Excavation
L’excavation est généralement "LE" moyen de résoudre les problèmes de contamination des sols, petits et relativement simples, et elle comporte aussi le moins d'incertitudes possible. En outre, cette technique est relativement peu coûteuse compte tenu de la durée limitée de la mise en œuvre. De plus, grâce à un système d’extraction des eaux souterraines, il est possible de creuser plus profondément que le niveau naturel des eaux souterraines.
Des contaminations complexes du sol, par exemple des contaminations du sol avec des solvants chlorés, sont par contre généralement caractérisées par
(i) d’une part, un noyau de contamination très concentré de taille relativement limitée mais avec des concentrations très élevées et
(ii) d’autre part, un panache diffus avec des concentrations plus faibles, mais parfois de dimensions larges. Pour les contaminations complexes du sol, on peut mettre en œuvre une excavation pour s’attaquer au noyau de la contamination du sol. L’excavation d’un volume limité de matériaux fortement contaminés permet souvent de retirer la majeur partie de la charge polluante. De plus, l’enlèvement du noyau permet de s’assurer que le panache ne soit plus alimenté par les paramètres polluants. Dans ce type d’élimination de noyaux, l'élaboration et la mise en œuvre stratégiques de l'extraction sont très importantes pour la réalisation du but de l’assainissement.
En revanche, l'excavation est moins adaptée à la gestion du panache de contamination dans le cas de contaminants complexes du sol. En raison des concentrations plus faibles de paramètres polluants, l'excavation réduit également la charge polluante et donc l'efficacité (kg de charge polluante / € de prix de revient) des ressources utilisées. Pour l'approche du panache, dans de nombreux cas, on utilise alors une technique dite in situ, dans laquelle le sol n'est pas enlevé, mais la contamination est extraite ou dégradée sur place.
Oxydation chimique in situ (ISCO)
L’oxydation chimique in-situ (ISCO) est une technique d’assainissement des sols par laquelle on introduit dans le sol un oxydant chimique (peroxyde d’hydrogène, persulfate de potassium, permanganate de potassium, ozone, ozone+peroxyde d’hydrogène,…), éventuellement en combinaison avec un activateur. Quand l’oxydant chimique entre en contact avec la contamination organique, celle-ci se décompose en CO2, en eau et en sels.
Les oxydants chimiques réagiront également avec la matrice du sol. La quantité des oxydants qui sera consommée par le sol est généralement plus élevée que la quantité d’oxydants qui est nécessaire pour détruire la contamination. Une détermination de la demande de matrice du sol en laboratoire pour une application sur le terrain est dans la plupart des cas recommandée pour déterminer la faisabilité économique de la technologie et le dosage des oxydants. Sodecon dispose de son propre laboratoire pour effectuer ces tests de faisabilité.
Réduction chimique in situ (ISCR)
Avec l’ISCR, un agent réducteur est injecté dans le sol pour réduire chimiquement les composants organiques, pour stimuler la biodégradation anaérobie ou pour réduire les métaux tels que le Cr(VI).
L’application la plus connue est l’utilisation du fer zérovalent pour éliminer les contaminations avec des solvants chlorés. L’inconvénient de fer est qu’il n’est pas soluble et qu’il ne peut donc pas être facilement être injectée dans le sol. Les applications suivantes sont possibles :
- Injection de fer micrométrique : une boue de fines particules est injectée dans le sol pour traiter la contamination. Pendant le processus d’injection des fractures sont créées dans lesquelles la boue est injectée.
- Injection de nanoparticules de fer : des nanoparticules de fer sont plus petites que les pores du sol et peuvent donc être injectées plus facilement que le fer micrométrique. Cependant, il est plus cher que le fer micrométrique et sera consommé plus rapidement.
- Barrière réactive perméable : le fer granulaire est appliqué dans une tranchée perpendiculaire à l’écoulement de la nappe phréatique. Les eaux souterraines contaminées s’écoulent à travers la barrière sont traitées par le fer qui s’y trouve.
L’ISCR peut également être utilisé pour réduire le Cr(VI) en Cr(III), moins nocif. Le fer zérovalent peut être utilisé à cette fin mais aussi d’autre produits tels que le dithionite et le polysulfure.
