Comportement thermique des mâchefers à long terme : étude préliminaire

Laurent Guillou-Frottier (1)

1 BRGM - Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM)

Ce travail présente une étude de faisabilité pour le montage d’un laboratoire expérimental, destiné spécifiquement à la compréhension des processus thermiques au cours de la maturation des mâchefers. A partir de quelques courbes expérimentales décrivant l’évolution de la température au sein d’un mâchefer soumis à une carbonatation accélérée (Bodénan et Piantone, 1999), une analyse critique est décrite (conditions de l’expérience, représentation biaisée de l’évolution thermique). Ces courbes sont alors analysées dans leurs détails, et il est montré que des phénomènes insoupçonnés peuvent être enregistrés thermiquement (présence de convection thermique, possibilité de présence de plusieurs réactions exothermiques, variations dans le processus de refroidissement selon la composition du mâchefer, etc). Une modélisation théorique du refroidissement d’une colonne de mâchefer est comparée avec les données expérimentales obtenues. Malgré la simplification du modèle (conduction pure dans une plaque isolée par les côtés), il est possible de prédire qu’au cours de la carbonatation, les propriétés thermiques se modifient au cours du temps, ce qui s’explique par l’apparition de minéraux néoformés. En particulier, la diffusivité thermique diminue d ’un facteur 5 environ entre le début de l ’expérience (le mâchefer est riche en « ferrailles ») et la fin de la carbonatation, où la valeur de la diffusivité se rapproche de celle des roches terrestres. La compréhension du comportement thermique d’un matériau soumis à des sollicitations contrôlées ne peut que valoriser et améliorer les informations obtenues sur l’évolution chimique et minéralogique de ce matériau. Dans le cas d’un mâchefer, le fait que les propriétés thermiques semblent évoluer de façon continue au cours du temps, nécessite une approche expérimentale, et si possible le développement d’une approche numérique et théorique nouvelle où les « constantes » thermiques seraient en réalité fonction du temps. L’approche expérimentale préconisée permettrait de mieux caractériser ce matériau complexe, de comprendre les transferts thermiques qui sont mis en jeu en fonction des diverses conditions initiales (composition, taux d’humidité, etc). Enfin, l’approche thermique devrait, à plus long terme, permettre de suggérer des géométries optimales de stockage afin de mieux appréhender les contraintes environnementales.

Domains: Environmental Engineering

Laurent Guillou-Frottier. Comportement thermique des mâchefers à long terme : étude préliminaire. Colloque MIOM 2001 : Quel avenir pour les MIOM ?, Oct 2001, Orléans, France. 2001. ⟨hal-01133041⟩