Caractérisation de géomatériaux naturels et anthropiques et valorisation dans la formulation de ciments sulfobélitiques et géopolymères à base d'argiles et de déchets miniers.

Le projet

Maroc, Tunisie
Mounir MEDHIOUB - Abdelilah DEKAYIR

Les activités minières sont à l'origine de la production d'une grande quantité de déchets potentiellement contaminés et donc pouvant présenter de fortes teneurs en éléments métalliques et métalloïdes. En effet, le procédé d'extraction d'un minerai et de préparation s'accompagne également de la production de déchets composés de phases minérales héritées ou néoformées riches en éléments métalliques et métalloïdes (phases porteuses). Ces déchets sont le plus souvent déposés soit dans des bassins de décantation soit entreposés en tas sans aucun aménagement constituant ainsi une source potentielle de pollution. Outre le fait de la présence d'éléments contaminants, ces matériaux ont une forte réactivité du fait de leur granulométrie fine causée par l'étape de broyage lors du traitement du minerai entraînant une augmentation de la surface spécifique. Les déchets ainsi déposés ou stockés seront soumis aux intempéries provoquant une dissémination potentielle des contaminants par érosion éolienne et/ ou hydrique vers l'environnement (sols, plantes, eau et chaine alimentaire). Ce phénomène est accentué en contexte méditerranéen, du fait de l'intensité de certains évènements climatiques. Les éléments métalliques et métalloïdes contenus dans ces déchets peuvent ainsi être transportés sous la forme particulaire ou dissoute. La connaissance de la nature des phases porteuses des métaux et métalloïdes (spéciation) et des conditions environnementales peuvent nous informer sur la pérennité du piégeage de ces éléments au sein des déchets miniers. L'un des facteurs prépondérants dans la dynamique du transfert de ces éléments est la percolation des eaux météoriques à travers ces déchets puisque les interactions eau- déchets peuvent entraîner la déstabilisation des phases porteuses permettant ainsi la formation de nouvelles phases solides (phases minérales secondaires) entraînant un relargage potentiel des ETM vers les différents compartiments de l'environnement. Ilest donc indispensable de limiter la dissémination des contaminants et des particules contaminées. En raison des volumes de matériaux miniers et des coûts associés à une décontamination par stockage, il serait intéressant d'envisager une voie de valorisation potentielle et/ou de réduire la source de contamination. Cette initiative existe déjà dans les bétons mais elle est relativement limitée du fait de la diminution de leur propriété mécanique, de leur faible résistance en conditions acides ou au feu, de la faible immobilisation à grande teneur en contaminants et enfin de l'énergie nécessaire à la fabrication du clinker (fort dégagement de CO2). Afin de répondre à ces problématiques inhérentes aux ciments usuels et mortiers, une nouvelle voie de valorisation toujours par la voie alcaline mais selon un procédé de formulation de ciments sulfobélitiques et de géopolymères à base d'argiles et de déchets miniers peut être envisagée. De nos jours, les recherches de nouveaux liants cimentaires contenant des solutions à base de silicates ou d'alumino silicates alcalins, pouvant être utilisés dans les écomatériaux de construction, dans le stockage ou encore mieux l'inertage des déchets font l'objet de nombreux développements. Ils ont pour buts la valorisation des différentes substances naturelles associées ou non à des coproduits industriels, la diminution du coût énergétique de certains matériaux finis. Les ciments sulfobélitiques et les géopolymères constituent une réelle alternative par exemple au ciment portland du point de vue économique et technique ou encore aux briques traditionnelles à basse température. En Tunisie (Nord Ouest) de grandes quantités de déchets miniers ont été laissées à l'abandon. ces matériaux constituent une grande réserve de matière première minérale potiellement utilisable. La présence de contaminants dans ces stériles (Pb, Z,, Cd, As, Sb..) peut causer des problèmes d'ordre environnementaux et c'est pour cela que leurs insertions dans la structure de ces nouveaux matériaux (meilleures propriétés mécaniques) serait souhaitable.Le choix des matières premières naturelles de réactivité totalement différentes est un enjeu économique, de par la réduction des coûts des matières premières, mais aussi un enjeu environnemental, en termes de préservation des ressources naturelles (sols, eaux) avec aussi l'utilisation de produits recyclés ou encore de diminuer l'impact environnemental des déchets miniers. Ce projet propose de valoriser comme matières premières des argiles de différentes provenances, des matériaux silicatés et des déchets miniers.

