2.3 Méthodes chimiques
L'oxydation chimique in situ consiste à injecter un oxydant dans les sols (zones saturée et non saturée) sans excavation. Cet oxydant va détruire totalement ou partiellement les polluants. Cette méthode permet donc d'aboutir à la destruction des polluants (aboutissant à la transformation en eau, gaz carbonique et sels) ou à la formation de sous-produits de dégradation généralement plus facilement biodégradables.
Pour information, la réduction chimique in situ consiste à injecter un réducteur dans les sols (zones saturée et non saturée) sans excavation. Ce réducteur est également utilisé dans le but de détruire totalement ou partiellement des polluants organiques et également, dans le cas de polluants inorganiques, de les stabiliser ou les rendre moins toxiques.
Dans le cas de l'injection in situ d'un oxydant dans le sol, dans la zone saturée ou insaturée, le polluant perd un ou plusieurs électrons. L'oxydant est le composé « accepteur » d'électron(s) qui devient, après réaction, un composé réduit.
Le choix de l'oxydant dépend de la géologie, de l'hydrologéologie, de la géochimie du site et de la nature de la pollution. Les oxydants sont principalement utilisés sous forme liquide (permanganate, persulfate de Na, peroxyde d'H2, etc) sauf cas de l'ozone.
Il existe trois modes d'injection : 1/ oxydants liquides : procédé proche du lavage in situ, 2/ oxydants gazeux : procédé proche du sparging/venting, 3/ malaxage in situ : procédé proche de la solidification/stabilisation in situ, adapté aux sols moins perméables et moins hétérogènes.
Généralement, on procède au pompage et traitement des gaz et des eaux.
Les oxydants les plus puissants ont les caractéristiques suivantes : 1/ temps de ½ vie et donc rémanence plus faible, 2/ rayon d'action plus faible, 3/ spectre de polluants oxydables plus faible.
Quelques exemples d'oxydants sont présentés tableau 005.
Permanganate | MnO4- + 8 H+ +5e- → Mn2+ +4 H2O | + 1.52 V |
Peroxyde d'hydrogène | H2O2 + 2 H+ +2 e- → 2 H2O | + 1.77 V |
Persulfate de sodium | S2O82- + 2e- → 2 SO42- | + 2.00 V |
Ozone | O3 + 2 H+ + 2 e- → O2 + H2O | + 2.07 V |
Radical hydroxyle | 2 OH• → ½O2 + H2O | + 3.03 V |
Le cas du permanganate, du peroxyde d'hydrogène, de l'ozone et du persulfate sont détaillés dans le tableau 006 (Touzé et al., 2004)[1].
Permanganate de potassium ou de sodium | Fenton (Peroxyde d'hydrogène) | Ozone | Persulfate | |
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Mécanisme réactionnel | Transfert d'electrons | Chaînes de réactions faisant intervenir des radicaux libres | Chaînes de réactions faisant intervenir des radicaux libres | Chaînes de réactions faisant intervenir des radicaux libres |
Cinétique | Rapide | Très rapide | Très rapide | Rapide |
Conditions pH optimales | Basique - acide | Acide | Acide | Basique |
Sous produits | MnO2 | H2O, O2, ion ferrique | O2 | Sulfate |
Polluants récalcitrants | Acide trichloracétique, chloroforme, PCBs | CHCl3, persticides | Acide trichloracétique tétrachlorure, CHCl3, pesticides, PCBs | PCBs |
Avantages |
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Inconvénients |
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Catalyseurs | Ions ferreux | Ions ferreux, H2O2, température élevée |
Le dimensionnement est similaire à celui du venting. L'efficacité de la méthode varie de 50 à 95%.
Avantages : 1/ procédé destructif adapté à un large spectre de polluants, 2/ réactions rapides, 3/ oxydation pouvant être complète, 4/ oxydants peu onéreux et d'une durée de vie faible (H2O2, O3) ou déjà naturellement présents dans les eaux souterraines (Fe, Mn).
Inconvénients : 1/ risque de transfert des contaminants et des oxydants dans les eaux souterraines (déplacement de la pollution), 2/ risque d'altération des propriétés physique, chimique et biologique du sol (Ex : destruction de la matière organique du sol sur laquelle sont adsorbés les polluants), oxydation de certains métaux/métalloïdes présents sous forme réduite et précipitées (deviennent mobiles), 3/ sous-produits parfois plus toxiques que le polluant initial si oxydation incomplète (Ex : chlorure de vinyle issu de l'oxydation du perchloréthylène et du trichloréthylène), 4/ oxydants peu sélectifs (n'oxydent pas que le polluant) d'où consommation d'oxydants qui peut être plus importante que prévue, 5/ traitement des effluents souvent requise, 6/ solutions oxydantes parfois toxiques pour l'environnement, 7/ efficacité du traitement réduite en sols peu perméables et/ou hétérogènes (sauf dans le cas du malaxage in situ).
Coûts et délais : 40 à 95€/t de sol traité. Pour les eaux souterraines, 30 à 115€/m3 d'eau traitée en place. Les traitements durent de quelques semaines à quelques mois.
