Brevet FR3131550A1 — publié le 20230707

La présente invention concerne un produit de génie civil d’inertage de substrats comprenant au moins un liant hydraulique et un additif de sels de baryum ou d’aluminium dans des proportions comprises entre 5 et 50% en masse dudit produit. De manière privilégiée, le liant hydraulique du produit objet de l’invention comprend au moins 15% de Clinker et l’additif est à base de sels de baryum ou de sels d’aluminium. FIGURE DE L’ABREGE : [Fig. 6] Produit de génie civil pour l’inertage de substrats La présente invention concerne le domaine de la gestion des déchets, du génie civil, notamment celui de la réutilisation de substrats pollués dans les aménagements de génie civil. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Le devenir des sols et des déchets minéraux non inertes issus de chantiers d’excavation ou provenant d’autres typologies de chantiers implique la prise en compte d’enjeux environnementaux et économiques majeurs que ce soit dans des perspectives de réutilisation de ces déchets ou du simple stockage de ceux-ci. En effet, ces substrats sont très souvent pollués, leur réutilisation dans une perspective d’économie circulaire ou leur élimination répond à des critères environnementaux strictement définis réglementairement et nécessite un traitement préalable desdits substrats en vue de les rendre inertes et donc moins polluants. En particulier, le relargage par les substrats des substances chimiques problématiques pour l’environnement, notamment les sulfates, doit être maitrisé avant toute opération de valorisation (technique routière, matériaux de construction, reconstitution de sols, etc.) ou d’élimination en installations de stockage de déchets. Pour ce faire, il existe actuellement plusieurs méthodes de traitement de substrats basées sur des principes biologiques, physiques ou chimiques. Ces traitements visent à réduire voire supprimer la lixiviation des sulfates dans les sols et déchets pollués, c’est-à-dire le transfert des sulfates dissous dans les eaux de pluie ou de ruissellement vers les nappes phréatiques, ce afin d’en éviter la contamination. Parmi les méthodes physico-chimiques les plus répandues, on peut citer l’utilisation de liants hydrauliques avec des objectifs de réutilisation des substrats pollués (Bellagh K. - Valorisation d’un sol urbain dans le domaine routier: Mobilité des polluants dans les sols traités et/ou compactés . - Géotechnique. Université Paris-Est, 2017 ; Colas J. - Etude de la valorisation des déblais de chantiers de tunnels en granulats et béton . Université Paris-Est, 2012) ou d’élimination de la pollution (FR-A-2 990 431 déposé le 14 mai 2012 ; FR-A- 3 056 930 déposé le 4 octobre 2016 ; Trincal et al.,2018 – Use of hydraulic binders for reducing sulphate leaching : application to gypsiferous soil sampled in Ile-de-France region (France) - Environmental Science and Pollution Research 25, 22977-22997). Néanmoins, l’efficacité des liants hydrauliques utilisés se montre extrêmement variable selon la nature et la composition géologique des substrats traités sans pour autant atteindre les objectifs d’inertage des sulfates prévus par la législation et ce, à des dosages économiquement viables. Ainsi, il n’existe pas à ce jour de solution de traitement par des liants hydrauliques d’inertage de sols pollués aux sulfates qui soient efficaces quelle que soit la nature des sols (ou substrats) à traiter, quelle que soit la quantité de sulfates à piéger présents dans lesdits substrats et qui soit économiquement viable et efficace dans le temps. OBJET DE L’INVENTION L’invention a notamment pour but de proposer un produit d’inertage de substrats à base de liants hydrauliques qui puisse être utilisée efficacement pour traiter n’importe quel substrat pollué par des sulfates à un coût acceptable par les opérateurs. A cet effet, les inventeurs ont mis au point un produit d’inertage de substrats comprenant au moins : - un liant hydraulique et, - un additif de sels de baryum ou d’aluminium dans des proportions comprises entre 5 et 50% en masse dudit produit. De manière privilégiée, le liant hydraulique du produit d’inertage objet de l’invention comprend au moins 15% de Clinker (Portland). De préférence, il comprend au moins 20%, au moins 30%, au moins 40%, au moins 50% de Clinker et de manière tout à fait préférentielle au moins 65% de Clinker. A titre d’exemple le liant hydraulique qui peut être utilisé dans le produit d’inertage de l’invention peut être un liant hydraulique commercialisé par la société Eqiom sous la marque Inercem P . Outre le liant hydraulique mentionné, le produit d’inertage de l’invention comprend également un additif à base de sels de baryum ou à base de sels d’aluminium, de préférence l’additif est à base de sels de baryum. La présente invention concerne également un procédé d’inertage de substrat pollué par piégeage des ions sulfates présents dans le substrat à traiter par adjonction du produit d’inertage de l’invention dans des proportions de 5 à 10% en masse de substrat à traiter. L’invention concerne également