Valorisation de co produits industriels en géotechnique...

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GÉOTECHNIQUE

Valorisation de co produits industrielsen géotechnique : les laitiers sidérurgiques

Samyr EL BEDOUICETE EST-LRPC Nancy

Valorisation des laitiers sidérurgiques en géotechnique

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Valorisation des laitiers sidérurgiques en géotechnique

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Valorisation des laitiers sidérurgiques en géotechnique

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Valorisation des laitiers sidérurgiques en géotechnique

Modes de production – Terminologie - Gisement

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Modes de production – Terminologie - Gisement

1

Filière “Haut-fourneau - Aciérie de convertisseur à oxygène LD ou LWS"

Filière “Aciérie électrique"

Matières premières:• Minerai *, Coke• Gravier, Calcaire

Fonte

Laitier de haut fourneau (LHF) cristallisé ou granulé

Acier brut

Laitier d‘aciérie de convertisseur à oxygène(LAC) (procédé LD ou LWS)

Matières premières :• Ferrailles

Acier brut

Laitier d‘aciérie électrique (LAFE)

Formation des laitiers sidérurgiques

*) :hématite ou phosphoreux

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Modes de production – Terminologie - Gisement

ArcelorMittalDunkerque

ArcelorMittalFlorange

ArcelorMittalFos / Mer

Dillinger Hüttenwerke Dillingen

Saint Gobain PAMPont à Mousson

Source : FFA (Fédération Française de l ’Acier)

AscométalLes Dunes

AscométalHagondange

UgitecUgine

AscométalFos/mer

: Haut-fourneaufonte

: Haut-fourneau etAciérie convertisseur LDPlats carbone

: Four électriqueLong Aciers spéciaux et inox

: Four électriqueLong Aciers courants

Iton SeineBonnières/Seine

ALPA Porcheville

SAMMonterau

Celsa France Boucau

SAM Neuves Maisons

LMETrith St Léger

Eperam AlloysImphy

: Four électriquePlat inox et alliage

: Four électriquePlaques spéciales

ErasteelCommentry

Aubert&DuvalLes Ancizes

Aubert&DuvalFirminy

Industeel FranceChateauneuf

Industeel FranceLe Creusot

WINOA Le Cheylas

: Four électriqueTôles électriques

ArcelorMittalDunkerque

ArcelorMittalFlorange

ArcelorMittalFos / Mer

Dillinger Hüttenwerke Dillingen

Saint Gobain PAMPont à Mousson

Source : FFA (Fédération Française de l ’Acier)

AscométalLes Dunes

AscométalHagondange

UgitecUgine

AscométalFos/mer

: Haut-fourneaufonte

: Haut-fourneau etAciérie convertisseur LDPlats carbone

: Four électriqueLong Aciers spéciaux et inox

: Four électriqueLong Aciers courants

Iton SeineBonnières/Seine

ALPA Porcheville

SAMMonterau

Celsa France Boucau

SAM Neuves Maisons

LMETrith St Léger

Eperam AlloysImphy

: Four électriquePlat inox et alliage

: Four électriquePlaques spéciales

ErasteelCommentry

Aubert&DuvalLes Ancizes

Aubert&DuvalFirminy

Industeel FranceChateauneuf

Industeel FranceLe Creusot

WINOA Le Cheylas

: Four électriqueTôles électriques

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Valorisation des laitiers sidérurgiques en géotechnique

(Une parenthèse Historique) Source : le laitier de h aut fournea u (J Alexa ndre &

JL Sebileau, 1 988

1. L' « ancêtre » romain du haut fourneau

2. et 3. L' « ancêtre » du laitier

1.

2.

3.

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Valorisation des laitiers sidérurgiques en géotechnique

1739 : utilisation des « scories de forge » comme granulat d’adjonction au mortier à maçonner par M. FOREST de BELIDOR, général d’artillerie et ingénieur français dans son ouvrage sur les travaux de fortification. 1828 : John PAYNE brevète un procédé de fabrication de blocs (jusqu’à 3 tonnes) pour la construction de digues de rivières et canaux. En 1853 : CUNNINGHAM découvre le principe de la granulation et LANGEN celle des propriétés hydrauliques en 1862. Suit la découverte de la laine de laitier en 1880 aux Etats-Unis.

1885 : utilisation comme ballast de voies ferrées 1890 : on manufacture les premiers ciments au laitier en France 1903 : réalisation d’une section de la route Nottingham/Radcliff et d’une route du Bois de Boulogne en Tarmacadam à base de laitier. 275 000 tonnes de ce tarmacadam ont été produites en 1948. 1920 : fabrication industrielle de briques de laitier 1955 : naissance des graves-laitiers

Depuis 1960, la France est de façon incontestable le leader de l’utilisation du laitier en assises de chaussée. Utilisé couramment dans les enrobés ou pour les bétons prêts à l’emploi.

