'une boue pâteuse ou d'une boue solide. ^b on mélange le liant hydraulique avec un déchet se présentant sous forme d'une boue ayant une siccité comprise entre 0,01 %% et 100%, de préférence une siccité comprise entre 15% et 35%.

a on mélange le liant hydraulique avec un déchet se présentant sous forme d'une boue, en présence d'un agent modificateur de rhéologie, de graines de semences et de résidus cellulosiques issus de fibres d'origines végétales, de la tourbe, des déchets de bois ou leurs mélanges.

^■ on mélange le liant hydraulique en milieu aqueux avec un déchet se présentant sous forme d'un produit hydrocarboné fluide, visqueux ou pâteux, ledit produit hydrocarboné fluide, visqueux ou pâteux étant un produit pétrolier ou carbochimique, choisi parmi les hydrocarbures, les huiles, les solvants, les lubrifiants, les fluides hydrauliques, ou leurs mélanges.

^« on mélange le liant hydraulique, en milieu aqueux, avec un déchet se présentant sous forme d'un déchet solide sec issu des déchets de caoutchouc, des déchets plastiques, des déchets de chantiers de construction, des déchets minéraux solides, des résidus d'amiantes ou de matériaux en amiante- ciment, des résidus d'incinération de déchets urbains, des déchets de bois, des ordures ménagères ou leurs mélanges.

^» on mélange le liant hydraulique, en milieu aqueux, avec un déchet solide sec mis en œuvre sous forme sous forme de poudre pulvérulente, de granulat, ou de morceaux de pierres, de briques ou de gravats.

^■ on mélange, en milieu aqueux, le liant hydraulique avec un déchet urbain et/ou industriel et/ou marin dans une enceinte munie d'un malaxeur en continu ou en discontinu pour obtenir à la sortie de l'enceinte un déchet stabilisé, solidifié et mis sous forme de granulats ou de mortier. ^B On soumet le déchet stabilisé et solidifié obtenu sous forme de granulats à la sortie de l'enceinte de malaxage, à un compactage dans un dispositif de compactage par vibration. Un autre aspect de l'invention concerne l'utilisation d'un déchet stabilisé et solidifié obtenu par la mise en œuvre du procédé conforme à la présente invention, pour la fabrication d'un matériau composite de type mortier ou béton.

Encore un autre aspect de l'invention concerne une installation de mise en œuvre du procédé conforme à la présente invention.

D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but d'en limiter la portée.

Description des figures.

La figure 1 représente schématiquement une installation convenant bien à la mise en œuvre du procédé de l'invention.

Modes de réalisation de l'invention. La présente invention est basée sur la constatation expérimentale que la mise en œuvre d'un liant hydraulique comprenant de l'anhydrite III permet d'obtenir un bon compromis entre (i) la cinétique de réhydratation dudit liant hydraulique mélangé de façon continue en milieu aqueux avec le déchet mis en œuvre, (ii) la cinétique de développement des résistances mécaniques du mélange, lesquelles résistances mécaniques se produisent dès le jeune âge du mélange (iii) la quantité d'ettringite primaire stable présente dans la masse minérale compact encapsulant le déchet mis en œuvre, laquelle ettringite primaire stable, qui n'évolue plus vers la phase ettringite secondaire ou différée, garantit un haut niveau de résistance mécanique et une très faible sensibilité à la lixiviation à l'eau, (iv) l'aspect réglementaire et (v) l'aspect économique. Dans le cadre de la présente invention on entend par :

^■ « stabiliser » : traiter un déchet urbain et/ou industriel et/ou marin pour lui conférer un caractère polluant réduit, conformément à aux réglementations en matière de protection de l'environnement et de santé publiques qui sont de plus en plus strictes.

■ « solidifier » : traiter un déchet urbain et/ou industriel et/ou marin pour lui conférer une structure physique solide massive à structure ettringitique primaire, stable, et conforme aux exigences de tenue dans le temps (durabilité). « milieu aqueux » : l'eau apportée par le déchet mis en œuvre. A titre d'exemple non limitatif, l'eau peut être de l'eau déminéralisée, de l'eau douce, de l'eau salée telle que l'eau de mer, de l'eau usée contenant, éventuellement, diverses substances minérales et/ou organiques. Si le déchet à stabiliser et solidifier contient une trop grande quantité ou une trop faible quantité d'eau, il peut, préalablement à la mise en œuvre du procédé, être soumis à un quelconque traitement connu de l'homme du métier permettant, respectivement de diminuer ou d'augmenter la quantité de liquide dans le déchet. A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer un séchage notamment par évaporation naturelle, un séchage thermique, un drainage, une centrifugation, une fiitration, une déshydratation notamment sur filtre- presse à membranes ou filtre à bande, etc. Dans le cas inverse, on peut également citer une adjonction d'eau douce, d'eau salée ou autre.

