une composition originale mixte comme alternative à l'inertage des sols pollués par jonathan...

Mardi 8 mars

Une composition originale mixte comme alternative à l'inertage des sols pollués.

Jonathan Jonlet, PhD student, ULg - LCIS / GreenMAT Antoine Gobeaut, Ingénieur projet, Centre Terre & Pierre

Liege Creative, en partenariat avec :

ProcédédeStabilisa0on/Solidifica0on

poursolspollués

AntoineGobeautJonathanJonlet

LiègeCréa0ve–8mars2016

2

ü  SolspolluésenWallonieü  Sourcesettypesdepolluantsü  Risquespourlasantéetl’environnementü  Législa0onpollu0ondessolsü  Traitementsdessols(actuellement)

I.Contexte

II.ProjetVALAVALPartenairesRésultats

Plan

3

SolspolluésenWallonie

Brownfield–Sited’Ac0vitéEconomiqueDésaffecté(SAED)

Dépotoirs/décharges«sauvages»

Sta0onsservices

4

SolspolluésenWallonie

Brownfield–Sited’Ac0vitéEconomiqueDésaffecté(SAED)

5

SolspolluésenWallonieDépotoirs/décharges«sauvages»

6

SolspolluésenWallonieSta0onsservices

7

Solspoten0ellementpolluésenWallonie

Total:2700à17000sites

8

Sourcesettypesdepolluantstrouvésdanslesol

Pra0quesdupassé:(avantle30avril2007)-Exploita0onindustriellesouminières -Infiltra0on -Déversement -Stockage -Poussières-Elimina0ondesdéchets -Décharge -Remblais

Pollu0onnouvelle:-Accidentelleliéeautransport -Naufrage -Accidentdelaroute-Par0culiers -Cuveàmazout -Pes0cides -Peintures

©Environnement.wallonie.be-LeSoir-Shuferstock

9

Sourcesettypesdepolluantstrouvésdanslesol

ü  ElémentsTraceMétalliques(ETM)Arsenic,Cadmium,Cuivre,Cobalt,Chrome,Mercure,Nickel,Plomb,…

ü  BTEX(Benzène,Toluène,Ethylbenzène,Xylène)Solvant,imprimerie,traitementducharbon

ü  HydrocarburesCombus0bles,lubrifiant,goudron,incinéra0on,fumoir

ü  Composésorganiquesvola0ls(COV)Dégraissant,détergents,blanchimentdupapier

ü  Polychlorobisphényls(PCB)Fluidescaloriporteurs,fluideshydrauliques

ü  CyanuresTraitementdesurface,galvanisa0on,lavagehautsfourneaux

10

Sourcesettypesdepolluantstrouvésdanslesol

ü  ElémentsTraceMétalliques(ETM)Arsenic,Cadmium,Cuivre,Cobalt,Chrome,Mercure,Nickel,Plomb,…

ü  BTEX(Benzène,Toluène,Ethylbenzène,Xylène)Solvant,imprimerie,traitementducharbon

ü  HydrocarburesCombus0bles,lubrifiant,goudron,incinéra0on,fumoir

ü  Composésorganiquesvola0ls(COV)Dégraissant,détergents,blanchimentdupapier

ü  Polychlorobisphényls(PCB)Fluidescaloriporteurs,fluideshydrauliques

ü  CyanuresTraitementdesurface,galvanisa0on,lavagehautsfourneaux

11

Risquespourlasanté

Voiesdirectes

ü  Inhala0ondepoussières

ü  Inges0onaccidentelledepar0cules

ü  Contactdermiqueaveclesol

12

Risquespourlasanté

Voiesindirectes

ü  Inges0ondeproduitsvégétauxcontaminés

ü  Inhala0ond’airpollué

ü  Consomma0ondelait,viande,œufscontaminés

ü  Contactouinges0ond’eaudedistribu0onpolluée

ü  Contactouinges0ond’eaudesurfacepolluée

13

Risquespourlasanté

•  Métauxindispensablesàlavie:lesoligoéléments(Mg,Fe,Cu,Zn,…)

•  Métauxsonttoxiquessous3formes:

1.  Aucunefonc0onsbiologiques(Hg,Pb,Cd)

2.  Toxiquesàhautedose(Al,Ni,Ti,As,…)3.  Toxiquessouscertainesformes

•  Cr3+/ChromateouBichromate•  Sn/Snméthylé•  Fe3+/Fe2+

14

Législa0onWallonne

DECRETSOL(2008)-Décretrela*fàlages*ondessols

ü  Listesdespolluantsü  Lesseuilsàrespecterü  Lescatégoriesdesols

15

Valeurderéférence(VR)

Valeurseuil(VS)

Valeurd’interven0on(VI)

Terrainnonpollué

Terrainpouvantêtretraitécommenonpollué

Terrainàtraitercommepolluésaufsicelles-cisontdesconcentra7onsdefond

Risquesn’excédantpaslesniveauxcourantsacceptés

Risquessuscep0blesd’êtreinacceptables

Risquesinacceptables

DÉCRETSOLQUELSSONTLESSEUILSÀRESPECTER?