Catégorie R&D (Académique, finalisée, technologique, transfert) et pré-pendant- ou post activité minière
Il s'agit d'un projet qui regroupe plusieurs aspects d'ardre académique, transfert de technologie à travers la formulation d'écomatériaux. Un travail qui se place en terme de chronologie après l'exploitation et le traitement du minerai puisque la plupart
Principles disciplines du projet
Sciences Géologiques, Chimie, Pédologie, Biologie
Principales thematiques du projet
Identification et caratérisation des matériaux naturels et anthropiques, formulation des nouveaux matériaux, compréhension des réactions de condensation lors des formulations en utilisant des techniques de pointe (MEB, MET, IR, RMN), Evaluation du comport
Equipes chercheurs et ingénieurs (nom, prénom, institution, discipline)
  • Mounir MEDHIOUB, Professeur Minéralogie-Pétrologie-Géochimie-Pédologie, Faculté des Sciences de Sfax, département des Sciences de la Terre
Partenaires académiques scientifiques
Professeur Abdelilah DEKAYIR et ses collègues de la Fac des Sciences de Meknès
Partenaires industriels
Office National des Mines (O.N.M)
Partenaires sociétés civiles
Non spécifié
Partenaires collectivites
A.N.P.E (Agence Nationale pour la Protection de l'Environnement)
Duree du projet
3 ans

Valorisation du projet

Publication dans quelle revue, colloques, ateliers de restitution nationaux ou internationaux, livres, film
FAKHFAKH. E, KHIARI. I, HAJJAJI. W, MEDHIOUB. M, ROCHA. F, GALINDO. A.L., JAMOUSSI. F (2015) - Production of Lightweight Aggregates from Phosphate Washing Plant Sludge, Engineering Geology For Society and Territory, Volume 5, Urban Geology Sustainable Planning and Landscape exploitation, G. Lollino et al. (Eds.), pp.59- 63DOI: 10.1007/978-3-319-09048-1_11, © Springer International Publishing Switzerland 201. NOUAIRI. J, MEDHIOUB. M, SENFF. L, HAJJAJI. W, ROCHA. F, NOVAIS. R, BERUBERRI. L, LABRINCHA. J.A (2015) - Mining tailing reuse in sulfobelitic clinker formulations, Wastes Solutions, Treatments, Opportunities, Candida Vilarinho, Fernando Castro and Marion Russo (Eds), CRC Press Taylor and Francis group, London, ISBN 978-1-138-02882-1, pp. 183-188. NOUAIRI J., COSTA C.S, HAJJAJI W., SENFF L., PATINHA C., FERREIRA DA SILVA E., LABRINCHA J.A., ROCHA F., MEDHIOUB M. (2017) – Study of Zn-Pb ore tailings and their potential in cement technology, Journal of African Earth Sciences, DOI : 10.1016/j.jafrearsci.2017.11.004. NOUAIRI J., HAJJAJI W., LABRINCHA J.A., PATINHA C., FERREIRA DA SILVA E., ROCHA F., MEDHIOUB M. (2017) – Former extractive activities in Tunisia : environmental risk assessment and heavy metals immobilization. Recent Advances in Environmental Science from the Euro-Mediterranean and surrounding regions, Advances in Science, Technology and innovation, https: // doi. Org/ 10. 1007/ 978-3-319-70548- 4_146. HBAIEB R., SOUBRAND M., JOUSSEIN E., MEDHIOUB M. (2017) – Speciation, oral bioaccessibility and health risk assessments of Cd, Pb and Zn in agricultural soils contaminated by mine tailings in Mediterranean environment. Recent Advances in Environmental Science from the Euro-Mediterranean and surrounding regions, Advances in Science, Technology and innovation, https: // doi. Org/ 10. 1007/ 978-3-319-70548- 4_752. LAZAAR S., JOUSSEIN E., SOUBRAND M., COURTIN NOMADE A., HBAIEB R., MONNERON-GUYRITS M., MEDHIOUB M. (2017) - From the characterization, geochemical behavior and health risk assessments of Tunisian Phosphogypsum to a potential way of inserting and valorization. Recent Advances in Environmental Science from the Euro-Mediterranean and surrounding regions, Advances in Science, Technology and innovation, https: // doi. Org/ 10. 1007/ 978-3-319-70548- 4_751.