Brevet FR3076470A1 — publié le 20190712

La présente invention concerne le domaine de la dépollution des sites et des sols pollués, et plus particulièrement le traitement d'une source de pollution en nappe souterraine. Des recherches approfondies ont mis en évidence les difficultés inhérentes à l'élimination des polluants organiques des aquifères hétérogènes, notamment les composés organiques volatils tels que les solvants chlorés comme par exemple le perchloroéthylène ou le trichloroéthylène. Les techniques traditionnelles de pompage et de traitements chimiques ou biologiques ont des limites en raison de l'hétérogénéité de l'aquifère. Dans les aquifères hétérogènes, les fluides utilisés pour le traitement ont tendance à circuler au sein des couches les plus perméables et non dans les zones de faible perméabilité qui contiennent souvent des quantités importantes de polluants. Le traitement de ces sites nécessite ainsi de développer des techniques fiables destinées à bloquer les zones de plus fortes perméabilités afin de favoriser l'introduction des fluides de traitement dans les zones de plus faible perméabilité. Aujourd'hui, le confinement physique consiste à isoler la source de pollution par des techniques issues du domaine du bâtiment et travaux publics (BTP), à l'aide de matériaux argileux et/ou synthétiques peu perméables et non réactifs (injection de coulis de ciment et/ou bentonite par exemple) qui nécessite de réaliser des forages de gros diamètre ou de nombreux forages (tubes à manchettes) dont le rayon d'action est limité à 1-2 m. Il est aussi possible d'insérer des palplanches. Ce procédé peut être implanté au pourtour, en aval ou en amont de la source de pollution, en fonction des conditions environnementales et des enjeux à protéger. Une conductivité hydraulique inférieure à 10-7 m.s-1 est considérée comme la limite supérieure pour les matériaux isolants. Ces techniques de confinement issues du BTP nécessitent des matériels conséquents et spécifiques, qui rendent leur mise en oeuvre relativement marginale. De même, dans le contexte d'une usine en activité, l'applicabilité de ces techniques est très limitée par l'accessibilité de la zone à confiner. La présence de machines, de fondations, ancrées dans le sol, et de réseaux, empêchent ainsi la réalisation d'une paroi étanche continue. L'invention a donc pour but de proposer une solution à tout ou partie de ces problèmes. 2 A cet effet, la présente invention concerne un dispositif pour confiner une portion souterraine du sol, le dispositif comprenant au moins un générateur de mousse destiné à alimenter en mousse une pluralité de puits d'injection répartis autour de la portion souterraine du sol à confiner, l'au moins un générateur de mousse comprenant : 5 - un premier injecteur pour l'entrée sous pression d'une composition liquide, et - un deuxième injecteur pour l'entrée sous pression d'une composition gazeuse, et - au moins une conduite de sortie raccordée à un puits d'injection de la pluralité de puits d'injection, 10 l'au moins un générateur de mousse étant configuré pour produire une mousse et l'amener sous pression jusqu'à au moins un puits d'injection. Selon un mode de réalisation, la composition liquide est un mélange d'eau et d'au moins un agent tensioactif. Selon un mode de réalisation, la composition gazeuse est de l'air. Selon un mode de réalisation, l'au moins un agent tensioactif comprend un agent tensioactif anionique et un agent tensioactif non ionique. Selon un mode de réalisation, l'au moins un agent tensioactif comprend entre 5% et 15% en masse d'un agent tensioactif anionique et moins de 5 % en masse d'un agent tensioactif non ionique. 25 Selon un mode de réalisation, l'agent tensioactif anionique est du sodium laureth sulfate ou du cocamidopropyl betaine. Selon un mode de réalisation, l'agent tensioactif non ionique est du lauryl glucoside. 30 Selon un mode de réalisation, la concentration globale dans l'eau de l'au moins un agent tensioactif est comprise entre 0,1% et 1 % massique. 