APR GESIPOL 2023 - projet PERMUTE: Dépollution sur site des sols pollués par des PFAS : de l’ExtRaction à l’aide de MoUsse et de solvant au Traitement des Eaux usées
Programme : Recherche  pour la GEStion Intégrée des sites POLlués (GESIPOL)
Mots-clés : Sols / Agriculture / Forêt
Contexte : Certaines des molécules de la famille des per- et polyfluoroalkyles (PFAS) ont été abondamment utilisées pour leurs remarquables propriétés physico-chimiques, et en tant que tensioactifs, ont été intégrées, entre autres, dans certaines mousses extinctrices de feux d’hydrocarbures. Dans les sites impactés, les PFAS se retrouvent adsorbés à la matrice du sol, aux interfaces eau/air dans la zone non saturée, et préférentiellement solubilisés dans les eaux souterraines. Face aux effets délétères des PFAS pour la santé humaine et l’environnement, une partie des molécules concernées a fait l’objet de réglementations internationales et nationales. En parallèle, un effort important est nécessaire pour répondre aux verrous techniques liés à la dépollution des sols et des eaux souterraines contaminés par les PFAS, comme : l’amélioration de rendement encore trop faibles à cause des chemins préférentiels suivis par le fluide d’extraction, la diminution des volumes d’eau des techniques actuelles, ou encore le développement de méthodes de destruction des PFAS sur des matrices complexes.
Description : Le projet PERMUTE est organisé sur une durée de 36 mois, selon une montée en échelle, allant des études sub-métriques en laboratoire à l’application sur un démonstrateur sur site pollué. Les études en laboratoire ( lot 2 ) permettent de développer une formulation de mousse (mélange de gaz, d’eau et de tensioactif), qui a le double avantage d’utiliser moins d’eau qu’un lavage classique à l’eau, et d’obtenir une viscosité élevée et un comportement fluidifiant sous l’effet d’une contrainte mécanique, permettant ainsi un balayage homogène du sol à traiter. L’utilisation d’un solvant ajouté à la mousse doit permettre d’améliorer l’extraction. La formulation est injectée dans des dispositifs expérimentaux 1D et 2D pour valider les rendements épuratoires obtenus en fonction des propriétés physicochimiques de la matrice du sol (pH, charge de surface, etc.) et des différentes molécules PFAS (molécules modèles représentatives du site pollué). Ces résultats servent aussi à alimenter un modèle numérique aux éléments finis résolvant les équations aux dérivées partielles décrivant les écoulements et le transport d’espèces chimiques ( lot 4 ). Le modèle est ensuite utilisé pour pré-dimensionner le pilote sur site en termes de pression d’injection et de rayon d’action attendu. Le pilote sur site d’un volume de quelques m3, est finalement exploité pour tester l’extraction à l’échelle 1:1, et permet ainsi de dresser un bilan technico-économique de la méthode ( lot 5 ). Ce dernier prend en compte également le développement d’un procédé de traitement des eaux usées (PFAS, eau, tensioactifs + solvant), à l’aide de techniques chimiques (cavitation ultrason, réduction ou oxydation) et d’adsorption par des charbons actifs ( lot 3 ).
Objectifs et résultats attendus : Objectifs: Le développement d’une méthode qui inclut l’extraction et le traitement des eaux usées produites en sortie d’extraction a pour but de se substituer à la pratique industrielle actuelle consistant à excaver et envoyer les terres polluées par les PFAS dans les installations de stockage de déchet dangereux ou en incinération. L’objectif du projet PERMUTE est ainsi double : (i) développer une formulation de mousse permettant de désorber et mettre en solution (extraction) des polluants faisant partie de la famille des PFAS d’un sol contaminé sur site, et (ii) de traiter les eaux usées en sortie du procédé d’extraction par des méthodes de destruction chimiques (c.-à-d. sonochimie couplée à l’oxydation ou réduction) et d’adsorption (charbon actif). Résultats attendus: Le projet PERMUTE répond à différents enjeux environnementaux, comme la mise au point de procédés de traitement plus économes en eau, via l’utilisation de la mousse. Également, la vectorisation de l’agent d’extraction par la mousse doit permettre d’augmenter les rendements épuratoires, participant ainsi à terme à l’amélioration de la qualité des sols et des eaux souterraines. La réglementation à l’échelle nationale et européenne autour des PFAS étant encore en cours de développement, il est aussi espéré que le projet PERMUTE puisse éclairer les débats sur la gestion des sites pollués à l’aide d’éléments techniques et de résultats pratiques. L’application des travaux du projet PERMUTE permet d’envisager le traitement des terres polluées par les PFAS directement sur site, en allant de l’extraction jusqu’au traitement du fluide de récupération. Cette application trouvera nécessairement des débouchés dans l’industrie de la dépollution qui manque de solution soutenable à cette problématique, d’autant plus en prenant en compte l’augmentation probable des volumes de terres à traiter dans les années à venir. Cette solution innovante sera valorisée par un brevet et par la publication d’articles scientifiques révisés par les paires dans des revues internationales.
Bénéficiaire : BRGM
Localisation : Orléans, Centre-Val de Loire, FRANCE
Début : 01/08/2023 — Durée : 36 mois
Budget total : 689239 € — Aide ADEME : 396950 €
Statut : Suivi du projet