Composition :

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à celle enregistrée en 2009 qui était de 33,56 millions de tonnes (une différence due principalement aux travaux qui ont eu lieu en 2009 dans les grands ports maritimes du Havre et de Marseille et non renouvelés en 2010) [11]. Les sédiments marins sont issus principalement des 7 grands ports maritimes de France (Figure 2) notamment les ports de Dunkerque, Le Havre, Rouen, Nantes, La Rochelle, Bordeaux et Marseille qui représentent à eux seuls 15,2 millions de tonnes de sédiments dragués soit 82 % du total dragué [11].

2.3. Composition :

La composition de la matrice sédimentaire est très hétérogène. C’est une des difficultés majeures pour l’étude des sédiments. Les sédiments de dragage sont constitués de trois phases

(Figure 3) avec la présence de métaux lourds, polluants et micropolluants organiques : 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 M illi o ns de to nn es de m a tière s èc he

Figure 2 : Quantités de sédiments marins dragués en France en 2010 [11].

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2.3.1. La phase minérale :

Cette fraction est principalement formée de minéraux provenant de l’écorce terrestre et de débris de coquilliers. Elle se compose principalement de carbonates, de silicates et d’argiles. Ces dernières sont, en effet, responsables de multiples phénomènes physico-chimiques. Leur structure en feuillets, leur donne la capacité de fixer de l’eau ou des microparticules. En plus, les argiles sont constituées de molécules de silicates des calciums hydratés à morphologie phylliteuse (en feuillets : kaolinite, illite, smectite, chlorite, …) ou fibreuse (sépiolite, attapulgite, paligorskite, …). D’après Unikowski [12], la structure du premier groupe se présente sous forme de feuillets composés de deux unités de base : le tétraèdre de silice et l’octaèdre d’alumine (Figure 4).

Chaque unité de base (particule) est le plus petit empilement typique de feuillets qu’on peut isoler en laboratoire. Elle est constituée de la superposition d’un nombre variable de ces feuillets, leur nombre étant en fonction des forces d’interaction. Cette propriété, dénommée hygrophylie, est à l’origine de la captation massive d’eau des argiles, avec parfois un phénomène de gonflement relativement important. C’est pourquoi d’ailleurs nous serons amenés à effectuer quelques essais tels que : l’essai de bleu de méthylène ou encore les limites d’Atterberg, pour évaluer la fraction argileuse contenue dans les matériaux de notre étude.

L’association argiles-matières organiques, aussi appelée complexe argilo-humique, a la propriété d’être fortement adsorbant, ce qui lui permet d’augmenter la capacité de fixation des cations [13]. Ces interactions sont provoquées par le phénomène d’adsorption entre les éléments, les ponts d’eau, et les cations de liaison, tels que l’aluminium et le fer qui ont tendance

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à se lier étroitement avec les particules de sol et les éléments organiques [13]. Ce sont ces liaisons qui vont permettre à l’humus, chargé négativement, de s’associer aux particules argileuses (Figure 5). L’arrangement du complexe argilo-humique est basé sur l’hypothèse d’une présence d’un noyau argileux entouré par les composés organiques répartis en couches selon leur nature (l’humine proche de l’argile, puis les acides humiques, puis les molécules à caractère aliphatique tels que les acides fulviques, les polysaccharides et les protéines), qui va donc permettre de créer des liens entre les particules minérales [13]. Les MO seront discutées plus amplement à la fin du chapitre.

2.3.2. La phase liquide :

C’est une fraction très variable dépendant de plusieurs facteurs, tels que les conditions de dragage et la position des dépôts. Selon son degré de liaison avec le matériau, l’eau est disponible à différents niveaux dans cette dernière. Il convient de distinguer communément quatre catégories (Figure 6) :

 L’eau libre : est l’eau remplissant les macroporosités des sédiments. Elle est libre de circuler et de percoler sous l’action de la pesanteur. Elle peut être éliminée par une simple décantation [14].

 L’eau capillaire : est présente dans les microporosités du milieu. Les forces inter capillaires de l’ordre d’environ 12 atm indisposent cette eau à la gravitation par la loi de Jurin [14]. Cependant, elle est accessible par évaporation ou par succion.

 L’eau liée : est fixée à la surface des grains des sédiments par des forces intermoléculaires. Elle comprend deux catégories : l’eau "hygroscopique" et l’eau pelliculaire [14].

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 L’eau de constitution : ou eau chimiquement liée entre dans la composition chimique du matériau. Cette eau n’est accessible que par des procédés thermiques poussés [14]. La teneur en eau massique dans les sédiments de dragage varie de quelques pourcents à plusieurs dizaines de pourcent. Cette variation est liée au mode de dragage et à la nature des sédiments.

