Brevet FR3077998A1 — publié le 20190823

La présente invention a pour objet l'utilisation d'une composition comprenant un liant hydraulique et de la chaux éteinte dans un procédé d'inertage de sol pollué ainsi que certaines des compositions utilisées. La pollution des sols est une problématique d'actualité et mobilisant de plus en plus de ressources notamment du fait de son impact direct sur l'environnement et, par conséquent, sur la santé des hommes, des animaux et des végétaux. Un sol est dit pollué quand il contient un ou plusieurs polluant(s) ou contaminant(s) susceptibles de causer des altérations biologiques, physiques et chimiques. Le polluant se définit comme un altéragène biologique, physique ou chimique, qui au-delà d'un certain seuil, et parfois dans certaines conditions, développe des impacts négatifs sur tout ou partie d'un écosystème ou de l'environnement en général. Autrement dit, l'introduction de substances toxiques, éventuellement radioactives, ou d'organismes pathogènes entraînent une perturbation plus ou moins importante de l'écosystème. Parmi les polluants que l'on retrouve régulièrement dans les sols, on peut notamment citer les matières organiques, les hydrocarbures tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les biphényles polychlorés (PCB), les sulfates, les chlorures, les fluorures et les métaux lourds. Un sol pollué devient à son tour une source possible de diffusion directe ou indirecte de polluants dans l'environnement notamment via l'eau, les émanations gazeuses ou via une reconcentration et un transfert de polluants par des organismes vivants tels que les bactéries, les champignons ou les plantes lorsqu'elles sont à leur tour mangés par des animaux. Une fois dans la chaîne alimentaire, les polluants entrent en contact avec l'homme via son alimentation. Selon le polluant et le contexte, les impacts d'une pollution du sol peuvent être directs ou indirects, immédiats ou différés. La dépollution des sols constitue donc un enjeu majeur pour l'environnement et la santé. Par ailleurs, même sans danger immédiat pour la santé, il peut s'avérer nécessaire de dépolluer un site pour protéger les écosystèmes ou pour le valoriser (en zone constructible par exemple) en réduisant le risque qu'il pourrait faire courir aux futurs utilisateurs. Plusieurs grandes méthodes de dépollution du sol existent. Certaines permettent d'extraire tout ou partie des polluants contenus dans le sol, d'autres de les détruire (lorsqu' il s'agit de polluants dégradables). Ces procédés de dépollution peuvent être 2 menés hors-site, sur-site ou in-situ. Les deux premiers nécessitent en général l'excavation de la terre à traiter, le dernier se fait sur place en installant sur le site le procédé de dépollution. 5 D'autres procédés, permettant d'abaisser la dangerosité d'un sol pollué, peuvent également être utilisés. C'est le cas notamment des procédés dits « d'inertage » visant à réduire, voire supprimer, l'action d'un contaminant sur l'environnement en empêchant sa réactivité chimique ou biochimique et/ou sa dispersion dans l'environnement. Pour ce faire, on cherche à faire du polluant une matière sans activité ni mouvement propre, 10 et par là même à lui donner une inertie chimique définitive ou de longue durée. Cette technique permet donc une « stabilisation » de la terre traitée et son reclassement. Les procédés d'inertage habituellement mise en oeuvre sont les procédés de stabilisation/solidification par liants hydrauliques. La technique de stabilisation est un 15 processus dans lequel le polluant est converti en une forme chimiquement plus stable, tandis que celle de la solidification piège les métaux lourds dans une structure solide. Les résultats aux tests classiques de lixiviation (notamment selon les normes NF EN 12457-1, 12457-2, 12457-3 et 12457-4 de 2002) prouvent l'efficacité de ces techniques. 