^■ « liant hydraulique comprenant de l'anhydrite III », un liant hydraulique dont les composants, lors de la réhydratation donnent comme hydrate majoritaire l'ettringite primaire stable (plus de 70% d'ettringite primaire en 24 heures, et peut atteindre 90% au bout de 72 heures), qui est une espèce minérale, composée de sulfate de calcium et d'aluminium hydraté, et répondant à la formule 3CaO,AI ₂ 0 ₃ .3CaS0 .32H ₂ 0 ou Ca6Al2(S0 ₄ ) ₃ (OH)i2.26H ₂ 0. Le terme « stable » en relation avec l'ettringite primaire signifie, dans le cadre de la présente invention, que cette structure ettringitique est stable et n'évolue plus vers la phase ettringite secondaire ou différée.

Il convient de rappeler que le produit de solubilité de l'ettringite à l'équilibre est voisin de 1 ,23 x 10 ⁴⁵ . Ce qui indique un très faible degré de solubilité.

De préférence, la proportion pondérale d'anhydrite III contenu dans le liant hydraulique mis en œuvre, va de 10% à 75 % p/pliant hydraulique.

Le choix de la composition du liant hydraulique à mettre en œuvre dans le procédé de la présente invention, dépend de facteurs et paramètres diverses et variés tels que:

la nature, la composition chimique, et la siccité du déchet,

- la disponibilité locale et le prix des composants du liant hydraulique à assembler, les exigences normatives et réglementaires requises en matière de protection de l'environnement et de santé publique, en particuliers exigences normatives et réglementaires relatives à certains déchets toxiques dangereux, radioactifs, métaux lourds, cyanures, mercure, etc ...)■

Le mélange de clinker, ou de ciment, sulfo-alumineux contenu dans le liant hydraulique mis en œuvre dans le procédé de la présente invention, est préférentiellement choisi dans le groupe A et/ou B et/ou C suivants :

groupe A : clinker yeelimite et/ou, ciment sulfo-alumineux yeelimite, - groupe B : clinker, ciment de haut fourneau (CEM III), ciment pouzzolanique (CEM IV), ciment de laitier au clinker (CLK), ciment sulfo- alumineux (CSA), ciment ferro-alumineux (CFA), ou leurs mélanges,

groupe C : ciment d'aluminates de calcium. De manière préférentielle, le liant hydraulique mis en œuvre contient en outre, en une quantité inférieure à 30% p/piiant hydraulique, de la chaux vive, de la chaux éteinte totalement ou partiellement, ou de la chaux magnésienne. L'apport de chaux sous ces différentes formes ou phases, contribue à améliorer la performance du procédé de la présente invention. En particulier, la chaux accélère le processus de stabilisation bactériologique des composants organiques contenus dans les déchets et en réduit les nuisances olfactives.

De manière encore plus préférentielle, le liant hydraulique mis en œuvre peut de plus contenir, en une quantité inférieure à 40% p/p liant hydraulique du sulfate de calcium semi-hydraté alpha ou béta ou dihydraté ou de l'anhydrite II. L'apport de sulfate de calcium semi-hydraté alpha ou béta ou dihydraté ou de l'anhydrite II contribue à favoriser la formation majoritaire d'ettringite primaire, stable.

Le liant hydraulique mis en œuvre peut en outre contenir, en une quantité inférieure à 50% p/pnant hydraulique, des charges minérales, notamment des charges minérales de très faible granulométrie (par exemple : inférieure à 300 microns). A titre de charges minérales fines convenant à l'invention, on peut citer les cendres volantes, les fillers calcaires, les fumées de silice, le métakaolin, les laitiers moulus, les mâchefers, un sel de lithium ou un mélange d'au moins deux d'entre elles. Ces charges minérales contribuent à conférer aux matrices minérales encapsulant les déchets une résistance mécanique améliorée, notamment une résistance mécanique aux jeunes âges améliorée. Elles permettent également d'abaisser la siccité des déchets se présentant sous forme de boues et de réduire le dosage en liant hydraulique.