un procédé pour inerter des substrats destinés à être stockés et dépollués in situ, comprenant les étapes de : a. Evaluer la quantité de sulfates lixiviables du substrat à traiter par essais de lixiviation (la quantité de sulfates lixiviables est exprimée en milligrammes de sulfates lixiviables par kilogramme de matière sèche de substrat à traiter(mg/kg)) ; b. Etablir une gamme d’échantillons, chaque échantillon étant constitué d’un mélange homogène substrat à traiter / produit d’inertage avec une proportion de produit d’inertage entre 5 et 10% en masse du substrat à traiter selon les échantillons ; c. Effectuer des essais de lixiviation sur cette gamme d’échantillons ; d. Déterminer la quantité de produit d’inertage objet de l’invention nécessaire au traitement du substrat en fonction des résultats obtenus à l’étape c pour être compatible avec une valeur de référence de quantité de sulfates lixiviables acceptable. Il est précisé que la valeur de référence est définie par une norme ou déterminée par cahier des charges ; e. Mélanger de manière homogène la quantité de produit d’inertage déterminée à l’étape d au substrat à traiter. L’invention concerne également un procédé pour inerter des substrats destinés à être utilisés en techniques routières, comprenant les étapes suivantes : a. Evaluer la quantité de sulfates lixiviables du substrat à traiter par essais de lixiviation (en mg de sulfates lixiviables /kg de de matière sèche de substrat) ; b. Etablir une gamme d’échantillons, chaque échantillon étant constitué d’un mélange homogène substrat à traiter / produit d’inertage avec une proportion de produit d’inertage comprise entre 5 et 10% en masse du substrat à traiter selon les échantillons ; c. Effectuer des essais de lixiviation sur cette gamme d’échantillons ; d. Déterminer le dosage d1 du produit d’inertage objet de l’invention nécessaire au traitement du substrat afin de réduire la quantité de sulfates lixiviables pour atteindre une valeur de référence de quantité de sulfates lixiviables. Le dosage d1 est exprimé en pourcentage de masse de matière sèche de substrat à traiter. Il est précisé que la valeur de référence est définie par une norme ou déterminée par cahier des charges ; e. Effectuer des tests de performances mécaniques sur cette même gamme d’échantillons ; f. Déterminer le dosage d2 du produit d’inertage objet de l’invention nécessaire au traitement du substrat afin d’obtenir les performances mécaniques attendues. Le dosage d2 est exprimé en pourcentage de masse de substrat à traiter ; g. Déterminer la valeur d selon les formules suivantes : d=d1 si d1>d2 d=d2 si d1 h. Calculer la quantité Q de produit d’inertage à épandre selon la formule suivante : Où : Q représente la quantité de produit d’inertage à épandre en kilogramme par mètre carré, e représente l’épaisseur du substrat à traiter en mètre, représente la densité sèche du substrat, d représente le dosage de produit d’inertage déterminée à l’étape précédente en pourcentage ; i. Epandre sur le substrat à traiter la quantité Q de produit d’inertage selon l’invention ; j. Malaxer in situ le produit d’inertage selon l’invention et le substrat ; k. Niveler et compacter le mélange substrat/produit d’inertage ; l. Appliquer sur le mélange substrat/produit d’inertage nivelé et compacté une substance imperméabilisante empêchant l’évaporation. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, de modes de mise en œuvre particulier et non limitatif de l’invention. Il sera fait référence aux figures annexées, parmi lesquels : la est un diagramme présentant la concentration de sulfates présente dans différents substrats selon la teneur en liant hydraulique Inercem P ajouté auxdits substrats. La teneur optimale en liant hydraulique quel que soit le substrat analysé est comprise entre 3% et 5% en masse. la est un diagramme présentant la concentration de sulfates dans le substrat « sol parisien (a) » selon la teneur en Ba(OH) 2 exprimée en pourcentage de masse du substrat. La teneur optimale en additif Ba(OH) 2 est de 3% en masse par rapport au substrat. la est un diagramme présentant la quantité de sulfates solubles (ou lixiviables) présents dans un substrat de référence, identifié sous le nom « sol parisien a » non traité, comparé à la quantité de sulfates solubles (ou lixiviables) présents dans ce même substrat traité avec le produit d’inertage objet de l’invention à raison de 5% en masse de substrat de liant hydraulique Inercem P et 3% en masse de substrat d’hydroxyde de baryum (BaOH 2 ). Le traitement avec le produit d’inertage objet de l’invention permet de réduire la quantité de sulfates solubles disponibles de 10756,3 mg par kilogramme de substrat non traité à moins de 500 mg par kilogramme de substrat traité. la est un diagramme présentant la concentration de sulfates dans le substrat « sol parisien (b) » selon la teneur en Ba(OH) 2 exprimée en pourcentage de masse du substrat. La teneur optimale en additif Ba(OH) 2 est de 3%. la est un diagramme présentant la quantité de sulfates solubles (ou lixiviables) présents dans un deuxième substrat