Brevet FR3018707A1 — publié le 20150925

[1] La présente invention concerne le domaine technique de la décontamination de sols et d'eaux souterraines ou nappes phréatiques polluées par des composés organiques halogénés tels que notamment des composés organiques halogénés volatils, COHV en abrégé, l'halogène étant dans la plupart des cas le chlore. Un brevet US 5 266 213 a proposé de dépolluer des eaux contaminées par des composés organiques chlorés en faisant passer lesdites eaux contaminées au travers d'une barrière poreuse contenant des particules de fer à valence zéro afin d'induire une réaction de réduction en milieu aqueux des composés organiques halogénés. Dans le cas des éthylènes (ou éthanes) chlorés, au contact du fer dans l'eau, une réaction réduction par déchloration se produit somme suit : C2C/nlim + Fe° + H20 C2Cl, Jim+, + Cl- + Fe2+ + 01-1- Il faut donc n atomes de fer pour réduire les n chlores du composé organique chloré à traiter et obtenir en fin de réduction le composé organique d'une part et d'autre part des ions fer et chlore qui ne sont plus des polluants dangereux. [2] Le brevet US 5 266 213 propose de réaliser la dépollution soit en réalisant des tranchées dans lesquelles des particules de fer à valence zéro sont mise en place avec un mélange de sable soit en pompant les eaux polluées au travers d'un filtrat poreux contenant des particules de fer à valence zéro. [03] Si la mise en oeuvre du fer à valence zéro comme proposé par le brevet US 5 266 213 permet d'obtenir une réduction des polluant organiques halogénés, il présente néanmoins l'inconvénient dans le cas de la réalisation de tranchées perméables réactives de pas permettre d'atteindre de grandes profondeurs car nécessite d'induire des excavations importantes qui ne sont pas toujours compatibles avec la topologie des lieux. Par ailleurs, dans le cas d'un traitement par pompage, ce dernier est susceptible d'induire dans des désordres dans le milieu souterrain. [4] Il est donc apparu le besoin d'un nouveau procédé de traitement in situ de sol ou d'eau souterraine qui permette soit atteindre des grandes profondeurs sans excavation importante, voire en laissant l'intégrité géotechnique du sol, soit d'éviter les risques de désordres liés au pompage. [5] Afin d'atteindre cet objectif, l'invention concerne un procédé de dépollution in situ de sols ou d'eaux souterraines contaminés par des composés organiques halogénés au moyen de fer à valence zéro, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'injection dans le sol d'un coulis aqueux de particules réactives comprenant du fer à valence zéro en suspension aqueuse, 95% des particules réactives présentant un diamètre inférieur ou égal à 20 um et moins de 5 % des particules réactives un diamètre inférieur à 2 um. [06] La mise en oeuvre de particules avec de telle dimension permet d'effectuer des injections souterraines avec une diffusion du coulis et donc des particules qui le constituent dans le sol avec des distances de pénétration ou de diffusion supérieures à 1 m et généralement de l'ordre de 1,25m à 1,50 m. Ainsi il est possible d'atteindre des profondeurs plus importantes que par des fouilles tout en réalisant des volumes de barrière perméable réactive élevés. [07] Selon une forme de mise en oeuvre de l'invention, les particules réactives sont constituées d'un matériau comprenant du fer à valence zéro et entre 2% et 6,7% de carbone. La mise en oeuvre d'un tel matériau permet d'augmenter la surface du fer en contact avec le polluant à réduire. [08] Selon une caractéristique de l'invention, les particules réactives sont constituées de fonte. [9] Selon une variante de cette caractéristique, les particules réactives sont constituées de fonte grise à graphite lamellaire ou sphéroïdal. La mise en oeuvre d'une telle fonte permet d'avoir une surface spécifique de contact des polluants largement augmentée par la rugosité intrinsèque de la surface des particules de fonte, et donc d'augmenter considérablement la cinétique de réaction de déshalogénéisation des polluants. [10] Selon une caractéristique de l'invention, le coulis comprend entre 10 kg et 100 kg de particules réactives par m3 de coulis, de préférence entre 25 et 50 kg de poudre par m3 de coulis. Au sens de l'invention le coulis aqueux est une suspension en milieu aqueux. [11] Selon une caractéristique de l'invention, le coulis comprend moins de 3 kg de stabilisant