(Une parenthèse Historique)

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Valorisation des laitiers sidérurgiques en géotechnique

La démarche de valorisation Une approche

technique régionale

CETE – Producteurs – Entreprises de TP – MOA et

MOE

2010

Une approche d'évaluation environnementale globale et

nationale

Une approche environnementale

spécifique et nationale

2011 2012

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Valorisation des laitiers sidérurgiques en géotechnique

LHF LAC LAFE Basalte Grès Calcaire[%] [%] [%] [%] [%] [%]

CaO 40 49 26 10 3 53CaO libre 6 <1 SiO2 37 14 13 51 67 3MgO 9 3 5 6 2 1Al2O3 10 2 6 14 14 < 1Fe total 1) < 1 18 26 9 4 < 1MnO < 1 3 5 < 1 < 1 < 1K2O < 1 1 2 <1Na2O < 1 2 3 <1S total 1 TiO2 1 2 1 < 1P2O5 2 < 1 < 1 < 1 < 1Cr2O3 1 2 < 1 < 1 < 1CO2 41

1) Somme Fe total : Femet. + FeO + Fe2O3 Source : FehS Duisburg

(Données en % massique)

LHF LAC LAFE Basalte Grès Calcaire[%] [%] [%] [%] [%] [%]

CaO 40 49 26 10 3 53CaO libre 6 <1 SiO2 37 14 13 51 67 3MgO 9 3 5 6 2 1Al2O3 10 2 6 14 14 < 1Fe total 1) < 1 18 26 9 4 < 1MnO < 1 3 5 < 1 < 1 < 1K2O < 1 1 2 <1Na2O < 1 2 3 <1S total 1 TiO2 1 2 1 < 1P2O5 2 < 1 < 1 < 1 < 1Cr2O3 1 2 < 1 < 1 < 1CO2 41

1) Somme Fe total : Femet. + FeO + Fe2O3 Source : FehS Duisburg

(Données en % massique)

Caractéristiques chimiques

Ordres de grandeur

Risque d'expansion volumique

MVR élevée

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LHFFraiche prod

LACLAFELHF crassier

Eruptifs Silico Calc

Calcaires

Caractéristiques mécaniques

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Domaines d'emploi en technique routière (LHF)Utilisation généralisée :- traitée & non traitée- traitée au LH / CEM / Hydrocarboné

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Domaines d'emploi en technique routière

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Précautions d'emploi

Matériaux frottants == > forte énergie de compactage

Porosité importante == > « surconsommation » de bitume

Teneur en CaO et MgO libre pour les LAC (et peu les LAFE) – ne concerne pas les LHF

Essai d'expansion (LRNancy) Gonfle sur chantier Absence/lacune de drainage

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Prescriptions environnementales

Type 1

Type 2

Type 3

Extrait guide SETRA

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LHF : un exemple réussi de valorisation industrielleEN 12620 Granulats pour béton

EN 13043 Granulats pour mélanges hydrocarbonés et pour enduits superficiels utilisés dans la construction des chaussées, aérodro-mes, et d ’autres zones de circulation

EN 13055 Granulats légers

EN 13139 Granulats pour mortiers

EN 13242 Granulats pour matériaux traités aux liants hydrauliques et matériaux non traités utilisés pour les travaux de génie civil et pour la construction des chaussées

EN 13383 Enrochements

EN 13450 Granulats pour ballasts

EN 13285 Graves non traitées

EN 14227-2 Mélanges traités aux liants hydrauliques

(Dillingen - ALL)

Nouvel enjeu :Qualifier cette valorisation dans le concept d'économie circulaire= > une nouvelle certification ?

Circular Economic report

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LAC : des perspectives d'optimisationLimites d'emploi liées à la teneur en CaO et MgO libre

Inertage au stockage(Auriol & al, 2002 – Da Silveira & al, 2005)

Techniques inadaptées

Elaboration – formulation(Rayssac & al, 2009)

Mélange LAC (LLD) et matériaux inertes

Travail sur formules discontinues(en cours...)

Améliorer la caractérisation(AGREGA, 2008-2013)

Adapter l'emploiEn enduits ou couche de roulement :=> couche facile en reprise=> enrobés => imperméabilité

En terrassement :=> utilisation en traitement de sols

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439 (18,9%)155 (6,7%)19(0,8%)

3(0,1%)

1714 (73,5%)

2009

Total = 2 328 996 tonnes

Granulats (LHF cristallisé)

Ciments et LHR (LHF vitrifié)

En graves-laitier (LHF vitrifié))

En stock

Autres

Unité = KT

439 (18,9%)155 (6,7%)19(0,8%)

3(0,1%)

1714 (73,5%)

2009

Total = 2 328 996 tonnes

Granulats (LHF cristallisé)

Ciments et LHR (LHF vitrifié)

En graves-laitier (LHF vitrifié))

En stock

Autres

Unité = KT

27 (2%)144 (9%)

119 (7%)

259 (16%)

30 (2%)

1 011 (64%)

2009

Total = 1 590 760 tonnes

27 (2%)144 (9%)

119 (7%)

259 (16%)

30 (2%)

1 011 (64%)

2009

Total = 1 590 760 tonnesTP

Construction (béton)

Travaux hydrauliques

En stock

En CET

Recyclage interne

AutresUnité = KTSource :

TP

Construction (béton)

Travaux hydrauliques

En stock

En CET

Recyclage interne

AutresUnité = KTSource :

Quelques chiffres....