Stimulation de la biodégradation
De nombreux composants organiques peuvent se décomposer naturellement. Parfois, les conditions de décomposition appropriées sont déjà présentes dans le sol et les composants se dégradent suffisamment rapidement pour éliminer la contamination dans un délai raisonnable. Dans la plupart des cas, le taux de dégradation est limité et peut être considérablement augmenté par ajouter un additif. La stimulation de la biodégradation peut être divisée en 3 catégories :
- Stimulation oxydative : un accepteur d’électrons est ajouté pour stimuler la dégradation de la contamination. L’oxygène est l’accepteur le plus couramment utilisé, mais le nitrate et le sulfate peuvent également être injectés comme accepteurs d’électrons alternatifs. L’application la plus courante est la stimulation oxydative de l’huile est des composés BTEX.
- Stimulation réductrice : en ajoutant un donneur d’électrons, des conditions réductrices sont créées dans le sol. Dans ces conditions, les polluants sont utilisés comme accepteur d’électrons par des bactéries spécialisées. Cette méthode est souvent utilisée pour la biodégradation réductrice des solvants chlorés.
- Bioaugmentation : cette méthode implique l’injection dans le sol de bactéries ayant la capacité de décomposition naturelle de dégrader la contamination. Cette stratégie n’est utilisée que lorsque la capacité de décomposition naturelle n’est pas présente dans le sol et est toujours combinée avec la stimulation des processus oxydation ou de réduction.
Précipitation des métaux in situ
Les métaux présents dans les eaux souterraines peuvent être traités par précipitation sur la matrice du sol. La précipitation peut être réalisé de différentes manières :
- Précipitation biologique : en ajoutant une source de carbone, le sulfate dans l’eau souterraine est réduit en sulfure. Celui-ci se précipitera ensuite avec les métaux sur la matrice du sol.
- Précipitation chimique : le sulfure peut également être injecté sous forme de produit chimique pour précipiter les métaux directement sur la matrice du sol
- Précipitation alcaline : l’ajout d’un hydroxyde peut précipiter les métaux sous forme d’hydroxydes
La méthode de précipitation la plus appropriée doit être déterminée sur la base des conditions spécifiques géochimiques propres au site. Il est très important d’évaluer la stabilité des précipitations formées. Dans la plupart des cas, le sulfure est recommandé car des sulfures de métaux forment des précipitations insolubles et sont stables dans une large intervalle de pH. Sodecon effectue des tests en laboratoire pour déterminer la faisabilité de la précipitation des métaux
in situ et le dosage du produits pour un site.
Technologies d’injection
Des techniques tels que la ISCO, la ISCR, la stimulation de la biodégradation et la précipitation des métaux in situ dépendent toutes de l’injection de substances dans le sous-sol. Afin d’injecter un substrat dans le sous-sol, il est très important de sélectionner la meilleure technologie d’injection pour un site. Les technologies d’injection peuvent être divisées en 4 groupes :
- Injection directe : avec cette technologie, un substrat est injecté dans le sol tandis qu'une tige d'injection est insérée dans le sol. Le produit d’injection est injecté dans des trous situés au bas de la tige d’injection. Il existe plusieurs méthodes d’injection directe : injection direct push ; injection Spin®, … qui peuvent être utilisées en fonction des circonstances spécifiques du site. En comparaison avec d’autres techniques, cette méthode permet d’injecter dans des sols de faible perméabilité et d’injecter des boues.
- Injection dans des puits d’infiltration : Avec cette méthode, les produits d’injection sont injectées par la crépine d’un puit d’injection. Une installation correcte est cruciale pour une efficacité optimale. Sodecon met l'accent sur une bonne étanchéité du forage. Cette méthode est recommandée quand de grands volumes doivent être injectés plusieurs fois. Cette méthode est utilisée de préférence dans des sols homogènes.
- Injection sur des drain : lorsque l’accès à un site est limité, des drains peuvent être installés par forage horizontal pour installer un système dans des endroits difficiles d’accès. Avec des drains, il est possible d’injecter de grands volumes dans des sols homogènes.
- Recirculation : cette méthode est une combinaison de puits/drains d’injection et des puits/drains d’extraction. La contrôle est plus complexe car des pompes d’extraction sont nécessaires et des mesures doivent être prises pour éviter le bouchage. L’avantage de cette méthode est qu’aucune source d’eau externe n’est nécessaire et que les grands panaches peuvent être traités car la recirculation peut être appliquée en continue.
La sélection de la technique d’injection appropriée dépend des différents facteurs:
- Perméabilité du sol : des sols avec une perméabilité limitée nécessitent des techniques différentes de celles des sols avec une perméabilité élevée.
- Hétérogénéité du sol : une stratégie différente est nécessaire pour des sols homogènes par rapport aux sols hétérogènes présentant une forte alternance des couches avec une perméabilité forte et faible.
