Brevet FR2706444A1 — publié le 19941223

La présente invention a pour objet un procédé de dépollution des nappes phréatiques, une structure perméable pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi que le procédé de fabrication de ladite structure. On connaît actuellement plusieurs procédés pour traiter les eaux souterraines polluées. Selon un premier procédé, on réalise dans le sol autour de la zone contaminée une paroi étanche à l'intérieur de laquelle la pollution est confinée avec l'ensemble des eaux souterraines de la zone ainsi entourée. Ce procédé présente l'inconvénient que, même avec un débit très faible, l'eau polluée continue à percoler à travers la paroi étanche, ce qui conduit à utiliser pour la réaliser des coulis d'étanchéité qui, en plus de leurs caractéristiques mécaniques possèdent des propriétés de rétention vis-à-vis des déchets polluants concernés. Un autre procédé consiste à récupérer les eaux souterraines polluées par pompage dans des puits ou par des tranchées drainantes et à les traiter dans une installation de surface. Ce procédé présente souvent l'inconvénient de perturber le régime hydraulique du sol en provoquant des désordres, notamment des tassements de terrain, comme cela est le cas lorsque l'on procède à certains rabattements de la nappe phréatique. De surcroît la récupération des eaux souterraines par pompage peut s'avérer inefficace ou d'un rendement médiocre lorsque ces eaux sont contenues dans des terrains peu perméables ou hétérogènes. Enfin, ce procédé présente l'inconvénient de nécessiter une station d'épuration en surface dont la maintenance est coûteuse et quelquefois difficile. La présente invention concerne un nouveau procédé de dépollution des eaux souterraines qui évite les inconvénients précités et qui est d'une mise en oeuvre simple, peu coûteuse et efficace. La présente invention a pour objet un procédé de dépollution des eaux souterraines, caractérisé par le fait que l'on place, en travers de l'écoulement de la nappe phréatique polluée, une structure perméable constituée par des grains calibrés, tels que par exemple du gravier, qui sont enrobés par un coulis dont la composition permet de capter les déchets polluants contenus dans la nappe phréatique. Le coulis utilisé selon l'invention pour enrober les grains peut être constitué par exemple par un coulis à base d'argile et de Kieselguhr qui permet de retenir des polluants radio-actifs tels que ceux décrits dans le brevet français 81 21025. -2- Ce coulis peut être également un coulis à base d'argile, de produit siliceux, de carbonate de sodium, et de pyrophosphate de sodium et/ou de tartrate de potassium qui permet de retenir les polluants constitués par des cations métalliques tels que ceux décrits dans le brevet français 84 11863. Ce coulis peut être encore un coulis à base de bentonite et de charbon actif qui permet de retenir les polluants organiques tels que ceux décrits dans le brevet français 90 00087. D'autres coulis aptes à capter des déchets polluants contenus dans les nappes phréatiques peuvent également être utilisés selon l'invention. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une structure perméable dépolluante pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus qui est caractérisé par le fait que l'on enrobe les grains avec un coulis possédant des propriétés de rétention vis-à-vis des déchets polluants à traiter et que l'on place dans le sol les grains ainsi enrobés en travers de l'écoulement de la nappe phréatique à dépolluer. Dans un premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les grains enrobés de coulis frais sont mis en place dans le g0 sol avant leur durcissement, ce qui permet, après durcissement, d'obtenir une structure rigide, perméable et rétentrice des déchets polluants correspondant à la nature du coulis. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, les grains enrobés de coulis sont traités dans un granulateur de telle sorte qu'ils n'adhèrent pas les uns aux autres et qu'ils se présentent sous la forme de granulats enrobés de coulis durci capteurs des déchets polluants. Ces granulats peuvent ensuite être mis en place dans le sol pour constituer une structure perméable qui dépollue la nappe phréatique. Dans ces deux modes de réalisation, la pellicule de coulis durci recouvre complètement chaque grain en y adhérant fortement sans obstruer la perméabilité de la structure, de sorte que l'eau polluée qui se déplace dans le sol, peut la traverser facilement en y abandonnant ses déchets polluants. Les grains utilisés selon l'invention sont avantageusement constitués par des sables, graviers ou autres agrégats tels que ceux qui sont communément utilisés pour réaliser des mortiers ou bétons. De tels grains peuvent avoir par exemple des dimensions de 0,3 à mm de préférence de 1 à 8 mm. -3- Conformément à l'invention, le rapport entre le volume du coulis en mètres cubes, et le poids des grains en tonnes, est avantageusement compris entre 5 et 25 % et de préférence entre 10 et 20 %. La quantité de coulis doit être suffisante pour que les grains soient enrobés sur toute leur surface, faut de quoi l'efficacité du procédé s'en trouverait diminuée. Cependant, le coulis ne doit pas être en quantité trop importante car cela risquerait de conduire à une diminution de la perméabilité de la structure qui pourrait meme se trouver obstruée et ne permettrait pas l'écoulement de l'eau contenue dans le sol. En ce qui concerne la granulométrie des grains utilisés selon l'invention, son abaissement se traduit par une augmentation de la surface d'échange de la structure et pour une quantité donnée de coulis une diminution de l'épaisseur de la pellicule de coulis durci qui enrobe les grains ce qui est favorable à un accroissement de la vitesse de rétention des polluants. Cependant, une diminution de la taille des grains entraîne aussi une diminution de la perméabilité de la structure, c'est pourquoi il n'est, conformément à l'invention, pas recommandé d'utiliser des grains dont le diamètre est inférieur à 300 microns. Conformément à l'invention, il est nécessaire que la pellicule de coulis durci adhère solidement aux grains, ce qui conduit à introduire des liants hydrauliques dans la composition du coulis et à utiliser des grains dont la nature permet d'assurer une bonne adhérence du coulis. Il suffit pour cela de prendre les mêmes précautions que celles qui sont déjà connues pour la formulation des bétons dans lesquels les agrégats doivent être solidement adhérents au liant. Conformément à l'invention, pour obtenir une bonne formation d'une pellicule continue de coulis autour des grains, il est nécessaire de contr8ler la rhéologie du coulis frais de manière à ce que ce dernier présente, au moment de son mélange avec les grains, une rigidité initiale qui soit de préférence comprise entre environ 400 mm2 par gramme et environ 700 mm2 par gramme. La présente invention a également pour objet un procédé pour réaliser un granulat perméable susceptible de retenir des déchets polluants et utilisable dans le procédé ci-dessus décrit, caractérisé par le fait que l'on mélange des grains à un coulis contenant des substances rétentrices des déchets polluants considérés, de manière à revêtir ces derniers d'une pellicule mince de coulis. - 4 - Pour mettre en oeuvre ce procédé, on réalise tout d'abord le coulis qui est ensuite mélangé avec les grains puis soumis à l'action d'un dispositif d'homogénéisation tel qu'une bétonnière. C'est ainsi que les grains peuvent être livrés sur le chantier en camion toupie dans lequel il suffit d'introduire le coulis et d'homogénéiser le mélange pour le transporter immédiatement sur le lieu de mise en oeuvre et le mettre en place pour constituer la structure selon l'invention. Il est également possible d'utiliser des dispositifs de type de ceux qui sont utilisés pour la granulation comportant un plateau ou un tube granulateur. Dans de tels dispositifs, les grains ainsi que le coulis arrivent de manière continue dans les proportions correctes ce qui permet d'obtenir de la sorte un débit constant de grains enrobés qui peuvent ensuite adhérer ou non entre eux. Les structures perméables selon l'invention, peuvent être avantageusement placées dans une tranchée drainante disposée en travers de l'écoulement de la nappe phréatique que l'on désire dépolluer. La structure perméable selon l'invention sépare ainsi la nappe phréatique en une partie amont qui est polluée et une partie aval qui est dépolluée sans que l'écoulement de la nappe phréatique soit perturbé. Ce dispositif ne nécessite aucun entretien et il suffit de prévoir une capacité de rétention suffisante de la structure perméable qui est située dans la tranchée drainante. Cette solution est particulièrement intéressante lorsqu'il n'est pas possible de pomper l'eau de la nappe