16

Législa0onpollu0ondessolsenWallonie

DECRETSOL(2008)-Décretrela*fàlages*ondessols

Valeurderéférence

Valeurseuil Valeurd’interven0on

Terrainnonpollué

Terrainpouvantêtretraitécommenonpollué

Terrainàtraitercommepolluésaufsicelles-cisontdesconcentra7onsdefond

Risquesn’excédantpaslesniveauxcourantsacceptés

Risquessuscep0blesd’êtreinacceptables

Risquesinacceptables

ACTIONNONREQUISE ACTIONREQUISEouNON-Sipollu0onnouvelle:assainissement-Sipollu0onhistorique:étudederisques

ACTIONREQUISE

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I–Naturel

II–Agricole

III–Résiden0el

IV–Récréa0foucommercial

V-Industriel

Probabilitédetransmissiondespollu0onsauxhommes,auxanimauxetaux

végétaux

DÉCRETSOL5CATÉGORIESD’UTILISATIONDUTERRAIN

Terrepolluée

Valeurs>VI

Assainissement

Élimina0on Extrac0on Stabilisa0on/solidifica0on

VI>Valeurs>VS

Étuded’orienta0onY-a-t-ilunepollu0on?

ÉtudederisquesQuellemenacereprésente

cefepollu0on?

Projetd’assainissementCommentassainir?

Étudedecaractérisa0onCommentdéfinirla

pollu0on?

CodeWallondesBonnesPra0ques(CWBP)

Assainissement

Queltraitement?

20

Traitementdessols

Solspollués

Dégrilleur Pierres,grosmorceaux

Aimant Fer

DécompacteurEau

Soldésagrégé

Tamis GrosblocsEau

Tamis GravierEau

Hydrocyclone LimonsArgiles

Hydrocyclone

Limons

Argiles

Sables

21

Traitementdessols

Solspollués

Dégrilleur Pierres,grosmorceaux

Aimant Fer

DécompacteurEau

Soldésagrégé

Tamis GrosblocsEau

Tamis GravierEau

Hydrocyclone LimonsArgiles

Hydrocyclone

Limons

Argiles

Sables

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Traitementdessols

1.  Traitementsphysiques-apportd’énergie:ü  Thermiqueü Mécaniqueü  ElectriqueExtraireoudétruirelespolluants

2.  Traitementschimiques–apportréac0fs

ü  Oxydant/réducteurü  Solvantü  Tensioac0fExtraireouéliminerlespolluants

3.  Traitementsbiologiques–apportorganismesü  Micro-organismesü  PlantesDégraderouconcentrerlespolluants

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Solu0onalterna0ve?

ProjetVALAVAL:

Solsain

Solpollué

Eausouterraine

Mn+

Mn+ Eausouterraine

ü Mélangedeliantsinéditü  Stabilisa0on/Solidifica0ondelaterrepolluéeü  Traitement«onsite»

Objec0fs

Mn+

24

{Mn+}

ProjetVALAVAL: Partenaires

Coordinateur Partenaire

25

ProjetVALAVAL: Coordinateur

26

Stabilisation de suspensionPoudres Films

Matériaux inorganiquesAvec microstructure contrôlée

27

Matériaux inorganiquesAvec microstructure contrôlée

Applications

Energie Environnement Santé Revêtementdeprotec0on

u  Li/Na-ionbaferiesu  NewPVsolarcellsu  Electrochromic

coa0ngsu  Thermoelectricsu  Superconductors

u  MaterialRecyclingofPhotacatylicoxidesforwater/airreatment

u  TreatmentofPollutedsoils

u  Catalystsupportmaterials

u  Pharmaceu0calexcipients

u  APIcrystallisa0onu  Powdersfor

addi0vemanufacturinginbiomedicaldevices

u  Thermalbarrieru  Reducedfric0onu  An0-fingerprintu  An0-foggingu  An0-icing

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Matériaux inorganiquesAvec microstructure contrôlée

