Réutilisation des boues comme matériaux de substitution dans la construction

Cette approche de valorisation des boues permet de réduire l’extraction de matières premières dans la production de matériaux de construction. La composition inorganique des boues les rend utilisables dans la production de matériaux de construction notamment dans la fabrication de ciment (Levlin, 1998, in Zink, 2005 ; Simonyi et al., 1977 in Rakotonimaro et al., 2017). En effet, des boues de traitement de DMA pouvaient être ajoutées au ciment en quantité inférieur à 5% sans pour autant compromettre la résistance à la compression du béton (Simonyi et al., 1977 in Zink, 2005). Comme le stipule Zink (2006), puisque plusieurs des constituants des boues sont les mêmes que ceux utilisés dans la fabrication du ciment, l’utilisation des boues à ce niveau devient une option importante. Le gypse, la calcite, la silice, l’Al et le Fe sont les principales matières premières qui constituent le ciment. Le pourcentage d’aluminium élevé des boues provenant du traitement du DMA de certaines mines de charbon et d’or sont utiles pour produire un ciment alumineux (Lubarski et al., 1999 in Rakotonimaro et al., 2017).

L’utilisation d’un agent liant constitué de ciment, de chaux et de boues (après séchage et pulvérisation) dans le béton peut remplacer jusqu’à 30% du ciment Portland dans le mélange habituel (Tay et Show, 1991, in Rakotonimaro et al., 2017). Dans ce cas, le but recherché est que l’ajout de boues réduise le pourcentage du liant dans le béton. En effet, l’ajout de 5 à 20% de boues dans du béton a permis d’améliorer la résistance à la compression du béton (Zink et Griffith, 2006).

Comme approche de valorisation, l’utilisation des boues dans la fabrication de brique a été aussi étudiée. Les études ont montré que le pourcentage de boue, la température et le temps de cuisson sont des facteurs clés pour la fabrication de brique de bonne qualité. En effet, les briques qui durcissent sur une longue période à une température plus élevées avaient une plus grande résistance à la compression (Simonyi et al., 1977, in Rakotonimaro et al., 2017). Dans cette optique, Weng et al. (2003) ont étudié les conditions appropriées de l’utilisation des boues séchées comme substitut de l’argile dans la fabrication de briques. Un mélange avec une proportion en boues de 10% et une teneur en humidité optimale de 24% préparé à une température de cuisson comprise entre 880 et 960°C produit des briques de bonne qualité (Weng et al., 2003). Rouf et Hossain (2003) ont montré qu’avec un pourcentage de boues (contenant de l’As et de Fe) de 15 à 25 % en masse et une humidité optimale de 15 à 18% à une température de cuisson de 1000°C pendant 6 heures, des briques de bonne qualité pouvaient être fabriquées. De plus, ces briques présentaient une plus grande résistance à la compression par rapport aux briques d’argiles normales et la libération d’arsenic était moindre. Mais un pourcentage massique de boues inférieur à 6% était recommandé (Hassan et al., 2014, in Rakotonimaro et al., 2017). Des briques composées de plus de 4% de boues contenant de l’arsenic ne présentaient pas de bonne qualité et convenaient pas à la fabrication de mortier (Mahzuz et al., 2009, in Rakotonimaro et al., 2017). Par conséquent, selon Rakotonimaro et al. (2016) les boues contenant de l’arsenic ne sont pas appropriées pour la fabrication de briques mais les boues contenant à la fois de l’arsenic et du fer sont plus souhaitables. Des études supplémentaires restent donc requises pour une utilisation des boues contenant de l’arsenic à cause de la toxicité élevée de celui-ci.

Un « controlled low-strength material » (CLSM) est un matériau cimentaire qui, après durcissement, permet de stabiliser les tranchées des remblais avec des propriétés qui sont similaires aux caractéristiques des sols stabilisés (Gabr et Bowders, 2000). Selon Abdo et al. (2007), ces matériaux utilisent le principe des remblais hydrauliques avec un dosage de ciment très faible, résistent bien au gel et présentent une résistance moyenne en compression à 28 jours comprise entre 0,3 et 1 MPa. Leur stabilité et leur capacité portante sont essentiellement obtenues par l’évacuation d’une forte quantité d’eau dans les matériaux encaissants, par l’empilement optimal des granulats et par la prise et le durcissement du ciment. Au Canada, ces produits sont généralement utilisés dans les remblais sous chaussée et en assise de chaussée sous la couche de roulement dans les zones à faible trafic. Gabr et Bowders (2000) ont étudié les propriétés physiques et de résistance d’un

CLSM formé par la combinaison de boues de DMA et de cendres volantes pour réduire le pourcentage de ciment habituellement utilisé pour stabiliser les tranchées. Ces auteurs ont montré qu’un mélange composé de 10% de boues, 2,5% de ciment Portland et de 87,5% de cendres volantes présentaient de bonnes résistances à la compression et les propriétés physiques requises pour être utilisé comme CLSM pour stabiliser les tranchées après excavation.

L’utilisation de remblai en pâte est une pratique courante dans le secteur minier. Benzaazoua et al., (2006) ont étudié le potentiel d’utilisation de remblai minier en pâte en y incorporant des boues de traitement de DMA. L’objectif de leur étude était de développer et d’évaluer la performance de nouvelles techniques de remblai en pâte cimentée en incorporant diverses boues de traitement dans les mélanges de pâte classiques. Ils ont constaté que l’ajout de boues à faible pourcentage (entre 0,15 et 0,30%) a un effet négatif, notamment une perte de résistance, sur les matériaux à base de ciment Portland. Mais l’ajout de boues sur les liants à base de scories permettait d’atteindre des résistances plus élevées et un durcissement à long terme. De plus, les boues n’avaient pas d’impact négatif sur la lixiviabilité des métaux contenus dans le remblai en pâte cimenté.

L’ajout d’une petite quantité de boues (entre 0,15 et 0,30% en masse totale de solides secs) au remblai en pate cimenté permettait de stabiliser les contaminants dans la matrice de remblai sans réduire sa résistance mécanique (Benzaazoua et al., 2006).