20 L'ajout du liant hydraulique permet en effet d'obtenir une stabilisation du sol (réduction chimique du potentiel dangereux par conversion des contaminants sous une forme moins soluble, mobile ou toxique) et une solidification (encapsulation du déchet en formant un matériau solide). La migration des contaminants est réduite par la diminution de la surface exposée à la lixiviation et/ou en imperméabilisant le matériau 25 traité. Les liants hydrauliques les plus classiquement utilisés dans le processus d'inertage de sol pollué sont les ciments Portland et les ciments au laitier. L'hydratation de ces ciments en présence de polluant permet non seulement un piégeage du polluant dans la 30 structure du ciment en diminuant physiquement sa mobilité et donc sa lixiviation potentielle, mais également la formation, lors de l'hydratation du ciment, d'une combinaison du polluant dans la structure cristalline des hydrates. L'utilisation de clinkers sulfoalumineux est également connue et présente un intérêt 35 particulier du fait de la formation en grande quantité lors de son hydratation d'ettringite, une espèce minérale composée de sulfate de calcium et d'aluminium hydraté, de formule chimique Ca6Al2(504)3(OH)12.26H20. L'ettringite est un produit de la 3 réaction entre l'aluminate tricalcique C3A, le sulfate, $ et l'eau. L'ettringite permet de nombreuses substitutions ioniques dans sa structure sans modifier pour autant sa stabilité. Elle est donc en mesure de capter et inerter les principaux métaux lourds sous forme cationique dans sa structure. En outre, l'ettringite nécessite pour se former un 5 sulfate de calcium. Elle permet donc également en se formant de réduire la teneur en ions sulfate du sol. Cependant, l'utilisation de liants hydrauliques tels que les clinkers sulfoalumineux dans les processus d'inertage peut conduire à un relargage de chrome sous forme Cr' dans le 10 sol traité. Or, ce chrome hexavalent est toxique. Ce relargage de chrome limite donc l'intérêt de l'utilisation de clinkers sulfoalumineux dans les procédés d'inertage. Cependant, il serait intéressant d'identifier une composition possédant les mêmes propriétés que les clinkers sulfoalumineux en 15 matière d'inertage de sol pollué, mais ne relarguant pas (ou moins) de chrome lors de son utilisation. Or, il a maintenant été trouvé de façon tout à fait surprenante que l'ajout de chaux éteinte à un clinker sulfoalumineux permettait de limiter significativement le relargage 20 de chrome lors de l'utilisation dudit clinker dans le processus d'inertage de sol pollué, sans pour autant en diminuer l'efficacité. Ainsi, la présente invention a pour objet l'utilisation d'une composition comprenant : - de 70% à 99% d'un clinker sulfoalumineux comprenant comme composition 25 phasique, par rapport au poids total du clinker : > de 5 à 60 % de phase sulfoaluminate de calcium éventuellement dopée en fer correspondant à la formule C4AxFy$z dans laquelle ^( x varie de 2 à 3 ; ^( y varie de 0 à 0.5 ; et 30 ^( et z varie de 0.8 à 1.2; > de 0 à 25 % de phase aluminoferrite calcique d'une composition correspondant à la formule générale C6Ax,Fy, ^( x' varie de 0 à 1.5 ; et ^( y' varie de 0.5 à 3 ; et 35 > de 20 à 70% de phase bélite C2S ; - et de 1% à 30% de chaux éteinte ; dans un procédé d'inertage de sol pollué. 4 L'adjonction de chaux éteinte au clinker sulfoalumineux permet de limiter significativement le relargage de chrome lors de l'utilisation de celui-ci dans un procédé d'inertage de sol pollué, sans pour autant en diminuer l'efficacité. 