35 Selon un mode de réalisation, la composition gazeuse est injectée dans le générateur de mousse avec un débit compris entre 80 et 100 litres/min, sous une pression comprise entre 1 et 5 bars. 15 20 3 Selon un mode de réalisation, la mousse injectée sous pression dans le sol comprend 99 % en volume de composition gazeuse et 1 % en volume de composition liquide. 5 Selon un mode de réalisation, la mousse injectée sous pression dans le sol a une viscosité comprise entre 10 et 40 fois celle de l'eau. L'invention concerne également un procédé de confinement d'une portion 10 souterraine du sol par injection d'une mousse autour d'une portion souterraine du sol, le procédé comprenant les étapes suivantes : - Identifier une pluralité de puits d'injection, les puits d'injection de la pluralité de puits d'injection étant répartis autour de la portion souterraine du sol à confiner, - Raccorder chaque puits d'injection de la pluralité de puits d'injection à une 15 conduite de sortie d'au moins un générateur de mousse, - Injecter une composition liquide et une composition gazeuse sous pression dans l'au moins un générateur de mousse, de manière à produire une mousse dans l'au moins un générateur de mousse, - Injecter la mousse sous pression dans chaque puits d'injection de la pluralité de 20 puits d'injection. Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, la composition liquide est un mélange d'eau et d'au moins un agent tensioactif. 25 Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, la composition gazeuse est de l'air. Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, l'au moins un agent tensioactif comprend un agent tensioactif anionique et un agent tensioactif non 30 ionique. Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, l'au moins un agent tensioactif comprend entre 5% et 15% en masse d'un agent tensioactif anionique et moins de 5 % en masse d'un agent tensioactif non ionique. 35 Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, l'agent tensioactif anionique est du sodium laureth sulfate ou du cocamidopropyl betaine. 4 Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, l'agent tensioactif non ionique est du lauryl glucoside. 5 Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, la concentration globale dans l'eau de l'au moins un agent tensioactif est comprise entre 0,1% et 1 % massique. Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, la composition 10 gazeuse est injectée dans le générateur de mousse avec un débit compris entre 80 et 100 litres/min, sous une pression comprise entre 1 et 5 bars. Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, la mousse injectée sous pression dans le sol comprend 99% en volume de composition gazeuse et 15 1% en volume de composition liquide. Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, la mousse injectée sous pression dans le sol a une viscosité comprise entre 10 et 40 fois celle de l'eau. 20 L'invention concerne également une installation pour confiner une portion souterraine du sol, l'installation comprenant un dispositif selon l'invention et une pluralité de puits d'injection répartis autour de la portion souterraine du sol à confiner, chaque puits d'injection de la pluralité de puits d'injection étant configuré pour injecter 25 sous pression sous la surface du sol la mousse délivrée par l'au moins un générateur de mousse du dispositif selon l'invention. Pour sa bonne compréhension, l'invention est décrite en référence aux dessins ci-annexés représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation 30 d'un dispositif selon l'invention. Figure 1 est un schéma simplifié d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. 35 Figure 2 est une vue en perspective d'un générateur de mousse. 5 Figure 3 est une représentation schématique des étapes du procédé selon l'invention. Le dispositif 1 selon l'invention repose sur l'injection de mousse dans le sol, 5 autour d'une zone source de pollution au sein d'une nappe souterraine. La mousse injectée doit pouvoir détourner, ou tout au moins ralentir, le flux d'eau souterraine, de manière à éviter son passage au droit de la zone source de pollution et la mobilisation induite des contaminants, par le flux d'eau souterraine, à l'aval. Ainsi, après qu'on ait, par pompage, abaissé le niveau de la nappe souterraine, la nappe souterraine met 10 beaucoup plus de temps à retrouver son niveau initial lorsque la zone à l'origine du flux d'eau souterraine a été confinée avec le dispositif et selon le procédé de l'invention. Le retard ainsi mesuré peut atteindre environ 30 000 secondes. De même, un facteur de réduction de 4.4 a été mesuré concernant le flux de polluants à l'aval de la zone source avant et après injection de mousse pour confiner la source de pollution. 