Le liant hydraulique mis en œuvre dans la présente invention peut en outre contenir divers additifs pour améliorer les caractéristiques mécaniques et/ou pour agir sur le comportement rhéologique du mélange entre le liant hydraulique et le déchet à stabiliser et solidifier. A titres d'exemple d'agents de modification on peut citer les dérivés poly-carboxylates, les polymères bio- sou rcés et/ou biodégradables.

Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, le liant hydraulique comprend :

- 10% à 75 % p/p liant hydraulique d'anhydrite III,

20% à 70% p/piiant hydraulique d'un composant choisi dans le groupe suivant : clinker yeelimite, ciment suifo-alumineux yeelimite, ciment de haut fourneau, ciment pouzzolanique, ciment de laitier au clinker, ciment ferro- alumineux, ciments d'aluminates de calcium, chaux vives, chaux hydratées, chaux magnésiennes, ou leurs mélanges,

2% à 40% p/piiant hydraulique de sulfate de calcium semihydraté ou di hydraté ou d'anhydrite II, et

1 % à 50% p/pliant hydraulique de charges minérales.

A titre d'exemple non limitatif de liants hydrauliques convenant à la mise en œuvre du procédé de la présente invention, on peut citer les liants hydrauliques suivants :

liant hydraulique n°1 : 65% p/piiant hydraulique d'anhydrite III + 35% p/pnant hydraulique de clinker CSA (Résistances de 5 MPA à 130 MPa).

liant hydraulique n°2 : 60% p/piiant hydraulique d'anhydrite III et 40% p/piiant hydraulique de ciment sulfo-alumineux (Résistance de 5 MPa à 120 MPa).

- liant hydraulique n°3 : 40% p/piiant hydraulique d'anhydrite III, 20% p/piiant hydraulique de calcium de sulfate hémihydraté (CaSO ₄ 1/2 H2O) et 40% p/piiant hydraulique de clinker sulfo-alumineur CLINKER CSA 40 % (Résitances de 5 MPa à 100 MPa).

liant hydraulique n°4 : 35% p/piiant hydraulique d'anhydrite III, 35% p/puant hydraulique de ciment sulfo-alumineux et 30 % p/piiant hydraulique d'anhydrite (Résistance de 5 MPa à 98 MPa).

liant hydraulique n°5 : 40% p/piiant hydraulique d'anhydrite III et 40% p/piiant hydraulique de ciment au laitier clinker sulfo-alumineux (Résistance de 5 MPa à 75 MPa).

- liant hydraulique n°6 : 50% p/puant hydraulique d'anhydrite III et 50% p/piiant hydraulique de ciment pouzzolanique (CEM IV) (Résistance de 5 MPa à 70 MPa). Le liant hydraulique mis en œuvre dans le procédé de l'invention est préparé à partir d'un mélange de clinker, ou ciment, sulfo-alumineux (C ₄ AsS) et de sulfate de calcium di hydraté (CSh ), selon un procédé comprenant les étapes consistant à :

i) injecter dans un conduit de calcination aéraulique, le mélange de G4A3S et de CSH2 sous forme de poudre pulvérulente, ledit conduit étant traversé par un flux d'air chaud turbulent, saturé en vapeur d'eau, ayant une température comprise entre 250°C et 700°C et une vitesse comprise entre 8 m/s et 40 m/s,

ii) appliquer une contrainte mécanique sur les particules du mélange de C ₄ AsS et de CSH2, de manière à modifier leur structure cristalline,

iii) évacuer dudit conduit, les particules du mélange de C ₄ AsS et d'anhydrite III dès qu'elles ont atteint une granulométrie requise,

iv) refroidir le mélange de C ₄ AsS et d'anhydrite III, après l'étape i) de calcination aéraulique.

A l'étape i) les particules du mélange de C ₄ AsS et de CSH2, interagissent chimiquement sous l'action conjuguée :

- de la vapeur d'eau saturée,

- du choc thermique induit par la température du flux d'air chaud,

- des chocs mécaniques et de l'homogénéisation des échanges thermiques induits par les turbulences cinétiques du flux d'air.