5 Dans le cadre de la présente invention : - on entend par « procédé d'inertage de sol pollué» tout procédé permettant le reclassement de terre polluée comprenant une stabilisation du sol par conversion des contaminants sous une forme moins soluble, mobile ou toxique et, éventuellement, une 10 encapsulation du déchet en formant un matériau solide ; et - on entend par « sol pollué» ou « pollution de sol» toutes les formes de pollution, qu'elle soit chimique, industrielle ou autre, touchant tout type de sol, que celui-ci soit agricole, forestier, urbain ou autre ; - on entend par « chaux éteinte» tout type d'hydroxyde de calcium provenant de 15 l'hydratation de la chaux vive, laquelle est produite industriellement par calcination de calcaire ayant des teneurs en carbonates de calcium et de magnésium variables et contenant des impuretés telles que des argiles. Dans le cadre de la présente invention, les notations suivantes sont adoptées pour 20 désigner les composants minéralogiques du ciment : - C représente CaO; - A représente A1203; - F représente Fe203; - S représente Si02; et 25 - $ représente S03. Ainsi, par exemple, la phase aluminoferrite calcique d'une composition correspondant à la formule générale C6Ax,Fy, correspond en réalité à une phase (Ca0)6(A1203),e(Fe203)',. De plus, dans le cadre de la présente invention, les proportions exprimées en % correspondent à des pourcentages massiques par rapport au poids total de l'entité 30 (clinker ou liant hydraulique) considérée. La présente invention a donc pour objet l'utilisation d'une composition comprenant un clinker sulfoalumineux et de la chaux éteinte dans un procédé d'inertage de sol pollué. De préférence, la présente invention a pour objet l'utilisation dans un procédé 35 d'inertage de sol pollué d'une composition telle que décrite précédemment dans laquelle les caractéristiques suivantes sont choisies seules ou en combinaison : 5 - le clinker contient de 10% à 60% de phase sulfoaluminate de calcium éventuellement dopée en fer C4AxFySz ; - x varie de 2.1 à 2.9, de préférence de 2.2 à 2.8; - y varie de 0.05 à 0.5, de préférence 0.1 à 0.5; 5 - la phase sulfoaluminate de calcium contient de l'alumine, du fer et du soufre avec x variant de 2.1 à 2.9, de préférence de 2.2 à 2.8, y variant de 0.05 à 0.5, de préférence de 0.1 à 0.5, et z variant de 0.8 à 1.2; - le clinker contient de 0 à 20% de phase aluminoferrite calcique C6Ax,Fy, avec > x' variant de 0.65 à 1.3 ; et 10 > y' variant de 1.5 à 2.5; - la phase aluminoferrite calcique C6Ax,Fy, contient de l'alumine et du fer avec x' variant de 0.65 à 1.3 et y' variant de 1.5 à 2.5 ; - le clinker contient de 30% à 55% de phase bélite C2S ; - la composition contient de 70% à 98% de clinker sulfoalumineux tel que décrit 15 précédemment, de préférence encore de 75% à 95% de clinker sulfoalumineux tel que décrit précédemment ; - la composition contient de 2% à 30% de chaux éteinte, de préférence encore de 5% à 25% de chaux éteinte ; et/ou - la composition contient en outre un retardateur de prise en vue de ralentir 20 l'hydratation du clinker et la formation d'ettringite. De préférence, le retardateur de prise est choisi parmi l'acide borique, l'acide citrique ou l'acide tartrique. D'autres phases minoritaires peuvent être présentes dans le clinker sulfoalumineux utilisé dans le cadre de la présente invention. Ces phases mineures peuvent être 25 constituées de la chaux libre Ca01, de l'anhydrite C$, de la Géhlénite C2AS, de la Mayenite C12A2, de la Périclase MgO, de la Perovskite CT, C3FT, C4FT2. De façon préférée, le clinker selon l'invention contient : - moins de 3% de Ca01, de préférence moins de 1% de Ca01; - moins de 5% de C$, de préférence moins de 2% de C$; et/ou 30 - moins de 10% de C2AS, de préférence moins de 5% de C2AS. La composition selon la présente invention peut être utilisée