15 L'injection de mousse a l'avantage d'être moins invasive et moins coûteuse que les méthodes connues de confinement issues du BTP; elle peut notamment être pratiquée dans le contexte d'une usine en activité. La possibilité d'injection via des forages réduit le caractère invasif de la méthode. La mousse peut se propager dans le sol 20 sur plusieurs mètres (2 à 3 m) et persister au-delà de 3 mois. La principale difficulté liée à l'injection de mousse dans les sols est la gestion de la pression d'injection. Dans un contexte environnemental, la pression d'injection ne peut dépasser 5 bars, du fait de la résistance à la pression des différents des différents 25 composants du système d'injection, notamment des puits d'injections, et du fait des problématiques liées à la fracturation des sols au-delà d'une certaine pression. D'autre part, la mousse doit être injectée sur la totalité du périmètre d'une zone entourant la source de pollution. 30 D'autre part, la conductivité hydraulique de l'aquifère doit être inférieure à 10 m.s-1 pour permettre le maintien de la stabilité de la mousse dans le temps. La mousse est produite ex-situ, c'est-à-dire en dehors du sol, puis injectée 35 sous pression dans le sol grâce à des puits d'injection, ou piézomètres, répartis sur le périmètre de la zone à confiner. 6 Un mode de réalisation du dispositif 1 selon l'invention est représenté de sur la figure 1. La mousse est produite par 3 générateurs de mousse 21, 22, 23, chaque générateur de mousse 21, 22, 23 étant connecté à au moins un puits d'injection, ou 5 piézomètre, par autant de conduites d'injection 233 que de puits d'injection. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, chaque générateur de mousse 21, 22, 23 est raccordé à deux puits d'injection, non représentés sur la figure, avec une conduite de sortie 233 par puits d'injection. Chaque générateur de mousse crée en continu de la mousse à partir d'un flux gazeux, de l'air par exemple, sous pression fourni par un 10 compresseur d'air 3, et d'un flux liquide, composé d'eau et d'un agent tensioactif ; l'eau et l'agent tensioactif sont chacun prélevés respectivement dans une cuve 4, 5 avant d'être mélangés. Le générateur de mousse est constitué d'un cylindre 21, 22, 23 comprenant un premier injecteur 231 pour l'entrée du mélange liquide sous pression et un deuxième injecteur 232 pour l'entrée d'air sous pression également, et au moins une 15 conduite de sortie 233 raccordée à au moins un puits d'injection dans le sol, ou piézomètre, non représenté sur la figure 1. Le mélange de l'eau et de l'agent tensioactif est effectué à la sortie d'une cuve à tensioactif 5 et d'une cuve à eau 4. Le mélange est réalisé grâce à une pompe 10 disposée en sortie de la cuve à tensio-actif 5. Le fonctionnement de la pompe est asservi à un débit mètre 14 disposé sur une amenée 20 d'eau disposée en aval d'un surpresseur 11 positionné en sortie de la cuve à eau et en amont d'un point de mélange entre l'eau et le tensioactif. Une vanne de sécurité 12 est positionnée entre un point amont du point de mélange sur l'amenée d'eau, en particulier en amont du débitmètre, et la cuve à eau. Le mélange est amené jusqu'aux injecteurs 231 d'entrée dans les 25 générateurs de mousse par autant de conduites que d'injecteurs 231 d'entrée, chaque conduite étant équipée d'un débitmètre 6 et d'un équipement de contrôle 8 du débit du mélange liquide d'eau et de tensioactif. En particulier, l'équipement de contrôle comprend une vanne de réglage motorisée. L'équipement de contrôle 8 est asservi au débitmètre 6. 30 De même, en sortie du compresseur d'air 3, l'air est amené jusqu'aux injecteurs 232 d'entrée d'air dans les générateurs de mousse par autant de conduites d'air que d'injecteurs 232 d'entrée d'air, chaque conduite étant équipée d'un débitmètre 7 et d'un capteur de pression 15 et d'un équipement de contrôle 9 du débit d'air. En particulier, l'équipement de contrôle comprend une vanne de réglage motorisée. 