Définir les modalités de gestion de la pollution des sols

2.2.1 Méthode physique par évacuation de la pollution

VENTING :

Une partie des composés volatils déversés sur le sol s'évapore jusqu'à saturation de sa porosité L'autre partie contamine l'eau et la dernière se sorbe sur les particules de sol. A l'équilibre, les composés se partagent entre les phases gazeuse, liquide et solide en fonction des caractéristiques des composés (solubilité, constante de Henry, pression de vapeur, point d'ébullition, coefficients de partition air/eau/sol, localisation et concentration des composés - voir le cours "Identifier, mesurer et analyser les pollutions des sols").

Pour éliminer ces composées, on injecte de l'air « propre » en périphérie de la zone contaminée et en même temps, une dépression est exercée au niveau de chaque puits d'extraction implanté dans la zone contaminée (Figure 005). Cette circulation d'air permet, d'une part, d'évacuer progressivement l'air « pollué » et, d'autre part, de modifier les équilibres chimiques entre les différentes phases (air, eau, sol), ce qui permet aussi de contribuer à dépolluer les phases solide et liquide.

Explication du procédé de Venting - Lors de l'application de la méthode dite de venting, on injecte sous pression de l'air, de l'azote ou de la vapeur. Ce traitement est adapté aux terrains perméables à l'air, pour des solvants volatils, comme les solvants chlorés : des puits permettent l'injection et la récupération des vapeurs, retraitées comme lors de l'aspiration. Le sol peut en outre être chauffé (par micro-ondes) pour améliorer l'efficacité de la technique.
Figure 005: Venting (BRGM 2010).

Le système est constitué : 1/ de puits d'extraction verticaux ou de drains horizontaux installés dans la zone contaminée, 2/ de puits ou drains d'injection installés en périphérie de la zone polluée, 3/ d'une pompe à vide (pression variant de 0 à 300 mbar) reliée aux puits/drains d'extraction, 4/ d'une unité de traitement des gaz (colonne de lavage ou torchère pour brûler les gaz), d'une unité d'oxydation catalytique, d'une unité d'adsorption ou encore d'un biofiltre, 5/ unité de stockage des déchets solides.

Cette méthode s'applique dans les cas suivants : 1/ sols perméables (>10-5 m.s-1), 2/ composés volatils avec tension de vapeur > 0,5 mm Hg (67 Pa) à 20°C, 3/ constante de Henry > 0,01 Pa.m3mol-1.

Le venting est utilisé pour les sites pétroliers et pétrochimiques pollués par des hydrocarbures légers, des composés halogénés et non-halogénés volatils. Cette méthode ne s'applique pas aux polluants inorganiques[1].

Le dimensionnement est fonction de la source de pollution, du seuil de dépollution demandé, du contexte géologique (perméabilité à l'air, hétérogénéité du sol, présence de matière organique, humidité, température du sol). Ces caractéristiques vont permettre de définir :

  • Le nombre et l'espacement des puits/drains d'injection ;

  • Le rayon d'action des puits/drains d'injection en fonction de la dépression générée ;

  • Le nombre, l'espacement, et les caractéristiques des points d'extraction (profondeur, diamètre, puits ou drain d'extraction) ;

  • Le type et la puissance de l'unité d'extraction et dimensions de l'unité de traitement.

Le rendement de dépollution peut dépasser 90%.

Avantages : technique éprouvée, applicable à de nombreux polluants organiques, peu coûteuse, perturbant peu les sols, applicable sous les bâtiments et à des profondeurs de plusieurs dizaines de mètres.

Inconvénients : n'élimine pas les polluants (d'où post-traitement à prévoir), ne fonctionne que pour des sols perméables avec toit de la nappe à 1m de profondeur minimum, sol peu argileux (sinon composés difficilement désorbables), risque de colmatage avec l'air injecté (précipitation des composés métalliques et CaCO3, développement de biofilms microbiens).

Coûts et délais : 15-50€/tonne de sol traité ; délai de traitement de 4 à 18 mois.

POMPAGE-TRAITEMENT :

Cette technique traite le panache plutôt que la source de pollution.

La circulation d'eau polluée dans la porosité du sol de la zone saturée est induite par le pompage et permet de la remplacer progressivement par de l'eau « propre » (Figure 006).

Le système d'extraction double phase est constitué : 1-de points d'extraction verticaux (dénommés aiguilles d'extraction), 2-d'un réseau d'extraction permettant la mise en relation des points d'extraction et de la pompe à vide (ce réseau est muni de compteurs et de vannes de réglage des débits), 3-d'un séparateur de condensas ou dévésiculeur, 4-d'une unité d'extraction, 5-d'un système de traitement des eaux usées on site : 5.1-séparateur à hydrocarbures (débourbeur/déshuileur), 5.2-traitement de la phase dissoute : stripping ou charbon actif ou oxydation catalytique, 6-d'une filière de traitement des gaz dont la nature dépend des pourcentages d'épuration, des débits et des concentrations en polluants ; cette filière peut être constituée de colonne de lavage, de torchère, d'unité d'oxydation catalytique, d'unité d'adsorption (généralement sur charbon actif), de biofiltre, 7-d'un stockage des déchets solides et liquides issus du traitement, 8-d'un système piézométrique permettant de suivre les écoulements et la qualité des eaux souterraines.
Figure 006: Pompage-traitement (BRGM 2010).

En raison de la modification des équilibres chimiques (même principe que le venting) dus à la circulation d'une eau de moins en moins polluée, les polluants sous forme gazeuse ou sorbés sur la phase solide enrichissent l'eau pompée.

Les eaux pompées sont le plus souvent rejetées dans des réseaux d'eau pluviale ou d'eaux usées en raison des volumes importants et des faibles concentrations en polluants. Dans le cas de rejets faibles et concentrés, les eaux sont expédiées en centres d'élimination agréés.

Cette méthode, qui s'applique aux polluants organiques ou minéraux dissous de la zone saturée du sol, consiste à extraire les eaux souterraines (nappes) polluées et à traiter la pollution sur site avant rejet (ou élimination en centre agréé). Elle s'applique aux polluants dans des aquifères perméables (sablo-limoneux à graveleux) et homogènes. Le rendement de dépollution peut atteindre 50-60%.

La source de pollution de la zone insaturée doit être traitée avant de procéder au traitement de la nappe. De même, il faut définir précisément le sens d'écoulement des eaux souterraines pour éviter un risque de dissémination de la pollution.

Avantages et inconvénients : assez proches de ceux du venting.

Coûts et délais : 6-60€/m3 d'eau pompée/traitée (pour des profondeurs <20 m) ; délai de traitement parfois de plusieurs années pour les composés peu solubles.

  1. Polluants inorganiques, éléments traces

    Il s'agit d'éléments présents à l'état de trace dans la croûte terrestre. Ce sont des métaux, comme par exemple, le cadmium, le chrome, le cuivre, le plomb ou le zinc, ou des métalloïdes, comme l'arsenic ou le sélénium. On parle indifféremment « d'éléments traces métalliques (ETM) », de « polluants métalliques »). Certains sont indispensables aux processus biologiques. A faible dose, ce sont les oligo- éléments (cuivre, chrome, zinc...) ; à forte dose, le cuivre est un antiseptique puissant. D'autres ETM ne jouent aucun rôle utile comme le cadmium, le plomb, le mercure. En revanche, tous les ETM sont tous potentiellement polluants. Cela dépend de leurs concentrations dans les sols et de leur forme chimique.

2.2 Méthodes physiques2.2.2 Méthodes physiques par piégeage de la pollution
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