Applications

Energie Environnement Santé Protec0vecoa0ngs

u  Li/Na-ionbaferiesu  NewPVsolarcellsu  Electrochromic

coa0ngsu  Thermoelectricsu  Superconductors

u  MaterialRecyclingofPhotacatylicoxidesforwater/airreatment

u  Treatmentofpollutedsoils

u  Catalystsupportmaterials

u  Pharmaceu0calexcipients

u  APIcrystallisa0onu  Powdersfor

addi0vemanufacturinginbiomedicaldevices

u  Thermalbarrieru  Reduced

fric0onu  An0-fingerprintu  An0-foggingu  An0-icing

42personnes

5500m²hallpilote

CentredeRechercheetd’Innova0ondédiéau«MineralProcessing»

Hall«pilote»

30

Le«MineralProcessing»auservicedel’Environnement

MineralProcessing

•  Lafragmenta0onet/oulibéra0on

•  Lasépara0onphysique

•  Laflofa0on

•  L’hydrométallurgie

•  Lesprocédésthermiques,…

Chimiedesmatériaux

•  Inertage

•  Stabilisa0on/solidifica0on

•  Mécano-chimie

Flux

•  Brownfield

•  Landfield

•  Verre

•  Bouesdedragage/industrielles

•  DEEE

•  Plas0ques

•  Cendresvolantes

•  Sous-produitsindustriels

31

èÉchellelaboratoirede100gà10kgèMontagedebouclesdetraitementde10kg/hà1t/h

Le«MineralProcessing»auservicedel’Environnement

CapacitésdeUpscaling

32

Objec&f:stabilisa*ondeterrescontaminéesenmétauxlourdsparunematricehybridegéopolymère/lianthydraulique

Applica&on:réu0lisa0ondelaterrepolluéeencouchedesous-fonda0onpourtravauxdevoierie

+/+

Lianthydraulique

+bonnestabilitéchimique+résistancesmécaniquescorrectes+fixa0ondesmétauxlourds-…maisimparfaite(Mo,Pb)

Géopolymère

+résistancesmécaniquestrèsélevées+possibilitédefixerMLdansmatriceGP-mauvaisestabilitéchimique

Objec*f/

PROJETVALAVAL

ProjetVALAVAL: Liantshydrauliques

33

CimentPortland

Prisedesliantshydrauliques:

Pâtedeciment

Liquide Solide

Ensemblederéac0onschimiquesd’hydrata0on

ProjetVALAVAL:

34

C3SC2S

C3AC4AF

Temps

Ajout eau

CSHEfringite

Début de la prise

CSHEfringitePortlandite

Périodedormante

Périodeaccéléra0on

Périodededurcissement

Fin de la prise

GelCSH

ProjetVALAVAL:

35

Liantsgéopolymèriques

Al2O3.2SiO2Argiles

Réac*ondepolycondensa*on

Réseau3D

Solu*ond’ac*va*onSolu0onbasique

ProjetVALAVAL:

36

Argile

+Sol.Ac0va0on

CureAtmosphèreconfinée

Géopolymère

Liantgéopolymère

ProjetVALAVAL:

37

Mélangedeliants«inédit»

LiantgéopolymériqueLianthydraulique ≠

!

!

!

H2O

AluminosilicateChaux–cimentPortland©

Mécanismed’hydrata0on Mécanismedepolycondensa0on

…-Al-O-Si-O-Al-O-Si-…

-  CaO-  Ca2(PO4)3-  …

Produc0ond’H2OConsomma0ond’H2O

ProjetVALAVAL:

38

Pollu0onar0ficielle

Augmenta0ondutauxdelianthydraulique

Polluants

•  Pb(NO3)2•  PbO•  Cu(NO3)2•  CuO

Testlixivia0on(DIN38414-S4)

Cure(7jours)broyage(<10mm)Liquide/solide=10pHnaturel

Geopolymère Hydraulique

ProjetVALAVAL:

39

Pollu0onar0ficielle

ProjetVALAVAL:

40

Argile

Ciment

Solu0ond’ac0va0on

Sol

Ou/Et

Testlixivia0on(DIN38414-S4)

Cure(7jours)broyage(<10mm)Liquide/solide=10pHnaturel

41

Geopolymère hydraulique Sol

MK MKL5 MKL10 MKL20 MKL30 L25

Augmenta0ondutauxdelianthydraulique

ProjetVALAVAL:

42

ProjetVALAVAL:

RéférenceCombinaison=bénéfice

PROJETVALAVALSOLUTIONÉCOLOGIQUEMENTPERTINENTE?