35 L'équipement de contrôle 9 est asservi au débitmètre 7. La mousse produite par chaque générateur de mousse est conduite de chaque sortie 233 jusqu'à un puits d'injection par 7 une conduite sous pression, raccordée au puits d'injection par une tête de puits équipée d'un capteur de pression. L'agent tensioactif doit être biodégradable. 5 La nature et la concentration du ou des agents tensioactifs sont choisis de manière à ce que, d'une part la mousse formée soit composée, en proportion volumique, jusqu'à 99% d'air pour 1% du mélange liquide, et à ce que d'autre part, en milieu poreux, la mousse injectée ait une viscosité comprise entre 10 et 40 fois celle de l'eau. Cette 10 qualité de mousse est obtenue avec un mélange liquide comprenant de l'eau et entre 5% et 15% d'un agent tensioactif anionique tel que, par exemple, du sodium laureth sulfate ou du cocamidopropyl betaine, et moins de 5% d'un tensioactif non ionique, tel que par exemple du lauryl glucoside, la concentration globale dans l'eau des agents tensioactifs étant comprise entre 0,1% et 1% en masse. 15 La production et l'injection, en continu et sous pression, de la mousse dans le sol est contrôlé et suivi en temps-réel, de manière à pouvoir ajuster en temps-réel la concentration en agent tensioactif, et/ou le débit d'air ou de liquide, afin d'adapter la qualité de la mousse. Le débit d'air peut aller jusqu'à 80 à 100 litres d'air/min, sous une 20 pression de 1 à 5 bars. Le système de production et d'injection de la mousse dans le sol est automatisé avec un enregistrement en continu de la pression d'injection, notamment au niveau de tous les puits d'injection réparti autour de la source de pollution, afin de 25 garantir une injection en continu et une mise en sécurité au cas où des pressions trop fortes seraient atteintes. L'invention concerne également un procédé de confinement d'une portion souterraine du sol par injection d'une mousse autour d'une portion souterraine du sol, 30 avec un dispositif 1 selon l'invention. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes : - Identifier 300 une pluralité de puits d'injection, les puits d'injection de la pluralité de puits d'injection étant réparti autour de la portion souterraine du sol à confiner, 35 - Raccorder 301 chaque puits d'injection de la pluralité de puits d'injection à une conduite de sortie 233 d'un générateur de mousse 21, 22, 23 du dispositif 1, 8 - Injecter 302 une composition liquide et une composition gazeuse sous pression dans les générateurs de mousse 21, 22, 23 du dispositif 1, de manière à produire une mousse dans les générateurs de mousse 21, 22, 23, - Injecter 303 la mousse sous pression dans chaque puits d'injection de la pluralité 5 de puits d'injection. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) pour confiner une portion souterraine du sol, le dispositif (1) comprenant au moins un générateur de mousse (21, 22, 23) destiné à alimenter en mousse une pluralité de puits d'injection répartis autour de la portion souterraine du sol à confiner, l'au moins un générateur de mousse (21, 22, 23) comprenant : - un premier injecteur (231) pour l'entrée sous pression d'une composition liquide, et - un deuxième injecteur (232) pour l'entrée sous pression d'une composition gazeuse, et - au moins une conduite de sortie (233) raccordée à un puits d'injection de la pluralité de puits d'injection, l'au moins un générateur de mousse (21, 22, 23) étant configuré pour produire une mousse et l'amener sous pression jusqu'à au moins un puits d'injection. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel la composition liquide est un mélange d'eau et d'au moins un agent tensioactif. 3. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la composition gazeuse est de l'air. 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications 2, ou 3 en tant qu'elle dépende de la revendication 2, dans lequel l'au moins un agent tensioactif comprend un agent tensioactif anionique et un agent tensioactif non ionique. 