par m3 de coulis. La mise oeuvre de stabilisant permet de prolonger la stabilité de la suspension des particules réactives dans l'eau. [12] Selon une variante de cette caractéristique, l'invention, le stabilisant est constitué : de polymères polysaccharides hydrosolubles, de gomme de xanthane, de gomme de guar, de gomme arabique, - de polymèrespolyacrylates de sodium, - de polymères polyacrylamide, - d'un mélange de deux ou plusieurs de ces constituants. [13] Selon une autre caractéristique de l'invention, le coulis ne comprend aucun composé organique ou source de carbone organique, autre que les particules réactives, susceptible de faire l'objet d'une dégradation biologique. Cette caractéristique de l'invention présente l'avantage, lors de l'emploi de particules réactives, telles que selon l'invention, fines et stables à court terme en suspension dans l'eau, de permettre une décantation des particules une fois injectées dans le sol tout en évitant de nécessiter la dégradation biologique du polymère stabilisant qui peut être très ralentie voire inhibée en excès de fer. Cette disposition voit son intérêt pour les sols de faible activité biologique et pour les sites de fortes circulations d'eaux souterraines qui pourraient entraîner un déplacement des particules une fois injectée, ce qui est plus difficile une fois les grains de fer décantés et logés dans les micropores des grains de sol. [14] Selon une forme de mise en oeuvre de l'invention, le procédé consiste à réaliser dans le sol une barrière poreuse dépolluante en réalisant une série d'injection dans le sol à partir de forage verticaux, chaque forage étant situé à une distance inférieure à 5 m du forage le plus proche, de préférence à moins de 3 m. [15] L'invention concerne également une poudre réactive pour la préparation d'un coulis injectable pour la dépollution de sol, poudre comprenant des particules réactives comprenant du fer à valence zéro caractérisé en ce que 95% des particules réactives présentent un diamètre inférieur ou égal à 20 um et moins de 5 % des particules inférieures à 2 um. [16] Selon une caractéristique de l'invention, les particules réactives constitutive de la poudre sont constituées d'un matériau comprenant du fer zéro-valant et entre 2% et 6.7% de carbone. [17] Selon une autre caractéristique de l'invention, les particules réactives sont constituées de fonte. [18] Selon une variante de cette caractéristique, les particules réactives sont constituées de fonte grise à graphite sphéroïdal ou lamellaire. [19] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. [20] De même, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de la poudre réactive selon l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. [21] Par ailleurs, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée d'une forme non limitative de mise en oeuvre du procédé conforme à nvention. [22] Dans un exemple non limitatif de mis en oeuvre l'invention propose de réaliser une barrière perméables de traitement entre une source de pollution contenant des composés organiques halogénés et une nappe phréatique suitée en aval de la source de pollution eu égard au sens d'écoulement des eaux souterraines. [23] A cet effet, il est réalisé, dans le terrain à traiter, des forages d'injection en quinconce situés à 2,50 m les uns des autres répartis sur une longueur de plusieurs dizaine de mètre jusqu'à une profondeur de l'ordre de 35 m. Chaque forage comprend un scellement étanche en coulis de bentonite-ciment avec des manchettes d'injection disposées tous les 33 cm qui permettent la diffusion du coulis injecté dans le milieu extérieur au forage. [24] Une fois les forages réalisés, il est préparé un coulis aqueux comme suit. [25] Tout d'abord, il préparé une gâchée d'un mélange A eau-stabilisant par dissolution d'un stabilisant dans l'eau dans une cuve de mélange à faible cisaillement. Le stabilisant est par exemple du polysaccharide ajouté à l'eau à raison de 2 kg pour 1000 1 d'eau. La durée optimale de maturation est de 15 minutes. Chaque gâchée de 1000 litres est réalisée dans un malaxeur à agitation lente. [26] Ensuite, il est préparé un mélange B dans un malaxeur haute turbulence, pour se faire 100 litres de mélange A sont prélevés et placés dans ledit malaxeur. Ensuite, 50 kg de particules réactives sont ajoutés et mélangés pendant 5 minutes au 1001 de mélange A. Les particules réactives ont des dimensions