Brevet FR2935911A1 — publié le 20100319

La présente invention concerne un procédé de dépollution des hydrocarbures des sols et sous-sols par aspiration ainsi qu'un dispositif adapté. Elle a des applications dans le domaine du génie civil et notamment la réhabilitation des sols et sous- sols de zones industrielles polluées par des hydrocarbures ou de terrains suite à un accident ayant provoqué un déversement d'hydrocarbures. Les hydrocarbures qui sont plus particulièrement concernés sont ceux qui ont la capacité de surnager sur l'eau. Les techniques de récupération de ces hydrocarbures sont plus particulièrement mises en oeuvre dans des sols et des sous-sols hydromorphes, c'est-à-dire des sols qui renferment de l'eau mobilisable et récupérable, notamment par l'intermédiaire de puits qui assurent le drainage desdits sols et sous-sols. On connaît déjà des procédés destinés à éliminer les pollutions par hydrocarbures dans les sols et sous-sols par aspiration des fluides qui s'y trouvent et qui sont collectés dans des puits. Lors de ces opérations, de l'eau est généralement également aspirée en plus des hydrocarbures. On peut en particulier citer les techniques suivantes : - l'écrémage à l'aide d'un écrémeur passif, - l'écrémage tous produits à l'aide d'une pompe pneumatique à crépine haute, - le � bio-slurping � ou écrémage triple phase 25 air/eau/flottant, - l'écrémage sélectif mis en oeuvre à l'aide d'une crépine positionnée sur un flotteur densimétrique relié à une pompe pneumatique, - le pompage par rabattement de la nappe avec mise en 30 place d'une pompe pneumatique. Plus récemment il a été proposé un nouveau procédé dans lequel plusieurs crépines placées dans des puits sont reliées à une seule pompe. Lorsqu'une crépine se trouve dénoyée, celle-ci se ferme automatiquement, ce qui évite l'arrivée d'air dans le 35 circuit d'aspiration, les autres crépines non dénoyée restant fonctionnelles et permettent l'aspiration des fluides dans leurs puits respectifs. Cette dernière solution apparaît passive et fonctionne, au niveau de chaque puits en tout ou rien en fonction du fait que la crépine est dénoyée ou noyée dans les fluides. Elle ne permet pas d'optimiser la récupération des polluants. La présente invention propose la mise en oeuvre d'un procédé actif dont le fonctionnement est basé sur des mesures de pression et sur des commandes de vannes qui, chacune, autorise l'aspiration ou non par une canne dans un puits donné. Ainsi, l'invention concerne un procédé de dépollution des hydrocarbures des sols et sous-sols par aspiration des fluides, dans lequel : - on fore à travers le sol, dans le sous-sol, un ensemble d'au 15 moins deux puits, - on descend dans chacun des puits une canne d'aspiration, - on relie à un collecteur d'aspiration commun chacune des cannes d'aspiration par l'intermédiaire d'une vanne propre commandable par un automate programmable, 20 - on relie le collecteur à une cuve de séparation air/eau/flottant dans laquelle on crée un vide d'aspiration par une pompe de mise sous vide reliée à un point haut de ladite cuve de séparation, - on relie la cuve de séparation à une unité de séparation des 25 hydrocarbures en phase libre/eau suivie ou non d'un traitement de l'eau permettant la récupération des hydrocarbures dissous, - on mesure la pression absolue d'aspiration créée par la pompe de mise sous vide dans le collecteur, ladite mesure étant envoyée à l'automate programmable. 30 Selon l'invention, on met en oeuvre un automate programmé : - pour qu'il n'y ait au maximum qu'une seule vanne d'ouverte pour aspiration dans le puits correspondant, les autres vannes étant fermées, et - pour qu'il suive l'évolution de la pression absolue d'aspiration dans le puits et lorsque la pression absolue d'aspiration remonte vers la pression atmosphérique en passant au dessus d'un seuil de dépression prédéfini (pression inférieure ou égale à la pression atmosphérique mais plus élevée que la pression que l'on peut rencontrer dans le collecteur lorsque le puits en aspiration n'est pas dénoyé), qu'il ferme la vanne qui était ouverte et qu'il ouvre une autre vanne pour aspiration par la canne dans le puits correspondant à ladite autre vanne. Dans divers modes de mise en oeuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont employés : - l'unité de séparation des hydrocarbures en phase libre/eau est suivie d'un traitement de l'eau pour récupération des hydrocarbures dissous, - l'unité de séparation des hydrocarbures en phase libre/eau n'est pas suivie d'un traitement de l'eau pour récupération des hydrocarbures dissous, - le puits est vertical, - le puits est oblique, - on met en oeuvre une temporisation d'un délai prédéfini entre une fermeture de vanne et l'ouverture d'une vanne suivante, - après fermeture d'une vanne, l'ouverture de la vanne suivante ne s'effectue que lorsque les mesures dans le collecteur sont telles que la pression absolue d'aspiration redescend en passant au dessous d'un seuil d'aspiration prédéfini, - on met en oeuvre un détecteur de niveau liquide dans la cuve de séparation air/eau/flottant et lorsque le niveau des liquides passe au dessus d'un seuil de niveau prédéterminé, la pompe de mise sous vide est arrêtée et les vannes sont fermées, - on défini à priori une séquence de passage d'un puits au suivant, un cycle de la séquence correspondant au passage par tous les puits, - dans une séquence d'un cycle chaque puits est aspiré une 35 seule fois, - dans une séquence d'un cycle, un puits peut être aspiré au moins une fois, (il ne peut pas être aspiré deux fois de suite car il y a passage par au moins un autre puits ; ce passage par au moins un autre des puits permettant la réalimentation dudit puits) - on supprime au moins un puits de la séquence, (il ne fait plus partie de l'ensemble des puits qui doivent être aspirés) - on garde la même séquence d'un cycle au suivant, - on modifie la séquence d'un cycle à l'autre, - on relie la sortie de la pompe à vide (coté de la pompe à vide opposé au coté relié à la cuve de séparation) à une unité de traitement des hydrocarbures volatils présents dans l'air. L'invention concerne également un dispositif de dépollution des hydrocarbures des sols et sous-sols par aspiration. Ce dispositif comporte des cannes d'aspiration descendues à travers le sol, dans le sous-sol, chacune étant dans un puits d'un ensemble d'au moins deux puits. Ces cannes sont reliées à un collecteur d'aspiration commun chacune par l'intermédiaire d'une vanne propre commandable par un automate programmable. Ce collecteur est lui-même relié à une cuve de séparation air/eau/flottant dans laquelle est crée un vide d'aspiration par une pompe de mise sous vide reliée à la cuve de séparation, un point bas de la cuve de séparation étant relié à une unité de séparation des hydrocarbures en phase libre/eau suivie ou non d'un traitement de l'eau (récupération des hydrocarbures dissous). Un moyen de mesure de la pression absolue d'aspiration créée par la pompe de mise sous vide est disposé sur le collecteur, ledit moyen de mesure étant relié à l'automate programmable pour envoi de mesures au dit automate. Ce dispositif comporte en outre des moyens pour l'exécution du procédé décrit. Ce dispositif a des moyens de commande permettant qu'une seule vanne soit ouverte pour aspiration. Les autres vannes sont fermées. L'évolution de la pression absolue d'aspiration est mesurée et lorsque cette pression absolue d'aspiration remonte vers la pression atmosphérique en passant au dessus d'un seuil de dépression prédéfini (pression inférieure ou égale à la pression atmosphérique mais plus élevée que la pression que l'on peut rencontrer dans le collecteur lorsque le puits en aspiration n'est pas dénoyé), la vanne qui était ouverte est fermée et une autre vanne pour aspiration est ouverte. L'invention peut s'appliquer sur un grand nombre de puits reliés à un dispositif d'aspiration unique. Des puits complémentaires peuvent être reliés en cours de traitement sans modification du dispositif d'aspiration. En effet, l'invention propose un fonctionnement puits par puits. Elle permet de récupérer un volume conséquent d'hydrocarbures au regard de la quantité d'eau pompée et ainsi d'alléger les unités de traitement d'eau et d'économiser la consommation de charbon eau. Elle permet ainsi d'optimiser les consommations électriques du fait qu'elle fonctionne uniquement en présence d'hydrocarbures et d'eau. Elle permet de diminuer les consommations de charbon air du fait qu'elle fonctionne de façon discontinue. Elle permet ensuite de passer à une technique classique, l'extraction