En plus d'assurer la cohésion du liant hydraulique, ces différentes actions agissent simultanément et en synergie pour occasionner d'importantes contraintes sur les particules de C ₄ AsS et de CSH2. Ces contraintes entraînent la transformation des paramètres de mailles cristallines, les nouvelles phases cristallines présentant une matrice cimentaire homogène et compacte. Plus particulièrement, ces nouvelles phases très réactives améliorent considérablement la cinétique de réhydratation des liants hydrauliques ainsi fabriqués et optimisent, lors de leur réhydratation, la formation des phases ettringitiques primaires stables à court terme. En outre, les particules de C ₄ AsS et de CShh subissent des transformations morphologiques qui accroissent radicalement leurs performances hydrauliques, entraînant des résistances précoces et finales très élevées pouvant atteindre 100 MPa.

Pendant la calcination aéraulique, la déshydratation du CSh est contrôlée en fonction des performances recherchées pour le liant hydraulique. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la teneur en H2O est comprise entre 0 % et 5 % p/pcêH2. La vaporisation des molécules d' H2O peut avantageusement provoquer l'éclatement, voire la micronisation des particules de CSH ₂ .

Le mélange est ainsi chauffé dans le conduit pendant un temps variant de quelques secondes à plusieurs heures. L'atmosphère saturée en vapeur d'eau permet, même à des températures de l'ordre de 700°C, de ne pas surcuire les particules de C ₄ AsS et de CSH2. Le débit du flux d'air chaud, sa vitesse, sa température, sa tension en vapeur d'eau, la pression dans le conduit 5 et le temps de chauffage, dépendent de plusieurs facteurs dont principalement le type de mélange à traiter, son débit d'injection, la granulométrie de ses particules, et le procédé de chauffage employé. Ces différents paramètres de calcination sont contrôlés et réglés par une unité de gestion électronique qui pilote l'ensemble de l'installation. Note :

^■ selon la notation cimentière : C = CaO ; A = AI2O3, S = SO3 ; H = H2O ; S

= Si0 ₂

■ le C ₄ AsS et le CSH2 constituent les composants majoritaires du mélange mis en œuvre à l'étape i).

^■ Il est également possible d'utiliser à l'étape i) un mélange de C ₄ AsS et de CSH2 et au moins l'un des composants de la famille suivante : ciments comportant ciment portland, hydroxydes de calcium, ciment ferro-alumineux, fiilers minéraux (pouzzolane, calcaire, fumée de silice, poudre de marbre), laitier, chaux (aérienne, hydraulique, vive), carbonate de calcium, polycarboxylate, perlite, vermiculite, métakaolin ou autres additifs chimiques de rhéologies. Avantageusement, le liant hydraulique est mis en œuvre dans le procédé de la présente invention sous forme d'une poudre (pulvérulente) dont la granulométrie varie de 10 microns à 120 microns.

Le sulfate de calcium di hydraté (CSH2), le clinker sulfo-alumineux, le ciment sulfo-alumineux ainsi que les différents composants décrits ci-dessus et pouvant entrer dans la composition du liant hydraulique sont connus de l'homme du métier et sont disponibles dans le commerce.

Un tel procédé de fabrication des liants hydrauliques mis en œuvre dans le cadre de la présente invention, permet, d'une part, d'obtenir des liants bons marchés et, d'autre part, de réduire d'au moins 35 % les émissions CO2 par rapport aux procédés traditionnels, réduisant de fait les coûts de fabrication de 20% à 40%. Par ailleurs, la haute performance et la grande stabilité de ces liants a pu être constatées jusqu'à des proportions en anhydrite III (« CaSO ₄ , e H2O » avec e compris entre 0 et 0,05) supérieures à 40% en p/p liant hydraulique.

De manière avantageuse, le déchet et le liant hydraulique sont mélangés dans des proportions allant de 1 0% à 35% piiant hydrauiique/pdéchet, de préférence dans des proportions allant de 10% à 1 9% piiant hydrauiique pdéchet. Ces proportions donnent d'excellents résultats de stabilisation et solidification du déchet mis en œuvre et permettent l'obtention d'une matrice minérale compacte comprenant majoritairement de l'ettringite primaire stable dont la stabilité et la très faible solubilité réduit tout risque de lixiviation à l'eau.

