Caractérisation expérimentale et modélisation du comportement à la lixiviation de déchets de nature minérale

Les Residus d’Epuration des Fumees d’Incineration des Ordures Menageres (REFIOM) sont consideres comme etant des residus de haute toxicite en raison de leur contenu en metaux lourds solubles (Pb, As, Sn, Hg, Cu, Zn, etc. . . ) et en composants organiques (dioxines et furanes). D’ailleurs, la legislation francaise exige leur traitement par techniques de stabilisation / solidification avant de les stocker en centre de stockage des dechets ultimes. Une technique de vitrification a ete developpee par Electricite de France (EDF), qui vise a stabiliser les polluants contenus dans les REFIOM. Afin de pouvoir stocker ou valoriser un dechet, il est necessaire d’etudier son comportement a la lixiviation a long terme et en particulier la retention des elements toxiques dans la matrice. Le present travail a donc pour objectif l’etude des mecanismes de dissolution d’un vitrifiat de REFIOM obtenu par le procede d’EDF, en fonction du pH et du temps. En premier lieu, une caracterisation mineralogique du vitrifiat a ete realisee grâce a differentes techniques : la diffraction des rayons X, la microscopie electronique a balayage, la microsonde electronique, les spectroscopies Raman et Infrarouge. La methode de Rietveld a ete utilisee pour determiner la composition du vitrifiat, laquelle est constituee d’une phase majoritaire du groupe de la melilite (92,2 %), ainsi que de phases minoritaires du groupe des pyroxenes (5,3 %) et du groupe des spinelles (2,5 %). La composition de la solution solide du groupe de la melilite presente dans le vitrifiat de REFIOM a ete etablie comme etant la suivante : Ge44Ak25SM14Ha11FeGe5. Le comportement d’un vitrifiat a long terme est fortement dependant de sa composition mineralogique. En consequence, trois mineraux membres du groupe de la melilite (akermanite, gehlenite et hardystonite) ont ete synthetises (avec une purete superieure a 94 %) afin d’etudier leur comportement a la dissolution. Le vitrifiat de REFIOM et les mineraux synthetiques ont ete soumis a un essai normalise de lixiviation (CEN TS 14429) pour l’etude de leur comportement a la lixiviation a court et long termes. Les resultats obtenus montrent des comportements de lixiviation similaires pour le vitrifiat et les mineraux synthetiques. Par ailleurs, la caracterisation des solides issus des essais de lixiviation a principalement montre une alteration de la structure cristalline d’autant plus importante que le pH est acide. Afin de connaitre le comportement a long terme en prenant en compte les resultats experimentaux, la dissolution du vitrifiat de REFIOM et celle des mineraux synthetiques ont ete modelisees a l’aide du logiciel PHREEQC. Les grandeurs thermodynamiques necessaires pour realiser les modelisations de l’hardystonite et du vitrifiat de REFIOM ont ete obtenues avec le concours du laboratoire d’Hydrogeologie, Argiles, Sols et Alterations (HydrASA) de Poitiers. Pour les modelisations des mecanismes de la dissolution du vitrifiat de REFIOM, de la gehlenite et de l’hardystonite, il a ete necessaire de considerer un modele cinetique de dissolution de mineraux silicates en plus du modele geochimique. Les resultats obtenus par modelisation montrent une bonne concordance avec les resultats experimentaux. L’ensemble des resultats obtenus a permis d’etablir que les mecanismes de dissolution du vitrifiat sont controles par les phases du groupe de la melilite.