dans tout procédé d'inertage de sol pollué connu de l'homme du métier. A titre d'exemple, on peut notamment citer le procédé d'inertage de sol pollué suivant : 35 - épandage du liant sur le sol à traiter, - malaxage du sol et du liant, - arrosage du mélange avec de l'eau, et 6 - compactage du sol traité. Certaines des compositions utilisées dans le cadre de la présente invention sont nouvelles. Ainsi, la présente invention a également pour objet une composition pour 5 inertage de sol pollué comprenant : - de 70% à 98% d'un clinker sulfoalumineux comprenant comme composition phasique, par rapport au poids total du clinker : > de 5 à 60 % de phase sulfoaluminate de calcium éventuellement dopée en fer correspondant à la formule C4AxFy$z dans laquelle 10 ^( x varie de 2 à 3 ; ^( y varie de 0 à 0.5 ; et ^( et z varie de 0.8 à 1.2; > de 0 à 25 % de phase aluminoferrite calcique d'une composition correspondant à la formule générale C6Ax,Fy, 15 ^( x' varie de 0 à 1.5; et ^( y' varie de 0.5 à 3 ; et > de 20 à 70% de phase bélite C2S ; - et de 2% à 30% de chaux éteinte. 20 7 De préférence, la présente invention a également pour objet une composition pour inertage de sol pollué, telle que décrite précédemment dans laquelle les caractéristiques suivantes sont choisies seules ou en combinaison : - le clinker contient de 10 à 50% de phase sulfoaluminate de calcium 5 éventuellement dopée en fer C4AxFySz ; - x varie de 2.1 à 2.9, de préférence de 2.2 à 2.8; - y varie de 0.05 à 0.5, de préférence 0.1 à 0.5; - la phase sulfoaluminate de calcium contient de l'alumine, du fer et du soufre avec x variant de 2.1 à 2.9, de préférence de 2.2 à 2.8, y variant de 0.05 à 0.5, de 10 préférence de 0.1 à 0.5, et z variant de 0.8 à 1.2; - le clinker contient de 0 à 20% de phase aluminoferrite calcique C6Ax,Fy, avec > x' variant de 0.65 à 1.3 ; et > y' variant de 1.5 à 2.5; - la phase aluminoferrite calcique C6Ax,Fy, contient de l'alumine et du fer avec x' 15 variant de 0.65 à 1.3 et y' variant de 1.5 à 2.5; - le clinker contient de 30 à 55% de phase bélite C2S ; - la composition contient de 70% à 97% de clinker sulfoalumineux tel que décrit précédemment, de préférence encore de 75% à 95% de clinker sulfoalumineux tel que décrit précédemment 20 - la composition contient de 3% à 30% de chaux éteinte, de préférence encore de 5% à 25% de chaux éteinte ; et/ou - la composition contient en outre un retardateur de prise en vue de ralentir l'hydratation du clinker et dons la formation d'ettringite. De préférence, le retardateur de prise est choisi parmi l'acide borique, l'acide citrique ou l'acide 25 tartrique. D'autres phases minoritaires peuvent être présentes dans le clinker sulfoalumineux utilisé dans le cadre de la présente invention. Ces phases mineures peuvent être constituées de la chaux libre Ca01, de l'anhydrite C$, de la Géhlénite C2AS, de la 30 Mayenite C12A2, de la Périclase MgO, de la Perovskite CT, C3FT, C4FT2. De façon préférée, le clinker selon l'invention contient : - moins de 3% de Ca01, de préférence moins de 1% de Ca01; - moins de 5% de C$, de préférence moins de 2% de C$; et/ou - moins de 10% de C2AS, de préférence moins de 5% de C2AS. 35 Le clinker utilisé dans la composition selon la présente invention peut être préparé selon tout procédé connu de l'homme du métier. 8 La présente invention peut être illustrée de façon non limitative par les exemples suivants. 5 Exemple 1- Clinker sulfoalumineux utilisé dans le cadre de la présente invention Pour les essais conduits dans le cadre de la présente invention, le clinker Alpenat® de la société Vicat a été utilisé. Les compositions chimiques et minéralogiques de ce clinker sont rapportées respectivement dans les Tableaux 1 et 2 suivants. 