Dans une variante préférée du procédé de l'invention, on mélange le liant hydraulique avec un déchet se présentant sous forme d'une boue choisie dans le groupe suivant : boue issue du traitement des eaux usées domestiques, boue issue du traitement des effluents liquides industriels et/ou radioactifs, boue issue des travaux de dragage eî de curage des cours d'eau et/ou des fonds marins et leurs mélanges. L'eau nécessaire à la réhydratation du liant hydraulique étant exclusivement apportée par la boue. Le déchet sous forme de boue mis en œuvre dans le cadre de la présente invention peut contenir un ou plusieurs éléments parmi des composés carbonés non toxiques, des polluants toxiques, des éléments corrosifs, des composants radioactifs, des métaux lourds et des composés inorganiques. A titre d'exemples non limitatifs, ces éléments sont choisis dans le groupe constitué par les hydroxydes métalliques, les oxydes métalliques, les carbonates, le ferrocyanure mixte de nickel et de potassium, le chlore, le fluor, le soufre, le zinc, le phosphore, le mercure, le plomb, le cadmium, l'arsenic, le phénol, les cyanures, les ferrocyanures , les oxalates, les silicates, les acides humiques, le strontium, le ruthénium, le césium, des émetteurs a, tels que l'américium, le plutonium et l'uranium et leurs mélanges. La composition du déchet sous forme de boue dépendra non seulement de la provenance de l'effluent liquide initial mais aussi du traitement utilisé pour préparer une boue à partir de cet effluent (décantation, filtration, coagulation, floculation, coprécipitation, adsorption et autres traitements physico-chimiques, etc.). Une boue se définit comme une suspension ou dispersion d'éléments solides dans un liquide.

Le déchet sous forme de boue mis en œuvre dans le cadre de la présente invention peut donc se présenter sous différentes formes et ce, en fonction de la quantité de liquide qu'il contient. Ainsi, le déchet peut être une boue liquide, une boue solide, une boue pâteuse, une boue pulvérulente ou une boue granulaire. Avantageusement, le déchet sous forme de boue mis en œuvre dans le cadre de la présente invention se présente sous forme d'une boue fluide, d'une boue pâteuse ou d'une boue solide.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le déchet se présentant sous forme de boue liquide, pâteuse, solide, pulvérulente ou granuleuse, est, préalablement au mélange avec le liant hydraulique, traité avec de la chaux vive ou la chaux éteinte pour neutraliser les nuisances olfactives et bloquer le processus de fermentation. Avantageusement, le déchet sous forme d'une boue mis en œuvre dans le cadre de la présente invention a une siccité comprise entre 0,01 %% et 100%. La siccité d'une boue caractérisant sa teneur en matières sèches exprimée en pourcentage, par rapport à la masse totale de la boue. Il convient de rappeler que certains lixiviats présentent une très faible, d'environ 0.01 %. En pratique le déchet à stabiliser et solidifier conformément à la présente invention aura une siccité comprise entre 15% et 35%.

Selon une particularité préférée du procédé de l'invention, on mélange le liant hydraulique avec un déchet se présentant sous forme d'une boue, notamment une boue liquide fluide, en présence d'un agent modificateur de rhéologie, de graines de semences et de résidus cellulosiques issus de fibres d'origines végétales, de la tourbe, des déchets de bois ou leurs mélanges. Cette particularité est intéressante pour permettre la formulation d'un produit (exemple mortier) qui adhère au sol lors de sa projection mécanique et qui peut être appliqué par exemple pour la stabilisation et/ou la végétalisation des sols, des talus naturels ou artificiels ou tout autre support nécessitant une stabilisation et/ou une végétalisation. A titre d'exemple d'agent modificateur de rhéologie on peut citer les dérivés acryliques et les dérivés cellulosiques.