5. Dispositif (1) selon la revendication 4, dans lequel l'au moins un agent tensioactif comprend entre 5% et 15% en masse d'un agent tensioactif anionique et moins de 5 % en masse d'un agent tensioactif non ionique. 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel l'agent 30 tensioactif anionique est du sodium laureth sulfate ou du cocamidopropyl betaine. 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel l'agent tensioactif non ionique est du lauryl glucoside. 35 8. Dispositif (1) selon la revendication 2, dans lequel la concentration globale dans l'eau de l'au moins un agent tensioactif est comprise entre 0,1% et 1 % massique. 10 9. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la composition gazeuse est injectée dans le générateur de mousse avec un débit compris 5 entre 80 et 100 litres/min, sous une pression comprise entre 1 et 5 bars. 10. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la mousse injectée sous pression dans le sol comprend 99 % en volume de composition gazeuse et 1 % en volume de composition liquide. 10 11. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la mousse injectée sous pression dans le sol a une viscosité comprise entre 10 et 40 fois celle de l'eau. 15 12. Procédé de confinement d'une portion souterraine du sol par injection d'une mousse autour d'une portion souterraine du sol, le procédé comprenant les étapes suivantes : - Identifier (300) une pluralité de puits d'injection, les puits d'injection de la pluralité de puits d'injection étant répartis autour de la portion souterraine du 20 sol à confiner, - Raccorder (301) chaque puits d'injection de la pluralité de puits d'injection à une conduite de sortie (233) d'au moins un générateur de mousse (21, 22, 23), - Injecter (302) une composition liquide et une composition gazeuse sous pression dans l'au moins un générateur de mousse (21, 22, 23), de manière à produire une 25 mousse dans l'au moins un générateur de mousse (21, 22, 23), - Injecter (303) la mousse sous pression dans chaque puits d'injection de la pluralité de puits d'injection. 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la composition liquide 30 est un mélange d'eau et d'au moins un agent tensioactif. 14. Procédé selon l'une des revendications 12 ou 13, dans lequel la composition gazeuse est de l'air. 11 15. Procédé selon l'une des revendications 13, ou 14 en tant qu'elle dépend de la revendication 13, dans lequel l'au moins un agent tensioactif comprend un agent tensioactif anionique et un agent tensioactif non ionique. 5 16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel l'au moins un agent tensioactif comprend entre 5% et 15% en masse d'un agent tensioactif anionique et moins de 5 % en masse d'un agent tensioactif non ionique. 17. Procédé selon l'une des revendications 15 ou 16, dans lequel l'agent 10 tensioactif anionique est du sodium laureth sulfate ou du cocamidopropyl betaine. 18. Procédé selon l'une des revendications 15 à 17, dans lequel l'agent tensioactif non ionique est du lauryl glucoside. 15 19. Procédé selon la revendication 13, dans lequel la concentration globale dans l'eau de l'au moins un agent tensioactif est comprise entre 0,1% et 1 % massique. 20. Procédé selon l'une des revendications 12 à 19, dans lequel la composition gazeuse est injectée dans le générateur de mousse avec un débit compris 20 entre 80 et 100 litres/min, sous une pression comprise entre 1 et 5 bars. 21. Procédé selon l'une des revendications 12 à 20, dans lequel la mousse injectée sous pression dans le sol comprend 99% en volume de composition gazeuse et 1% en volume de composition liquide. 25 22. Procédé selon l'une des revendications 12 à 21, dans lequel la mousse injectée sous pression dans le sol a une viscosité comprise entre 10 et 40 fois celle de l'eau. 23. Installation pour confiner une portion souterraine du sol, l'installation comprenant un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 11 et une pluralité de puits d'injection répartis autour de la portion souterraine du sol à confiner, chaque puits d'injection de la pluralité de puits d'injection étant configuré pour injecter sous pression sous la surface du sol la mousse délivrée par l'au moins un générateur de mousse (21, 22, 23) du dispositif (1).