10 Oxydes % (P/P) Si02 10.55 A1203 23.46 CaO 45.07 MgO 1.00 Fe203 9.70 TiO2 1.29 K20 0.27 Na20 0.17 P205 0.11 Mn203 0.01 SO3 8.07 Sr° 0.06 Cl 0.01 Perte au feu 0.23 Tableau 1- ALPENAT- Composition chimique 9 Phase minérale % (P/P) C4A3$ 54.3 C6AF2 1.2 C2Sp 20.8 C2Sochigh 8.3 C3MS2 4.5 C$ 0.4 Chaux libre 0.2 y-Fe203 1.0 C3FT 9.3 Tableau 2 - ALPENAT- Phase minérale Exemple 2 - Composition d'inertage selon l'invention Une composition comprenant 80% de clinker Alpenat selon l'exemple 1 et 20% de chaux éteinte (produit de laboratoire : hydroxyde de calcium pour analyse, pureté 96 %) a été préparée en mélangeant ces deux composants dans un malaxeur à mortier pendant 60 secondes à une vitesse de 140 tr/min. Exemple 3 - Inertage d'un sol pollué 3.1 - Sol pollué 15 Dans le cadre des essais menés, on utilise un limon (sable argileux) artificiellement sulfaté de manière à augmenter sa teneur en sulfate au-delà de la valeur limite de 1000 mg/kg de matière sèche fixée selon l'arrêté en vigueur (Arrêté du 12 décembre 2014 relatif aux conditions d'admission des déchets inertes dans les installations relevant des 20 rubriques 2515, 2516, 2517 et dans les installations de stockage de déchets inertes relevant de la rubrique 2760 de la nomenclature des installations classées, JORF n°0289 du 14 décembre 2014, page 21032, texte n° 11). Pour ce faire, on mélange du limon avec 2% (p/p) de gypse de laboratoire (malaxage 25 pendant 5 min à 140 tr/min). La composition obtenue est rapportée dans le tableau 3 suivant. 5 10 10 Limon + 2% de Gypse Valeurs limites Moyenne TS 105°C _Taux de matière sèche 85,5 TH 105°C _Taux d'humidité 16,9 Volume éluat (m) 580 Température (°C) 20,3 pH 8,1 Conductivité (uS/cm) 1604 Elément mesuré mg/kg de matière sèche (MS) As 0,5 REVENDICATIONS1. Utilisation d'une composition comprenant : - de 70% à 99% d'un clinker sulfoalumineux comprenant comme composition phasique, par rapport au poids total du clinker : > de 5 à 60 % de phase sulfoaluminate de calcium éventuellement dopée en fer correspondant à la formule C4AxFy$z dans laquelle ^( x varie de 2 à 3 ; ^( y varie de 0 à 0.5 ; et ^( et z varie de 0.8 à 1.2; > de 0 à 25 % de phase aluminoferrite calcique d'une composition correspondant à la formule générale C6Ax,Fy, ^( x' varie de 0 à 1.5; et ^( y' varie de 0.5 à 3 ; et > de 20 à 70% de phase bélite C2S ; - et de 1% à 30% de chaux éteinte dans un procédé d'inertage de sol pollué. 2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le clinker contient de 10% à 60% de phase sulfoaluminate de calcium éventuellement dopée en fer C4AxFy$,. 3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que x varie de 2.1 à 2.9. 4. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que y varie de 0.05 à 0.5. 5. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le clinker contient de 0 à 20% de phase aluminoferrite calcique C6Ax,Fy, avec - x' variant de 0.65 à 1.3 ; et - y' variant de 1.5 à 2.5. 6. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le clinker contient de 30% à 55% de phase bélite C2S. 7. Composition pour inertage de sol pollué comprenant 14 - de 70% à 98% d'un clinker sulfoalumineux tel que défini dans l'une des revendications 1 à 6; - et de 2% à 30% de chaux éteinte. 5 8. Composition selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend de 70% à 97% de clinker sulfoalumineux tel que défini dans l'une des revendications 1 à 6. 9. Composition selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend de 75% à 95% de clinker sulfoalumineux tel que défini dans l'une des revendications 1 à 6. 10 10. Composition selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend de 3% à 30% de chaux éteinte. 11. Composition selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend de 15 5% à 25% de chaux éteinte.