Brevet FR2623184A1 — publié le 19890519

Procédé pour la neutralisation d'une nappe d'eau acide sur un sédiment comprenant une substance humique L'invention concerne un procédé pour la neutralisation d'une nappe d'eau acide sur un sédiment comprenant une substance humique, telle qu'un lac, un étang ou un cours d'eau. L'acidification de l'eau des lacs et des cours d'eau est préjudiciable à la vie aquatique, car elle modifie fondamentale- ment le biotope. Elle est souvent le résultat de l'activité humaine, telle que les pluies acides et certaines eaux rési- duaires acides, mais elle peut aussi avoir une origine naturelle, telle que les eaux d'infiltration à travers des terrains acides. Un moyen habituel de restaurer le biotope des lacs ou des cours d'eau acides consiste à neutraliser l'acidité de l'eau au moyen d'un réactif basique tel que de l'hydroxyde de sodium ou du carbonate de sodium que l'on épand à la surface de l'eau (OPD - The Chemical Marketing Newspaper - April 5, 1971 - pages 5 et 41: "Soda Ash Helps Sweeten Up the Susquehanna River"). Une particularité désavantageuse de ce procédé connu est que son action est de courte durée et qu'il doit dès lors être répété fréquemment. Pour remédier à ce désavantage, on a aussi proposé d'exploiter la propriété que possèdent les substances humiques présentes dans les sédiments des lacs, de se comporter comme des échangeurs cationiques en fixant les protons. A cet effet, on a songé à injecter périodiquement une solution aqueuse de carbonate de sodium in situ dans le sédiment, dans le but de régénérer l'échangeur cationique (Hydrobiologia - vol. 92 (1982) - Dr. W. Junk Publishers (The Hague) - G.K. Lindmark: "Acidified lakes: sediment treatment with sodium carbonate - a remedy ? - pages 537 à 547). Ce procédé connu implique toutefois un appareillage compliqué et coûteux et sa mise en oeuvre est - 2- difficile, voire impossible, pour le traitement des lacs de grande profondeur. Par ailleurs, son action est lente, car la neutralisation des protons n'est effective qu'au contact de la substance humique du sédiment. L'invention v se à remédier à ces désavantages des procédés connus en fournissant un procédé nouveau qui réalise, de manière aisée et économique, une neutralisation rapide, efficace et durable de l'eau des lacs et des cours d'eau acides. L'invention concerne dès lors un procédé pour la neutralisa- tion d'une nappe d'eau acide sur un sédiment comprenant une subs- tance humique, selon lequel on introduit du carbonate de sodium dans la nappe d'eau; selon l'invention, le carbonate de sodium est mis en oeuvre à l'état de blocs que l'on fait chuter dans la nappe d'eau et pénétrer au moins partiellement dans le sédiment. Dans le procédé selon l'invention, les blocs de carbonate de sodium peuvent être introduits dans la nappe d'eau par tous moyens appropriés. Par exemple, dans le cas d'un lac, d'un étang ou d'un cours d'eau, on peut les déverser en vrac dans l'eau, depuis la berge ou un bateau. Il convient d'assurer une répartition la plus homogène possible des blocs de carbonate de sodium dans la couche de sédiment. Selon l'invention, les blocs de carbonate de sodium agissent en deux phases pour neutraliser l'acidité de la nappe d'eau. Dans une première phase, les blocs se dissolvent progressivement dans la nappe d'eau pendant la chute, et le carbonate de sodium dissous neutralise localement, in situ, l'acidité de l'eau. Dans la seconde phase, la partie des blocs qui pénètre dans le sédiment et s'y trouve enfouie, se dissout progressivement dans l'eau d'imprégnation du sédiment et la solution résultante réagit avec la substance humique acide, selon la réaction d'échange de cations: 2R-H + 2 Na++ C03-- - 2 R-Na + H20 + C02 dans laquelle R-H représente la substance humique acide et R-Na la substance humique sodique. La substance humique sodique peut dès lors participer à la 2 6 2 3 1 8 4 - 3 - neutralisation de l'acidité de la nappe d'eau, par échange ionique: R-Na + H+ -4 R-H + Na+. L'importance respective de chacune de ces deux phases de neutralisation dépend de la fraction relative des blocs qui est dissoute pendant leur chute dans la nappe d'eau et de la fraction des blocs qui pénètre dans le sédiment. Elle dépend dès lors de divers paramètres tels que la profondeur de la nappe d'eau, la teneur du sédiment en substance humique, l'acidité et la vitesse d'acidification de l'eau, ainsi que la forme, le volume et la masse des blocs de carbonate de sodium. D'une manière générale, on peut par exemple choisir la masse et les dimensions des blocs pour qu'au moins 30 % de leur masse atteignent, à l'état solide, le sédiment. Il convient toutefois qu'une fraction suffisante de la masse des blocs se dissolve dans la nappe d'eau avant d'atteindre le sédiment, afin de ne pas ralentir exagérément le processus de neutralisation. La fraction optimum dépend de l'acidité du lac et elle doit dès lors être recherchée dans chaque cas particulier. Elle peut par exemple être égale ou supérieure à 1 %, les valeurs au moins égales à 2 Z étant préférées. En pratique, les