Dans une autre variante préférée du procédé de l'invention, on mélange en milieu aqueux le liant hydraulique avec un déchet se présentant sous forme d'un produit hydrocarboné fluide, visqueux ou pâteux. Un tel produit hydrocarboné fluide, visqueux ou pâteux est un produit pétrolier ou carbochimique, choisi parmi les hydrocarbures, les huiles, les solvants, les lubrifiants, les fluides hydrauliques, ou leurs mélanges. Cette particularité constitue un moyen intéressant pour enlever les produits hydrocarbonés répandus sur une surface solide (par exemple fuite d'huile par un compresseur hydraulique) ou déversés accidentellement dans milieu aquatique (par exemple une nappe de pétrole sur surface d'eau de lac ou de mer). Avantageusement, le produit hydrocarboné fluide, visqueux ou pâteux est, avant son mélange avec le liant hydraulique, mis en suspension ou en dispersion dans l'eau douce ou eau de mer. Dans encore une autre variante préférée du procédé de l'invention, on mélange en milieu aqueux le liant avec un déchet se présentant sous forme d'un solide sec. Dans le procédé selon l'invention, l'origine du déchet se présentant sous forme solide n'est pas critique. A titre d'exemple non limitatif, le déchet solide est issu des déchets de caoutchouc, des déchets plastiques, des déchets de chantiers de construction, des déchets minéraux solides, des déchets d'amiante ou de matériaux en amiante-ciment, des résidus d'incinération de déchets urbains, des déchets de bois, des ordures ménagères ou leurs mélanges. En pratique, la taille de particules des déchets solides mis en œuvre dans le procédé de la présente invention varie de quelques microns à 150 mm, préférentiellement quelques microns à 50 mm. Avantageusement, le déchet solide se présente sous forme de poudre pulvérulente, de granulés, ou de morceaux de pierres, de briques ou de gravats. En pratique, le déchet sous forme de solide est, avant son mélange avec le liant hydraulique, mis en suspension ou en dispersion dans l'eau douce ou eau de mer.

L'invention va maintenant être décrite en référence aux exemples suivants et à la figure 1 donnés à titre illustratif et non limitatif.

Exemple 1 : Installation de solidification et stabilisation d'un déchet se présentant sous forme d'une boue. Comme montré sur la figure 1 , l'installation (1 ) de mise en œuvre du procédé selon l'invention, comprend :

une trémie (2) de réception du déchet se présentant sous forme de boue, la trémie est alimentée par une vis de convoyage (2a) et est munie d'un doseur à vis volumétrique en fond de trémie pour réguler le débit. Tout autre moyen de dosage convenant à l'homme du métier, peut être utilisé.

une unité de stockage (3) du liant hydraulique comprenant de l'anhydrite III et dont la réhydratation produit majoritairement de l'ettringite primaire stable. L'unité de stockage (3) se compose d'une ou de plusieurs trémies (3a) et (3b) dans lesquelles le liant hydraulique est stocké en fonction de sa composition et/ou du traitement choisi. Les trémies (3a) et (3b) sont munies chacune d'un doseur à vis volumétrique, en fond de trémie pour réguler le débit. Tout autre moyen de dosage convenant à l'homme du métier, peut être utilisé.

une vis de convoyage (4) « inclinée » disposée au-dessous de la trémie (2) de façon à transporter le déchet déversé par la trémie (2) jusqu'à l'entrée supérieure (6a) de l'enceinte cylindrique (6),

une vis de convoyage (5), éventuellement inclinée, disposée au-dessous des trémies (3a) et (3b) de façon à transporter le liant hydraulique déversé par la trémie (3a) et/ou (3b) via respectivement les entrées (5a) et (5b), jusqu'à l'entrée supérieure (6a) de l'enceinte cylindrique (6),

une enceinte cylindrique (6) horizontale ou faiblement inclinée pourvue d'une entrée supérieure (6a) située au voisinage de l'extrémité amont (6d) de ladite enceinte (6), d'au moins une ouverture (6b) située en partie haute de l'enceinte (6) et par laquelle l'enceinte (6) est alimentée en liant hydraulique, et d'une sortie (6c) des déchets stabilisés et solidifiés, laquelle sortie (6c) étant située en partie inférieure et au voisinage de l'extrémité avale (6e) de l'enceinte (6), un malaxeur (7) continu, du type malaxeur à plateau, muni d'un simple axe ou d'un double axe et monté longitudinalement dans l'enceinte cylindrique (6). Ce malaxeur en continu (7) malaxe le mélange en permettant d'une part, une bonne répartition du déchet et du liant dans le mélange qui devient granuleux en quelques minutes (1 à 3 minutes), et d'autre part, la production de granulats qui sont transportés au fur et à mesure de leur formation vers la sortie (6e). Tout autre moyen de malaxage du mélange dans l'enceinte, et convenant à l'homme du métier, peut être utilisé.

Une bande transporteuse (8) (ou une vis de convoyage) permettant l'évacuation des granulats ou mortiers vers un container (9) de transport ou une aire de stockage.