phréatique pour la traiter, comme cela est le cas pour des nappes peu perméables ou constituées de plusieurs nappes superposées. On évite ainsi un rabattement qui risquerait de conduire à des désordres de surface tels que des tassements. Lorsque la nappe phréatique a dépolluer contient en suspension de fines particules qui pourraient à la longue colmater la structure perméable selon l'invention, il est avantageux de placer en amont de cette dernière une masse filtrante de type connu pour éviter le colmatage de la structure selon l'invention. La structure perméable rétentrice selon l'invention, permet également de réaliser des ouvrages préventifs pour protéger un écosystème fragile vis-à-vis d'une pollution accidentelle. En effet, la pellicule rétentrice du coulis n'est active qu'en présence des polluants et elle s'adapte d'elle-même aux variations du taux de pollution. -5- C'est ainsi que l'on peut conformément à l'invention réaliser à titre préventif une tranchée au voisinage d'une installation industrielle située à proximité d'une rivière. Cette tranchée dont la longueur sera déterminée par la zone d'influence de l'installation industrielle peut être implantée transversalement à l'écoulement des eaux souterraines se dirigeant vers la rivière. En temps normal, la tranchée restera passive mais elle jouera automatiquement son r8le en cas d'une pollution accidentelle qui viendrait contaminer la nappe phréatique s'écoulant vers la rivière. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention on va en décrire maintenant à titra d'illustration et sans aucun caractère limitatif plusieurs exemples de mises en oeuvre. EXEMPLE 1 Pour traiter une nappe phréatique polluée par des composés métalliques toxiques de métaux lourds, on prépare un coulis qui a la composition suivante: Eau 1000 litres Liant à base de laitier de haut fourneau 500 kg Sel tampon basique (carbonate de sodium) 30 kg Argile (Montmorillonite dopée) 50 à 100 kg Après homogénéisation, ce coulis présente une rigidité de 500 à 600 mm2/gramme. Ce coulis est immédiatement chargé dans un camion toupie contenant des gravillons siliceux dont la granulométrie est comprise entre 4 et 8 mm, le mélange étant effectué à raison de 1000 kg de gravillons pour litres de coulis. Le camion toupie maintenu en rotation transporte le mélange sur le lieu d'une tranchée qui a été préalablement réalisée par un engin approprié et dans laquelle on déverse le mélange. Après vieillissement, on obtient une structure perméable rigide et continue ayant les propriétés suivantes: -1 Très forte perméabilité > 10 m/s Capacité de rétention du plomb > 5 kg/m3 Capacité de rétention du cadmium > 5 kg/m3 Capacité de rétention du mercure > 5 kg/m3 EXEMPLE 2 Pour traiter une nappe phréatique polluée par des déchets organiques, on prépare un coulis qui a la composition suivante: - 6 - Eau 1000 litres Liant (CLK45) 500 kg Argile (Montmorillonite dopée) 50 à 100 kg Silice (Fumée de silice) 50 à 100 kg Charbon actif 50 à 100 kg Après homogénéisation, ce coulis présente une rigidité de 400 à 500 mm2/gramme. Il est immédiatement mélangé dans un camion toupie avec des gravillons siliceux dont la granulométrie est comprise entre 2 à 3 mm à raison de 100 litres de coulis pour 1000 kg de gravillons. Après mise en place dans une tranchée préalablement réalisée et vieillissement, on obtient une structure perméable rigide et continue ayant les propriétés suivantes: Perméabilité > 10 2m/s Rétention du phénol > 0,3 kg/m3 Rétention du benzène > 1 kg/m3 Rétention du trichloroéthylène > 0,6 kg/m3 Dans une variante, on réalise des granulés enrobés à l'aide d'un plateau granulateur muni d'une alimentation en gravillons par bande vibrante et d'une alimentation en coulis. Les débits d'alimentation du plateau granulateur sont de litres de coulis pour 1000 kg de gravillons. L'enrobage se fait dans le plateau tournant du granulateur. Après vieillissement, on obtient des granulés distincts qui les uns des autres sont tous enrobés d'une pellicule de coulis. Ces granulés ainsi revêtus sont ensuite placés dans une tranchée pour être traversés par le courant de la nappe phréatique. EXEMPLE 3 Pour traiter une nappe phréatique polluée par des déchets radio- actifs, on prépare un coulis qui a la composition suivantes: Eau 1000 litres Liant (CLK45) 500 kg Argile (Vermiculite) 200 kg Montmorillonite dopée 30 à 70 kg Après homogénéisation, ce coulis présente