blocs préférés sont ceux pour lesquels la fraction de la masse qui atteint, à l'état solide, le sédiment est comprise entre 40 et 98 %, de préférence 50 et 95 %. Dans le cas de nappes d'eau très profondes ou encombrées de f végétations telles que des algues, on peut éventuellement lester les blocs pour accélérer leur chute dans la nappe d'eau. Dans le cas de nappes d'eau très acides, il peut s'avérer souhaitable d'adapter le procédé pour qu'au moins 5 % et, de préférence, plus de 10 Z de la masse des blocs se dissolvent dans la nappe d'eau, avant que les blocs n'atteignent le sédiment. Toutes autres choses égales, on augmente l'efficacité de la régénération de l'échangeur cationique (constitué par la substance humique du sédiment) si on augmente le taux de pénétra- tion des blocs de carbonate de sodium dans le sédiment. Ce taux de pénétration dépend de divers paramètres, notamment la masse et - 4 - la forme des blocs, la profondeur de la nappe d'eau et la stabi- lité mécanique du sédiment. Il convient toutefois que la partie des blocs, qui est enfouie dans le sédiment s'y trouve en contact avec suffisamment d'eau pour s'y dissoudre progressivement. On peut par exemple faciliter la pénétration des-blocs de carbonate de sodium dans le sédiment en les lestant ou en leur conférant un profil approprié, par exemple pyramidal ou conique ou en les larguant à partir d'un avion ou d'un hélicoptère. Les blocs de carbonate de sodium mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention peuvent être des blocs monolithiques. On préfère toutefois, selon une forme de réalisation particulière de l'invenition, mettre en oeuvre des agglomérés tels que les briquettes ovoïdes commercialisées par Solvay & Cie pour la désulfuration de la fonte dans l'industrie sidérurgique (brochure Tr 592a-B-O,5-277 - Solvay & Cie). Cette forme de réalisation de l'invention se prête bien à une adaptation de la vitesse de dissolution des blocs de carbonate de sodium dans la nappe d'eau et à leur taux de pénétration dans le sédiment, en fonction des caractéristiques de la nappe d'eau à traiter. Ces propriétés des blocs peuvent en effet être adaptées par un choix approprié de la pression de compactage des agglomérés ou par l'incorporation d'une matière de lestage ou d'un liant approprié. Le cas échéant, il convient évidemment de sélectionner une matière de lestage ou un liant qui n'exerce pas d'action nocive sur la flore ou la faune aquatique. On peut notamment faire usage d'agglomérés de carbonate de sodium comprenant du ciment Portland, de l'hydroxyde de sodium, des cendres volantes, des oxydes métalliques inoffen- sifs pour le milieu aquatique (notamment des oxydes de fer), de la silice ou du silicate de sodium. Des blocs préférés sont des agglomérés comprenant entre 95 et 98 Z en poids de carbonate de sodium et entre 2 et 5 % en poids de silicate de sodium. Ces blocs préférés peuvent être obtenus par tous moyens connus; une technique recommandée est celle qui consiste à compacter des particules de carbonate de sodium en présence d'une solution aqueuse de silicate de sodium. -5- Le procédé selon l'invention s'applique à toutes les nappes d'eau reposant sur un sédiment meuble comprenant une substance humique, notamment aux lacs naturels ou artificiels contenant ou ayant contenu une flore ou une faune aquatique et contaminés par des apports acides tels que des pluies acides, des eaux souter- raines ou de ruissellement acides ou des décharges acides d'origine industrielle ou municipale. -2 6 -- -6- R E V E N D I CATI 0 N S 1 - Procédé pour la neutralisation d'une nappe d'eau acide sur un sédiment comprenant une substance humique, selon lequel on introduit du carbonate de sodium dans la nappe d'eau, caractérisé en ce que le carbonate de sodium est mis en oeuvre à l'état de blocs que l'on fait chuter dans la nappe d'eau et pénétrer au moins partiellement dans le sédiment. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre des blocs de masse et de dimensions réglées pour qu'au moins 1 % de leur masse se dissolvent dans l'eau pendant leur chute dans la nappe d'eau et qu'au moins 30 % de leur masse atteignent, à l'état solide, le sédiment. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on choisit la masse et les dimensions des blocs pour que la fraction de leur masse, qui atteint à l'état solide le sédiment, soit comprise entre 50 et 95 %. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisE en ce qu'on déverse les blocs dans la nappe d'eau. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les blocs sont des agglomérés de carbonate de sodium. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les agglomérés de carbonate de sodium comprennent un liant et/ou une matière de lestage. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre des agglomérés comprenant entre 95 et 98 Z en poids de carbonate de sodium et entre 2 et 5 Z en poids de silicate de sodium. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre des blocs ovoïdes. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la nappe d'eau est un lac.