Dans une variante préférée (non représentée) de l'installation, la bande transporteuse (8) évacue les granulats vers un dispositif de compactage par vibration. Un tel dispositif a pour fonction de transformer les granulats obtenus directement (éventuellement sans apport complémentaire de ciment) en blocs de béton ou tout autre matériau aggloméré. Cette transformation in situ des granulats autorise une valeur ajoutée considérable. Pour des facilités de fonctionnement, l'ensemble de l'installation est équipé d'un tableau de bord en vue de gérer de manière centralisée les réglages et dosages suivants :

le dosage en liant hydraulique qui peut varier de 100.00 Kg/m ³ à 500.00 Kg/m ³ en fonction de la siccité et de la composition chimique du déchet se présentant sous forme de boues ou lixiviats.

le dosage des boues à stabiliser et solidifier. la vitesse de rotation des vis de convoyage (4) et (5) et du malaxeur en continu (7) qui doivent dépendre du dosage en liant et du volume de boues à traiter. La productivité de l'installation selon l'invention varie de :

1 ,00 m ³ /heure à 120,00 m ³ /heure pour ce qui concerne la stabilisation et solidification de déchets se présentant sous forme de boues d'épuration

10,00 m ³ /heure à 300,00 nrvVheure pour ce qui concerne la stabilisation et solidification de déchets se présentant sous forme de boues de dragage ou de sédiments fluviomaritimes.

Exemple 2 : Granulats et mortiers Les déchets ainsi stabilisés et solidifiés, par l'installation décrite ci- dessus, sont obtenus sous forme de granulats dont la taille est comprise entre 0,5 mm et 20 mm, de préférence entre 1 mm et 10 mm. Il est également possible d'obtenir les granulats sous d'autres formes géométriques par exemple sphériques. En général, ces granulats présentent une humidité variant de 30% à 60% en fonction de la siccité des boues et s'assèchent rapidement, en une durée comprise entre 24 heures et 72 heures en fonctions des conditions et températures de stockage.

Selon d'autres modes de réalisation (non représentés) les déchets stabilisés et solidifiés peuvent également être directement obtenus sous forme de mortier, de bétons, ou de matériaux vibro-compactés de types blocs , pavés, bordures etc. Une fois séché, les granulats ou mortiers possédant d'excellentes propriétés mécaniques et présentant une fraction lixiviable nettement inférieure aux normes exigibles, ce qui permet de les utiliser comme matériaux inertes pour la confection de nouveaux matériaux de type mortier ou béton.

Aussi, l'invention a encore pour objet l'utilisation d'un déchet stabilisé et solidifié obtenu par la mise en œuvre du procédé selon l'invention pour la fabrication d'un matériau composite de type mortier ou béton.

Le demandeur a en effet découvert de manière surprenante que les déchets stabilisés et solidifiés conformément à la présente invention, et se présentant sous forme de granulats ou mortiers sont compatibles avec la plupart des ciments présentant un pourcentage en aluminate (C3A) « (CaOHAbOs)» inférieur à 8%. Parmi les ciments présentant un pourcentage en aluminate (C3A) inférieur à 8% on peut citer, à titre d'exemple non limitatif, les ciments de hauts fourneaux (CEM III), les Ciments pouzzolaniques (CEM IV), les clinkers, les ciments au laitier clinker, les ciments sulfo-alumineux, les ciments ferro-alumineux, les ciments à base de sulfates de calcium, les ciments à l'hydroxyde de calcium ou leur mélanges.

Un matériau composite tel que le béton ou mortier, réalisé avec ces granulats et contenant de 50% à 80% p _gr anuiats/pmaténau composite, de préférence de 60% à 70% pgranuiats/pmatériau composite, présente une résistance à la compression allant de 4 MPa à 130 MPa, suivant essais conformes aux normes NF CE 196- 1. Le procédé de l'invention est particulièrement avantageux, car il permet l'obtention de diverses compositions de matrices minérales à structure ettringique primaire stable, en choisissant la composition et la consistance du déchet à stabiliser et solidifier par le liant hydraulique mis en œuvre dans la présente invention. Il permet également le traitement des déchets (par exemple les boues) sur le site même, ce qui est désirable dans une optique de développement durable. Par ailleurs, il peut être réalisé, en continu, à une température allant de - 5°C à + 40°C, de préférence à la température ambiante et à la pression atmosphérique.

Noie : les résistances mécaniques indiquées dans la description en relation avec la présente invention, ont été déterminées en utilisant des éprouvettes normalisées de 4/4/16 cm.