de référence, identifié sous le nom de « sol parisien b » non traité, comparé à la quantité de sulfates solubles (ou lixiviables) présents dans ce même substrat traité avec le produit d’inertage objet de l’invention à raison de 5% en masse de substrat de liant hydraulique Inercem P et 3% en masse de substrat d’hydroxyde de baryum (BaOH 2 ). Le traitement avec le produit d’inertage objet de l’invention permet de réduire la quantité de sulfates solubles (ou lixiviables) disponibles de 14756 mg par kilogramme de substrat non traité à environ 600 mg par kilogramme de substrat traité. La est un histogramme décrivant la quantité de sulfates lixiviables (ou solubles) du sol parisien (b) après traitement au liant hydraulique seul et traitement avec le produit d’inertage de l’invention. Le sol parisien (b) non traité présente une quantité de sulfates lixiviables (ou solubles) de 23 000 mg/kg de substrat. Lorsque le sol parisien (b) est traité avec du liant hydraulique seul, à hauteur 2%, la quantité de sulfates lixiviables est de 18 000mg/kg, à hauteur de 4%, la quantité de sulfates lixiviables est de 17 000 mg/kg et à hauteur de 8%, la quantité de sulfates lixiviables est de 16 000 mg/kg. Enfin, l’application du produit d’inertage (5% de liant hydraulique Inercem P et 3% d’hydroxyde de baryum par rapport à la masse totale de substrat traitée) sur le substrat permet d’obtenir une quantité de sulfates lixiviables de 700 mg/kg. Produit de génie civil pour l’inertage de substrats comprenant au moins : un liant hydraulique et, un additif de sels de baryum ou d’aluminium dans des proportions comprises entre 5 et 50% en masse dudit produit. Produit selon la revendication 1 dans lequel le liant hydraulique est composé d’au moins 15% de Clinker. Produit selon la revendication 2 dans lequel le liant hydraulique est composé d’au moins 40% de Clinker. Produit selon la revendication 3 dans lequel le liant hydraulique est composé d’au moins 65% de Clinker. Produit selon les revendications 1 à 4 dans lequel l’additif est constitué par des sels de baryum. Procédé d’inertage de substrat pollué par piégeage des ions sulfates, dans lequel le produit d’inertage selon les revendications 1 à 5 est mélangé au substrat à traiter à proportion de 5 à 10% en masse de substrat à traiter. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le substrat à inerter est destiné à être stocké et dépollué in situ, comprenant les étapes de : a.Evaluer la quantité de sulfates lixiviables du substrat à traiter par essais de lixiviation ; b.Etablir une gamme d’échantillons, chaque échantillon étant constitué d’un mélange homogène substrat à traiter / produit d’inertage avec une proportion de produit d’inertage entre 5 et 10% en masse du substrat à traiter selon les échantillons ; c.Effectuer des tests de lixiviation sur cette gamme d’échantillons ; d.Déterminer la quantité de produit d’inertage selon les revendications 1 à 5 nécessaire au traitement du substrat en fonction des résultats obtenus à l’étape c pour être compatible avec une valeur de référence de quantité de sulfates lixiviables ; e.Mélanger de manière homogène la quantité de produit d’inertage déterminée à l’étape d au substrat à traiter. Procédé selon la revendication 6, le substrat à inerter étant utilisé en technique routière comprenant les étapes de : a.Evaluer la quantité de sulfates lixiviables du substrat à traiter par essais de lixiviation ; b.Etablir une gamme d’échantillons, chaque échantillon étant constitué d’un mélange homogène substrat à traiter / produit d’inertage avec une proportion de produit d’inertage comprise entre 5 et 10% en masse du substrat à traiter selon les échantillons ; c.Effectuer des tests de lixiviation sur cette gamme d’échantillons ; d.Déterminer le dosage d1 de produit d’inertage nécessaire au traitement du substrat afin de réduire la quantité de sulfates lixiviables pour atteindre une valeur de référence de quantité de sulfates lixiviables, ladite valeur de référence étant définie par une norme ou déterminée par cahier des charges ; e.Effectuer des tests de performances mécaniques sur cette même gamme d’échantillons ; f.Déterminer le dosage d2 de produit d’inertage nécessaire au traitement du substrat afin d’obtenir les performances mécaniques attendues ; g.Déterminer la valeur d selon les formules suivantes : d=d1 si d1>d2 d=d2 si d1 h.Calculer la quantité à épandre Q de produit d’inertage selon les revendications 1 à 5, selon la formule suivante : Où : Q représente la quantité de produit d’inertage à épandre en kilogramme par mètre carré, e représente l’épaisseur du substrat à traiter en mètre, représente la densité sèche du substrat, d représente le dosage de produit d’inertage en pourcentage ; i.Epandre sur le substrat à traiter la quantité Q de produit d’inertage ; j.Malaxer in situ le produit d’inertage selon les revendications 1 à 5 et le substrat ; k.Niveler et compacter le mélange substrat/produit d’inertage ; l.Appliquer sur le mélange substrat/produit d’inertage nivelé et compacté une substance imperméabilisante empêchant l’évaporation.