une rigidité de 500 à 700 mm2/gramme. On le mélange ensuite en toupie avec des gravillons siliceux ayant une granulométrie de 4 à 8 mm, à raison de 150 litres de coulis pour 1000 kg de gravillons. -7- Le mélange ainsi obtenu est mis en place dans le sol, conformément à l'invention. Après vieillissement, on obtient une structure perméable rigide continue ayant les propriétés suivantes: Perméabilité > 10-2m/s Rétention du Strontium 90 > 5 kg/m3 Rétention du Césium 137 > 5 kg/m3 -8- REVENDICATIONS 1. Procédé de dépollution des eaux souterraines, caractérisé par le fait que l'on place en travers de l'écoulement de la nappe phréatique polluée une structure perméable constituée par des grains calibrés tels par exemple que du gravier, qui sont enrobés par un coulis dont la composition permet de capter les déchets polluants contenus dans la nappe phréatique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on place dans le sol les grains enrobés de coulis frais avant le durcissement de ce dernier et qu'après durcissement on obtient une structure rigide, perméable et rétentrice des déchets polluants correspondant à la nature du coulis. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les grains enrobés de coulis sont traités dans un granulateur de telle sorte qu'ils n'adhèrent pas les uns aux autres et qu'ils se présentent sous la forme de granulats indépendants enrobés de coulis durci rétenteurs des déchets polluants. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le coulis durci recouvre complètement chaque grain en y adhérant fortement. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on utilise des grains constitués par des sables, graviers ou autres agrégats tels que ceux qui sont communément utilisés pour réaliser des mortiers ou bétons. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les grains ont des dimensions de 0,3 à 10 mm et de préférence de 1 à 8 mm. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on utilise un volume de coulis en mètre cube qui est compris entre 5 et 25 % et de préférence entre 10 et 20 % du poids des grains exprimé en tonnes. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les grains ont un diamètre supérieur ou égal à environ 300 microns. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le coulis contient des liants hydrauliques. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au moment de son mélange avec les grains, le coulis frais a une rigidité initiale comprise entre environ 400 mm2 par gramme et environ 700 mm2 par gramme. - 9 - 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on utilise un coulis à base d'argile et de Kieselguhr qui est apte à retenir les polluants radio-actifs. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'on utilise un coulis à base d'argile, de produits siliceux, de carbonate de sodium et de pyrophosphate de sodium et/ou de tartrate de potassium qui est apte à retenir les polluants constitués par des cations métalliques. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'on utilise un coulis à base de bentonite et de charbon actif qui est apte à retenir les polluants organiques 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on place en amont de la structure perméable une masse filtrante pour retenir les fines particules charriées par la nappe phréatique qui pourraient colmater la structure selon l'invention. 15. Procédé de fabrication d'une structure perméable dépolluante pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconques des revendication 1 à 14, caractérisé par le fait que l'on enrobe les grains avec un coulis possédant des propriétés de rétention vis-à-vis des déchets polluants à traiter et que l'on place dans le sol les grains ainsi enrobés en travers de l'écoulement de la nappe phréatique à dépolluer. 16. Structure perméable utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée par le fait qu'elle est constituée par des grains enrobés d'un coulis apte à capter les déchets polluants. 17. Structure selon la revendication 16, caractérisée par le fait que les grains revêtus de coulis forment un ensemble rigide en étant reliés les uns aux autres. 18. Structure selon la revendication 16, caractérisée par le fait que les grains revêtus de coulis sont indépendants les uns des autres. 19. -Structure selon les revendications 16 à 18, caractérisée par le fait qu'elle présente les caractéristiques définies aux revendications 4 à 14.