sous vide, en modifiant les conditions d'aspiration/pompage dans les puits. Avec le même système, on peut ensuite traiter les hydrocarbures volatils présents dans le sol et les hydrocarbures surnageants et/ou dissous en nappe. L'invention fonctionne de manière optimale lorsqu'il y a dénoyage des puits, elle est donc avantageusement appliquée sur des terrains qui permettent un tel dénoyage des puits, donc dans des terrains à faible perméabilité. L'utilisation dans des terrains perméables est toutefois possible en modifiant la hauteur de la canne d'aspiration dans le puits et en la remontant vers le niveau supérieur de la nappe à l'équilibre. L'aspiration des fluides finit alors par provoquer une chute du niveau même faible de la nappe qui peut provoquer un dénoyage. La présente invention, sans qu'elle en soit pour autant limitée, va maintenant être exemplifiée avec la description qui suit de modes de réalisation en relation avec la Figure 1 qui représente un schéma fonctionnel d'un dispositif selon l'invention de dépollution des hydrocarbures des sols et sous-sols par aspiration. Le procédé de l'invention met en oeuvre une pompe à vide qui permet de remonter l'eau et des hydrocarbures jusqu'à dénoyage d'un puits dont la canne est mise en aspiration par ouverture de la vanne correspondante. Ainsi, le système n'est en aspiration que sur un seul puits à la fois. Lorsque ce puits en aspiration dénoie, un système d'asservissement de type automate programmable Industriel (API) permet de fermer ce puits et d'en ouvrir un autre pour l'écrémer à son tour, ainsi de suite sur l'ensemble des puits existants. Une seule vanne de canne est ouverte à un moment donné. Lors du fonctionnement, un capteur de pression, de préférence sur le collecteur, permet d'asservir les vannes motorisées ouvrant le circuit d'aspiration avec son collecteur et sa pompe à vide, à une des cannes d'aspiration de l'ensemble des cannes d'aspiration qui sont disposées dans les puits. Après l'ouverture d'une des vannes motorisées, tant que le puits n'est pas dénoyé et qu'il y a donc récupération effective d'eau et de flottants, la pression absolue dans le circuit d'aspiration est très faible, de l'ordre de quelques centaines de mbars. Puis, dès que le puits est dénoyé, la pression augmente, remontant du vide vers la pression atmosphérique, et le capteur de pression et le système d'asservissement associés détectent cette augmentation de pression jusqu'à donner l'ordre de fermer la vanne qui était ouverte et de passer à une vanne suivante pour l'ouvrir, soit quasi immédiatement, soit après un certain délai (fixe ou variable et pouvant notamment dépendre de la redescente de la pression absolue dans le système d'aspiration). On comprend que la mesure de pression bien que décrite absolue, peut être relative et ce qui est important est la détection du dénoyage du puits en aspiration par la variation de pression que cela entraîne. Cette variation est détectée par le franchissement d'un seuil de pression ou par le suivi de l'évolution de la pression, par exemple de sa pente de variation. Les vannes sont donc actionnées les unes à la suite des autres selon un séquencement pré-établi ou qui s'adapte en fonction de mesures effectuées au cours du temps. Par exemple s'il apparaît qu'un puits prend plus de temps qu'un autre après dénoyage pour se remplir à nouveau, il pourra être utilisé moins fréquemment qu'un autre. De même, on peut prévoir à la fermeture de la dernière vanne d'une séquence ayant permis l'aspiration dans tous les puits les uns à la suite des autres, la réalisation à l'aide de l'automate d'une temporisation réglable (de quelques minutes à plusieurs jours) qui permet de laisser les puits se réalimenter en flottant et en eau. A la fin de la temporisation, la séquence d'ouvertures est réactivée. La temporisation est évaluée par le suivi des niveaux dynamiques dans les puits et peut évoluer en cours de traitement. Ces ouvertures successives permettent de récupérer dans chaque puits l'eau et les surnageants, la programmation de l'automate permettant d'optimiser la récupération. Le dispositif de l'invention est présenté schématiquement sur la Figure 1. Il permet le traitement d'un terrain pollué par des hydrocarbures et comportant une nappe phréatique. Quatre puits sont