23/11/2012 - Soutenance de thèse de Carlota Pons

Carlota PONS soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

Durabilité des géomembranes en polythylène haute densité utilisées dans les installations de stockage de déchets

 

Le vendredi 23 novembre à 14h dans l'amphithêatre Freyssinet du Bâtiment Nobel de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées

19, rue Alfred Nobel, 77420 Champs-sur-marne

 

Directeur de thèse : Fabienne Farcas (Ifsttar)

Co-directeur de thèse : Bruno Fayolle (Arts et Métiers ParisTech)

 

Jury
Manuel Blanco Fernandez, Directeur Division Matériaux, Laboratorio Central de Estructuras y Materiales CEDEX, Madrid, Rapporteur, 

Vincent Verney, Professeur, Institut de Chimie de Clermont Ferrand, Université Blaise Pascal, Rapporteur,

Laurent Mazéas, Ingénieur de Recherche, Irstea, Examinateur,

Patrick Pierson, Professeur, Université Joseph Fourier Grenoble, Examinateur,

Emmanuel Richaud, Maître de conférence, Arts et Métiers ParisTech, Examinateur,

Marie Lanöe, Ingénieur, VEOLIA Propreté, Invité,

Marie-Lise Sablayrolles, Responsable Projet R&D, SUEZ Environnement, Invité.
 

Résumé 
Les géomembranes (GMB) en polyéthylène haute densité (PEHD) sont utilisées comme barrière d’étanchéité dans les installations de stockage de déchets non dangereux (ISDND). Malgré les bonnes propriétés initiales du PEHD, face aux agressions chimiques et biologiques d’un lixiviat de déchets et aux contraintes thermiques et mécaniques générées par le massif de déchets, sa durabilité reste une question ouverte. L’objectif de cette thèse est de contribuer au développement d’un modèle cinétique non empirique de prédiction de la durée de vie des GMB en PEHD, qui prend simultanément en compte les effets du vieillissement chimique et biologique. Pour cela, nous cherchons à déterminer d’une part les paramètres d’extraction des antioxydants constitutifs des GMB, première étape du vieillissement des GMB, et d’autre part les paramètres cinétiques de vieillissement oxydatif des PE, deuxième étape de vieillissement. Ceci nécessite de connaître et de comprendre les mécanismes physico-chimiques impliqués dans le vieillissement des PE dans les conditions particulières des ISDND. A partir d’une approche multi-échelle (macro-micro) et à l’aide de différentes techniques (IRTF, GPC HT, AED, essais de traction,…), nous évaluons l’impact du vieillissement accéléré sur la composition chimique, les structures macromoléculaire et cristalline ainsi que les propriétés d’usage des GMB et des films en PEHD. Cette étude a permis de déterminer un critère de fin de vie pertinent pour évaluer la durée de vie de la GMB : la fragilisation qui correspond à une masse molaire critique M’C d’environ 100 kg.mol-1. Enfin, dans une dernière partie, la même approche multi-échelle a été utilisée pour caractériser la dégradation de GMB vieillies 17 ans en bassin de stockage d’eau pour ainsi déterminer les mécanismes impliqués dans le vieillissement sur site.

Mots clés
Géomembrane, polyéthylène, lixiviat, durabilité, perte d’antioxydants, thermo-oxydation, biofilm, fragilisation

 

ABSTRACT
High Density PolyEthylene (HDPE) geomembranes (GMB) are used as basal liners in municipal solid waste (MSW) landfills. In spite of the good initial properties of the HDPE, his durability remains poorly known face to the chemical and biological strains of the MSW landfill leachate and the thermal and mechanical strains generated by the solid waste. The objective of this thesis is to contribute to the development of a non-empirical kinetic model for predicting HDPE GMB life cycle, that simultaneously takes into accounts the chemical and biological aging effects. For this purpose, we seek to determine on the one hand the extraction process parameters of the antioxidants present in the GMB, first step of the GMB aging, and on the other hand the kinetic parameters of the PE thermo-oxidation, second step of the GMB aging. This requires knowing and understanding the physico-chemical mechanisms involved in the PE aging in the particular conditions of MSW landfills. By using a multi-scale methodology (macro-micro) and multi-technique approach (FTIR; GPC-HT, DSC, tensile tests, …), we assess the impact of the accelerated aging on the chemical composition, on the macromolecular and crystalline structures and on the used properties of HDPE GMB and films. This study identified a relevant endlife criterion for assessing the GMB service lifetime: the embrittlement which corresponds to a critical molecular mass M’C of about 100 kg.mol-1. In the last part, the same type of multi-scale approach has been applied to characterize the degradation of HDPE GMB aged 17 years in water reservoir in order to determine the mechanisms involved in natural aging.

Keywords
Geomembrane, polyethylene, leachate, durability, antioxidant loss, thermal oxidation, biofilm, embrittlement.