Comportement hydromécanique d’une boue draguée modifiée par des agents de durcissement composites issus de déchets industriels

Transformer la boue en terre nouvelle

Sur de nombreuses côtes densément peuplées, les villes manquent littéralement de terrain constructible. Une façon de créer de nouvelles terres consiste à pomper de la boue molle, ou boue de dragage, du fond marin vers des zones peu profondes puis à la laisser se raffermir pour obtenir un sol utilisable. Mais cette boue ressemble davantage à une soupe aqueuse qu’à un sol solide : elle contient beaucoup d’eau, comporte des particules très fines d’argile et s’écoule extrêmement lentement. Lorsque les ingénieurs tentent d’en extraire l’eau à l’aide de systèmes de vide, la boue obstrue souvent les drains et refuse de sécher. Cette étude explore une manière plus intelligente et plus écologique d’aider cette boue à se rigidifier et à s’écouler, en utilisant des sous‑produits industriels au lieu de fortes quantités de ciment conventionnel.

Pourquoi la boue du fond marin est si difficile à dompter

La boue draguée des ports autour de Shanghai arrive avec plus du double de son poids en eau et plus de la moitié de ses particules sont de taille argileuse. Dans cet état, elle n’a presque aucune résistance et laisse à peine passer l’eau. Les ingénieurs utilisent couramment une méthode appelée préchargement par vide : des drains verticaux en plastique sont enfoncés dans la boue, un vide est appliqué à la surface et l’eau est aspirée vers le haut pour que le sol se tasse et se renforce. Cependant, avec une boue aussi fine et adhésive, les particules s’agglutinent autour des drains et forment des cylindres serrés de sol presque imperméable. Ces « colonnes de sol » étouffent les voies d’évacuation, de sorte que certaines zones se dessèchent tandis que d’autres restent molles, ralentissant les chantiers et augmentant les coûts.

Mélanger des poudres de déchets pour obtenir un additif utile

Pour lutter à la fois contre l’obstruction et l’impact climatique, les chercheurs ont testé des agents de durcissement composés d’un mélange de ciment ordinaire, de chaux et de deux déchets de l’industrie sidérurgique : laitier d’acier et laitier de haut fourneau. Plutôt que de durcir complètement la boue en blocs semblables au béton, l’objectif était d’utiliser des dosages très faibles — de l’ordre de 1 à 5 % de la masse sèche du sol — pour créer un cadre semi‑solide capable de supporter des charges tout en laissant des canaux ouverts pour l’évacuation de l’eau. En laboratoire, ils ont d’abord reconstitué la boue aqueuse, puis ont incorporé différentes proportions des quatre poudres. Ils ont suivi la quantité d’eau exsudée au fil du temps dans des cylindres hauts puis ont réalisé des essais de consolidation unidimensionnelle standard, qui mesurent la vitesse et l’amplitude du tassement du sol sous charge.

Trouver le compromis entre résistance et drainage

Les essais ont révélé un seuil clair près d’un dosage total d’additif de 2 %. En dessous de ce niveau, la boue restait trop molle et avait tendance à se comprimer fortement, même si le drainage s’améliorait. Au‑dessus d’environ 3 %, le mélange commençait à se comporter comme un solide rigide : il résistait à toute compression supplémentaire mais arrêtait aussi d’évaporer beaucoup d’eau, ce qui est mauvais pour les systèmes de vide qui dépendent de l’écoulement. À environ 2 %, toutefois, un squelette semi‑solide se formait. La boue pouvait supporter la charge appliquée tout en permettant encore le passage de l’eau. Par rapport à la boue non traitée, l’ajout de 1 % de ciment doublait à triplait approximativement sa perméabilité, tandis que 2 % l’augmentaient d’environ quatre à cinq fois — ce qui permettait à l’eau de s’échapper bien plus facilement et accélérant l’amélioration du sol.

Rendement accru du ciment grâce aux laitier d’acier et de haut fourneau

L’équipe a ensuite cherché à savoir si des sous‑produits industriels pouvaient remplacer la majeure partie du ciment sans sacrifier les performances. Ils ont maintenu le dosage total à 2 % et ont progressivement remplacé le ciment par du laitier d’acier, du laitier de haut fourneau et une petite quantité de chaux. Une formulation contenant environ 40 % de laitier d’acier montrait déjà une stabilisation plus rapide lors des essais d’exsudation. Lorsque 40 % de laitier et 7–9 % de chaux ont été ajoutés au mélange, les résultats ont été particulièrement prometteurs : la boue modifiée conservait sa perméabilité accrue — environ deux à trois fois celle de la boue non traitée — même sous charges plus élevées, tout en se consolidant efficacement. Fait remarquable, ce mélange le mieux performant utilisait environ 80 % de ciment en moins que la référence entièrement cimentaire tout en maintenant ou en améliorant le comportement de drainage.

Comment les particules microscopiques reconstruisent le squelette du sol

Au niveau microscopique, ces poudres modifient la boue de deux manières principales. D’abord, les composants riches en calcium du ciment et de la chaux réagissent rapidement avec les surfaces chargées des argiles, déclenchant la floculation : les fines particules s’agglomèrent en agrégats plus gros, ouvrant des interstices plus larges entre eux pour que l’eau circule plus librement. Ensuite, avec le temps, des réactions entre le calcium, la silice et l’aluminium présents dans le sol et les laitier industriels forment de nouveaux gels et cristaux minéraux, tels que l’hydroxyde de silicate de calcium et l’étranglement en aiguilles (ettringite). Ces produits relient les agrégats floculés en un squelette stable qui résiste au fluage à long terme sans obstruer toutes les voies de drainage. Les mélanges composites soigneusement dosés trouvent un équilibre entre la construction de ce squelette et la préservation d’assez de canaux ouverts.

Construire plus proprement sur de nouveaux terrains côtiers

En termes concrets, l’étude montre que nous pouvons transformer la boue portuaire aqueuse en terrains constructibles de façon plus efficace et avec une empreinte carbone moindre en « assaisonnant » la boue avec un petit mélange bien choisi de poudres, dont la plupart sont recyclées de la production d’acier. Un dosage total d’environ 2 % crée un sol semi‑solide et bien drainé, moins susceptible d’obstruer les drains sous vide, qui se consolide plus rapidement et reste solide. Remplacer la majeure partie du ciment par du laitier d’acier, du laitier de haut fourneau et de la chaux conserve ces performances tout en réduisant fortement l’utilisation d’un ciment énergétiquement coûteux. Pour les villes côtières confrontées à la rareté des terrains et à la nécessité de réduire leurs émissions, cette approche offre une voie pratique et moins carbonée pour s’étendre en toute sécurité sur des terres récupérées.

Citation: Liu, Y., Zhang, H., Liu, X. et al. Hydromechanical behavior of dredged slurry modified with industrial waste composite curing agents. Sci Rep 16, 11217 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41409-2

Mots-clés: boue draguée, préchargement par vide, réutilisation des déchets industriels, amélioration des sols, remblaiement côtier