telles que 95% des particules réactives présentent un diamètre inférieur ou égal à 20 um et moins de 5 % des particules réactives un diamètre inférieur à 2 um. Par diamètre, il convient de comprendre la plus grande dimension de chaque particule. Par ailleurs, les particules réactives sont, selon cet exemple, constituées de fonte grise à graphite lamellaire ou sphéroïdal. Le mélange B est ensuite transféré dans le premier malaxeur pour y être mélangé avec le reste de mélange A et ainsi obtenir le coulis selon l'invention qui est prêt à être injecté dans les forages et qui présente les caractéristiques suivantes : Coulis Eau 994 Kg/m3 Stabilisant 0 à 3 Kg/m3* Particules réactives 50 Kg/m3 Viscosité Marsh à 5' 26 - 40 Sec/litre Densité 1,05 Kg/I [27] Bien entendu, la quantité de particules réactives peut varier en fonction des conditions de mise en oeuvre pour être comprises par exemple entre 10kg et 100kg par m3 de coulis. Dans une forme préférée de mise en oeuvre le coulis est préparé sans stabilisant uniquement par mélange des particules réactives dans de l'eau et sans apport de matière carbonée organique. La finesse des particules réactives mises en oeuvre selon l'invention permet d'éviter l'emploi de stabilisant. [28] Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées au procédé selon l'invention dans le cadre des revendications annexées. 15 REVENDICATIONS1. Procédé de dépollution in situ de sols ou d'eaux souterraines contaminés par des composés organiques halogénés au moyen de fer à valence zéro, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'injection dans le sol d'un coulis aqueux de particules réactives comprenant du fer à valence zéro en suspension aqueuse, 95% des particules réactives présentant un diamètre inférieur ou égal à 20 um et moins de 5 % des particules réactives un diamètre inférieur à 2 um. 2. Procédé de dépollution de sol selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules réactives sont constituées d'un matériau comprenant du fer à valence zéro et entre 2% et 6,7% de carbone. 3. Procédé de dépollution selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les particules réactives sont constituées de fonte. 4. Procédé de dépollution selon la revendication 3, caractérisé en ce que les particules réactives sont constituées de fonte grise à graphite sphéroïdal ou lamellaire. 5. Procédé de dépollution selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le coulis comprend entre 10 kg et 100 kg de particules réactives par m3 de coulis, de préférence entre 25 et 50 kg de poudre par m3 de coulis. 6. Procédé de dépollution selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le coulis comprend moins de 3 kg de stabilisant par m3 de coulis. 7. Procédé de dépollution selon la revendication précédente caractérisé en ce que le stabilisant est constitué : de polymères polysaccharides hydrosolubles, de gomme de xanthane, de gomme de guar, de gomme arabique, de polymères polyacrylates de sodium de polymères polyacrylamide d'un mélange de deux ou plusieurs de ces constituants. 8. Procédé de dépollution selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le coulis ne comprend aucun composé organique ou source de carbone organique, autre que les particules réactives, susceptible de faire l'objet d'une dégradation biologique. 9. Procédé de dépollution selon l'une des revendications précédentes caractérisé en que qu'il consiste à réaliser dans le sol une barrière perméable dépolluante en réalisant une série d'injection dans le sol à partir de forage verticaux chaque forage étant situés à une distance inférieure à 3m du forage le plus proche. 10. Poudre réactive pour la préparation d'un coulis injectable pour la dépollution de sol, comprenant des particules réactives comprenant du fer à valence zéro caractérisé en ce que 95% des particules réactives présentent un diamètre inférieur ou égal à 20 um et moins de 5 % des particules inférieures à 2 um. 11. Poudre réactive selon la revendication 10, caractérisé en ce que les particules réactives sont constituées d'un matériau comprenant du fer zéro-valant et entre 2% et 6.7% de carbone. 12. Poudre réactive selon la revendication 11, caractérisé en ce que les particules réactives sont constituées de fonte. 13. Poudre réactive selon la revendication 12, caractérisé en ce que les particules réactives sont constituées de fonte grise à graphite sphéroïdal ou lamellaire.