2.3.3. Les polluants :

Dès l’émergence de filières de valorisation des matériaux tels que les sédiments, s’est posée la problématique des contaminants en présence. A fortiori, du fait de leur nature fine, de la présence de MO, de l’activité microbiologique, les sédiments ont tendance à emmagasiner des substances dont certaines présentent un caractère toxique prononcé de nature organique (HAP, PCB, TBT, …) et inorganique (éléments traces métallique : Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Zn, As, Mo) [15]. Les principales propriétés physico-chimiques des sédiments qui contrôlent les interactions entre le sédiment dragué et les contaminants sont selon Alzieu [15] :

 La quantité et le type de particules fines (pélites) ;  Le pH du milieu ;

 Le potentiel d’oxydoreduction ;

 La quantité et la nature des ions présents ;

 La composition en matière organique (spécialement les acides humiques) ;  La salinité.

L’origine de cette pollution est entre autre les retombées d’activité industrielles, pollution atmosphérique, ordures ménagères, etc. La valorisation des sédiments pollués n’est pas le but recherché dans cette étude, néanmoins, une bonne connaissance des différents éléments potentiellement présents dans les sédiments est nécessaire, afin de pouvoir les mesurer et

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vérifier le respect des seuils exigés par les réglementations en vigueur dans les échantillons étudiés.

2.3.3.1. Les polluants inorganiques :

Leur origine est liée à l’activité humaine de stockage des déchets industriels, déchets urbains, les pratiques agricoles et la pollution liée aux retombées atmosphériques par l’utilisation de combustibles fossiles. Les principaux métaux lourds qui pourraient être trouvés dans les sédiments sont : le cadmium, le chrome, le cuivre, le plomb, le mercure, le nickel, le sélénium, l’arsenic et d’autres éléments spécifiques. Ces polluants peuvent être fixés sur la phase minérale et la phase organique des sédiments.

2.3.3.2. Les polluants organiques :

2.3.3.2.1. Le tributylétain (TBT) :

Plusieurs types de peintures sont utilisés afin de protéger les navires contre la fixation d’organismes vivants sur leur coque. Ces peintures contiennent une matière active appelée le TBT ou tributylétain (TBT). A raison de5 μg/cm2/jour, ces matières sont dispersées du fait des opérations de stationnement et d’entretien [15]. Dans les sédiments, les TBT font partie de la famille des composés organostanniques et peuvent exister sous deux différentes formes organiques dégradées : le monobutylétain (MBT) et le dibutylétain (DBT). Toutefois, le TBT est une molécule dégradable par action photolytique ou microbiologique et est stable car sa durée de demi-vie peut aller jusqu’à 19 ans selon des études en mésocosmes. Enfin le (TBT) peut avoir des impacts négatifs sur la flore et la faune aquatiques lorsqu'il est présent en fortes quantités. On citera par exemple l’influence sur la calcification de certaines huitres, les problèmes de croissance ainsi que de reproduction des poissons [15].

2.3.3.2.2. Les polychlorobiphényles (PCB) :

Les polychlorobiphényles désignent une famille de composés organochlorés de formule chimique C10H10−nCln et regroupant pas moins de 209 congénères (en fonction du nombre d’atomes de chlore). Il est important de signaler que les PCB sont utilisés comme additifs dans les peintures, les encres et possèdent les propriétés suivantes : composés semi-volatils, hydrophobes et persistants [15]. Les PCB sont issus des rejets urbains, des décharges de

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matériaux usagés et sa présence dans les sédiments de dragage et accentuée par la finesse et la présence de MO [16]. Leur toxicité a été prouvée comme étant à l’origine de bon nombre d’anomalies chez les êtres vivants : hypertrophie hépatique, effets cancérigènes, chloro-acné, altération des fonctions reproductrices, etc [15].

2.3.3.2.3. Les hydrocarbures polyromatiques (HAP) :

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des noyaux aromatiques associés à des atomes de carbone [15] ; [16]. Ils pourraient avoir pour origine :

 La sécrétion par des organismes vivants (biosynthèse)

 L’utilisation de carburants d’origine fossile tel que le pétrole et ses dérivés (essence, gazole, etc.) ou encore le charbon ;

 La pyrolyse des MO à haute température, feu de forêts, combustion des charbons et pétroles.

2.3.4. La phase organique :

Les sédiments contiennent généralement des composés organiques d’origines naturelles [17], [18]. Ils proviennent, soit de débris végétaux, soit de micro-organismes, ou encore de colloïdes humiques (Figure 7). Cette phase est constituée de polymères naturels jouant un rôle important en tant que complexant. Ils peuvent constituer entre 80 % et 90 % de la fraction organique totale [19]. On distingue deux grands groupes de substances humiques : les acides humiques (insolubles dans l’eau mais solubles dans les milieux alcalins), et les acides fulviques sont solubles dans les acides et les bases [20]. Bien que la phase organique occupe seulement entre 5 % et 20 % de la masse totale des sédiments, elle joue, néanmoins, un rôle très important, car elle gouverne une grande partie des phénomènes d’interactions moléculaires. Les MO régulent la mobilité et donc la biodisponibilité d’un grand nombre de contaminants, en particulier les composés organiques non ioniques [21]. En plus de la composition complexe et variable des sédiments, plusieurs autres paramètres tels que leur pH, leur potentiel redox, leur salinité, leur teneur en oxygène et en sulfure, gèrent la répartition des contaminants entre les différentes phases d’un sédiment, ainsi que leur biodisponibilité. Les MO seront discutées plus amplement à la fin du chapitre I.

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