- Vitesse de l'eau souterraine : la vitesse de l'eau souterraine déterminera le moment où les substrats injecté ne sont plus présents et quand une nouvelle injection sera nécessaire.
- Profondeur de traitement : lorsque le traitement des couches profondes du sol est nécessaire, il sera plus avantageux d'installer des puits permanents plutôt que temporaires.
- Produit d’injection : des produits solubles ou des émulsions sont plus faciles à injecter. Les produits non solubles sont plus difficiles à injecter et doivent être injectés par fracturation.
Sodecon a une grande expérience de toutes les techniques d'injection et des différents types de substrats et peut concevoir la stratégie d'injection la plus efficace pour un site. Sodecon peut également effectuer des tests d'injection pour évaluer l'efficacité d'une approche d'injection et pour déterminer les paramètres d'injection tels que les volumes et les débits d'injection, la pression d'injection et le rayon d'influence.
Elimination de produit pur (LNAPL ou DNAPL)
Lorsqu'il y a beaucoup de contamination dans le sous-sol, il peut être présent comme produit pur. Si le produit est plus léger que l'eau, il apparaîtra comme une couche flottante au-dessus de la nappe phréatique. Si le produit est plus lourd que l'eau, il va s'enfoncer dans les eaux souterraines jusqu'à une couche à perméabilité limitée où il peut s'accumuler. Le produit pur peut être évacué de différentes manières :
- Écrémage : en fonction du niveau des eaux souterraines et de la quantité de pollution, différentes méthodes d'écrémage peuvent être utilisées (pompage périodique, pompage continu avec des pompes souterraines ou de surface).
- Surfactant flushing : un surfactant peut être injecté dans le sol pour rendre la contamination plus mobile. Le mélange de surfactants et de contamination est ensuite extrait. Ce cycle est répété jusqu'à ce que tout le produit pur ait été retiré.
- Ecrémeur passif : lorsque la quantité de produit pur est limitée, des moyens d'absorption peuvent être utilisées dans un puits pour éliminer la contamination présente.
Technique thermiques
Le réchauffement du sol peut être utilisé pour volatiliser la pollution ou pour accélérer l'extraction de la pollution volatile. De cette manière, la durée de l'assainissement peut être considérablement réduite. Le sol peut également être chauffé pour stimuler la dégradation de la contamination. De cette façon, le taux de biodégradation peut être considérablement augmenté en portant la température à 30°C. Il existe différentes méthodes pour chauffer le sol. La méthode de réchauffement appropriée dépend de l'objectif, de la géologie et des circonstances propres au site
- Chauffage électrique : le courant électrique est appliqué sur un certain volume de sol. Le sol se réchauffe grâce à la résistance du sol.
- Chauffage par conduction : en chauffant des éléments thermiques dans le sol, la chaleur se diffuse à partir du point de chauffage jusqu'à ce que la température requise soit atteinte.
- Chauffage par convection : Cette méthode consiste à injecter de l'air chaud, de la vapeur ou de l'eau chaude dans le sol. Cette méthode est plus adaptée aux sols perméables.
Mesures de gestion des risques
Dans certaines circonstances, l'élimination de la contamination est techniquement impossible ou n'est pas économiquement viable. Dans ces circonstances, il est possible de ne supprimer que les risques causés par la contamination. Ces actions sont appelées mesures de gestion de risque et peuvent être, par exemple :
- Un système d'extraction des eaux souterraines au bord d'un panache de pollution
- Un pare-vapeur dans un bâtiment
- Des couches d'argile imperméables pour protéger un courant d'eau
Toutefois, il est toujours conseillé d'éliminer la contamination elle-même si cela est possible, car les mesures de gestion doivent être maintenues pendant très longtemps.
Techniques innovantes
Sodecon améliore en permanence des techniques d'assainissement existantes et trouve de nouvelles solutions pour les nouveaux contaminants. Sodecon travaille actuellement sur les recherches ci-dessous :
- Contrôle automatique de la pression pour une injection continue sur les puits d'injection
- Injection de sulfate pour le traitement des BTEX
- Application de persulfate pour le traitement du MTBE et du monochlorobenzène
- Développement d'une nouvelle surfactant
- Biodégradation thermique de BTEX/huile minérale
- Remédiation in situ du cyanure
Sodecon développe également des solutions pour les nouveaux contaminants tels que le 1,4-dioxane et les PFAS :
- 1,4-dioxane : développement d'un nouveau type de réacteur en surface comme alternative à un réacteur UV/peroxyde d'hydrogène.
- PFAS : développement de techniques de traitement des eaux et des sols
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