représentés dans le terrain ainsi que quatre cannes 1 d'aspiration, une par puits, qui sont chacune reliée par l'intermédiaire d'une vanne commandée propre 2 à un collecteur d'aspiration 17. Un automate de gestion (non représenté) du dispositif n'autorise au maximum qu'une ouverture de vanne à la fois, toutes les vannes pouvant être fermées à certains instants. Parmi les variables d'entrée de l'automate, la pression dans le collecteur d'aspiration 17 est mesurée par un capteur 3 ce qui permet d'assurer un contrôle de la dépression pour asservissement des vannes et, de préférence, de la marche ou de l'arrêt de la pompe à vide 13. Une seule pompe à vide est mise en oeuvre dans cet exemple. Dans le terrain vu en coupe sur la Figure 1, le niveau de surface piézométrique est abaissé au droit des puits dans lesquels les aspirations ont eu lieu. On comprend que cette représentation est schématique car dans le cas d'un terrain présentant des caractéristiques homogènes dans tout son volume, les niveaux des surfaces piézométriques sont en fait différentiés du fait qu'un seul puits est en aspiration à la fois, les autres ne l'étant pas pouvant permettre un rééquilibrage des niveaux dans leur voisinage. La forme des niveaux des surfaces piézométriques dépend notamment des caractéristiques du terrain et de l'importance/fréquence de l'aspiration des fluides. Le collecteur d'aspiration 17 entre dans une cuve à vide 4 de séparation air/eau/flottant (encore dite cuve de séparation). La pompe à vide 13 est reliée en un point haut de la cuve à vide 4 qui peut comporter, par exemple, une sonde de niveau relié à l'automate afin d'arrêter la pompe à vide 13 au cas où le niveau liquide remonterait avec le risque que du liquide puisse être aspiré par la pompe à vide 13 si elle continuait à fonctionner. Une vanne casse vide 18 est branchée en dérivation du collecteur d'aspiration 17. La vanne casse vide 18 est normalement fermée et elle n'est ouverte que lorsqu'il est nécessaire de mettre à la pression atmosphérique le collecteur 17. Cette ouverture peut avoir lieu soit par programmation de l'automate, soit lorsque l'on met en oeuvre un détecteur de niveau liquide dans la cuve de séparation air/eau/flottant et que le niveau des liquides passe au dessus d'un seuil de niveau prédéterminé, la pompe de mise sous vide étant alors également arrêtée et les vannes fermées. L'air 5, possiblement pollué par des hydrocarbures gazeux, qui se trouve à la partie haute de la cuve à vide 4 est aspiré par la pompe à vide 13 et envoyé vers des équipements de traitement des hydrocarbures volatils présents dans l'air (encore appelés globalement unité de traitement des hydrocarbure dans l'air) et, par exemple, un dévésiculeur 14 suivi de filtres à charbon actif 15 (deux dans cet exemple) puis l'air traité est rejeté 16 dans l'atmosphère. L'eau et le flottant, globalement référencés 6, qui se trouvent en partie basse de la cuve à vide 4 sont renvoyés par une pompe disposée en partie basse dans un bac de reprise 7. Les liquides ainsi pompés sont envoyés vers des équipements de séparation des hydrocarbures en phase libre/eau suivie ou non d'un traitement de l'eau permettant la récupération des hydrocarbures dissous (encore appelés globalement unité de séparation hydrocarbures/eau) et, notamment, deux pré-séparateurs 8 permettant la récupération des hydrocarbures surnageants, puis un déshuileur 9 (dans cet exemple le déshuileur à une capacité de traitement de 5 m3/h) puis, après pompage de l'eau par une pompe de reprise 10 dans un bac intermédiaire, qui envoi l'eau dans un filtre à charbon actif 11. L'eau traitée sort finalement vers un réseau de collecte des eaux (eaux usées, eaux pluviales ou milieu naturel). On comprend que l'invention peut être mise en oeuvre de nombreuses autres manières, notamment en ce qui concerne le nombre de puits, leurs structures, le nombre de collecteurs, les dispositifs de séparation et/ou traitement des effluents gazeux ou liquides. La technique proposée peut être déclinée dans une variante qui consiste à équiper chaque puits d'un capteur de pression qui permet de fermer la vanne du puits correspondant en cas de dénoyage de celui-ci. REVENDICATIONS1. Procédé de dépollution des hydrocarbures des sols et sous-sols par aspiration des fluides, dans lequel : - on fore à travers le sol, dans le sous-sol, un ensemble d'au moins deux puits, - on descend dans chacun des puits une canne (1) d'aspiration, - on relie à un collecteur (17) d'aspiration commun chacune des cannes d'aspiration par l'intermédiaire d'une vanne (2) propre commandable par un automate programmable, - on relie le collecteur à une cuve de séparation (4) air/eau/flottant dans laquelle on crée un vide d'aspiration par une pompe de mise sous vide (13) reliée à un point haut de ladite cuve de séparation, - on relie la cuve de séparation à une unité de séparation des hydrocarbures en phase libre/eau suivie ou non d'un traitement de l'eau permettant la récupération des hydrocarbures dissous (8, 9, 10, 1 1), - on mesure (3) la pression absolue d'aspiration créée par la pompe de mise sous vide dans le collecteur, ladite mesure étant envoyée à l'automate programmable, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre un automate programmé : - pour qu'il n'y ait au maximum qu'une seule vanne d'ouverte pour aspiration dans le puits correspondant, les autres vannes étant fermées, et - pour qu'il suive l'évolution de la pression absolue d'aspiration dans les puits et lorsque la pression absolue d'aspiration remonte vers la pression atmosphérique en passant au dessus d'un seuil de dépression prédéfini, qu'il ferme la vanne qui était ouverte et qu'il ouvre une autre vanne pour aspiration par la canne dans le puits correspondant à ladite autre vanne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre une temporisation d'un délai prédéfini entre une fermeture de vanne et l'ouverture d'une vanne suivante. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'après fermeture d'une vanne, l'ouverture de la vanne suivante ne s'effectue que lorsque les mesures dans le collecteur sont telles que la pression absolue d'aspiration redescend en passant au dessous d'un seuil d'aspiration prédéfini. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre un détecteur de niveau liquide dans la cuve de séparation air/eau/flottant et en ce que lorsque le niveau des liquides passe au dessus d'un seuil de niveau prédéterminé, la pompe de mise sous vide est arrêtée et les vannes sont fermées. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on défini à priori une séquence de passage d'un puits au suivant, un cycle de la séquence correspondant au passage par tous les puits. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on relie la sortie de la pompe à vide à une unité traitement des hydrocarbures volatils présents dans l'air (14, 15). 7. Dispositif de dépollution des hydrocarbures des sols et sous-sols par aspiration comportant des cannes (1) d'aspiration descendues à travers le sol, dans le sous-sol, chacune étant dans un puits d'un ensemble d'au moins deux puits, les cannes étant reliées à un collecteur (17) d'aspiration commun chacune par l'intermédiaire d'une vanne (2) propre commandable par un automate programmable, le collecteur étant relié à une cuve de séparation (4) air/eau/flottant dans laquelle est crée un vide d'aspiration par une pompe de mise sous vide (13) reliée à ladite cuve de séparation, un point bas de la cuve de séparation étant relié à une unité de séparation des hydrocarbures en phase libre/eau suivie ou non d'un traitement de l'eau permettant la récupération des hydrocarbures dissous (8, 9, 10, 1 1), un moyen de mesure (3) de la pression absolue d'aspiration crée par la pompe de mise sous vide étant disposé sur le collecteur, leditmoyen de mesure étant relié à l'automate programmable pour envoi de mesures au dit automate, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour l'exécution du procédé de l'une quelconque des revendications précédentes, ledit dispositif ayant des moyens au moins pour qu'il n'y ait au maximum qu'une seule vanne d'ouverte pour aspiration dans le puits correspondant, les autres vannes étant fermées, et pour qu'il suive l'évolution de la pression absolue d'aspiration par des mesures dans le collecteur et lorsque la pression absolue d'aspiration remonte vers la pression atmosphérique en passant au dessus d'un seuil de dépression prédéfini, qu'il ferme la vanne qui était ouverte et qu'il ouvre une autre vanne pour aspiration par la canne dans le puits correspondant à ladite autre vanne.15