43

Géopolymère:métakaolin+silicated’alcalin

Sourced’aluminosilicatesobtenueparcalcina7ond’argile(750ºC)

Subs*tu*ondesréac*fspardessous-produitsindustrielsoudéchetsminéraux

Coûtélevé

U*lisa*onderessourcesnaturelles

EmissionsdeCO2 L

L

L

44

SourceCaO SourceSiO2 SourceAl2O3

Lai0erdehautfourneau X X

Cendresvolantes X X

PROJETVALAVALQUELSSOUS-PRODUITSUTILISER?

•  Réac0vitédessous-produits•  Ac0va0on•  Caractérisa0ondesliantsformés

Lai*erdehautfourneau(LHF):co-produitdesidérurgie(ganguestérile)

Cendresvolantes(CV):déchetdecombus*on

45

Méthodologie

Mélangeur

Pressage(mélangeterre+liant)

Coulage(liantseul)

Chambrehumide(20ºC-80%humidité

Pressehydraulique(testsderésistance

mécanique)

Miseencure7à28jours

0

20

40

60

80

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Rc

MPa

E/P

46

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Rc

MPa

E/P

0 10 20 30 40 50 60

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Rc

MPa

E/P

7 jours

14 jours

E/Pvariable

E/Pop*malentre0.25et0.3

28 jours

Essaisd’orienta*on

Composi*onderéférence

Lai*erhautfourneau

Cendresvolantes

Silicatedepotassium+KOH

50% 50%

+ +

Eauàdéterminer

Testsderésistancemécanique

0-25% de géopolymère à Rc comprise entre 2,5 et 9 MPa

Plage de travail pour étudier comportement en lixiviation

Changement compo: immobilisation des ML ↗ possibilité que Rc ↘ à Bonne marge de sécurité pour application en couches de sous-fondation (1.5 MPa)

ü

% géopolymère % géopolymère

48

ProjetVALAVAL

Probléma*que:miseenévidenced’unephasemixteGP/CSH

Difficiles à analyser directement

DRX (analyse des phases) DSC (comportement thermique)

Phases amorphes! Interprétation compliquée (sous produits)

49

GP

% CSH

% GP

% inertes

CEM III

% CSH

% GP

% inertes

LHF + SiK

% CSH

% GP

% inertes

LHF + CV + SiK

% CSH

% GP

% inertes

ProjetVALAVAL

Lescendresvolantesnepar*cipentpasàlaforma*ondephasesliantes(GPouCSH)ànécessitédetrouverunenouvellesource

Protocole:afaqueschimiquessuccessives 1) Acide salicylique à dissolution des CSH

2) Acide chlorhydrique à dissolution des GP à reste inertes

50

ProjetVALAVAL

Subs*tu*oncendresvolantesparAl(OH)3(sous-produit)

Al(OH)3nelibèrepasd’aluminiumàpHbasiqueàpassagesurlai*erac*véauxalcalin

Test : mélange Al(OH)3 avec potasse (KOH)

51

SourceCaO SourceSiO2 SourceAl2O3

Lai0erdehautfourneau X X

Cendresvolantes X X

Calcin X

PROJETVALAVALQUELSSOUS-PRODUITSUTILISER?

Verre recyclé broyé finement

Substitution du silicate de potassium

Broyeur à boulets

4500 Blaine = ciment

ProjetVALAVAL

14,4 15,3 18,5

15,8

20,31 23,13

16,15 18,15

15,6 17,1

27,5

38,2

19,3 19,9

36,4 39,05

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

M6665/A M6665/B M6665/C M6665/D

7 jrs sans activation

28 jrs sans activation

7 jrs avec activation

28 jrs avec activation

M6665 A B C D A’ B’ C’ D’

LHF 100 100 100 100

LHFbroyéfin 100 100 100 100

Calcin 50 50 50 50

Calcinbroyéfin 50 50 50 50

KOH 15 15 15 15 15 15 15 15

eau 58,3 58,3 58,3 58,3 58,3 58,3 58,3 58,3

Ac*va*oncalcin sansac0va0on 24h

Lebroyagetrèsfinduverreetl’ac0va0onpréalableàla

potassepermefentd’op0miserlesrésistances

mécaniques

Broyeurintensif

avant aprèsbroyageintensif

Perspec0ves

Formula0onsàbasededéchets/sous-produitsindustriels

Testsderésistancesmécaniques

Caractérisa0ondesolpollué

Testd’incorpora0ondecontaminantsar0cifiels

Matricegéopolymèreàbasederéac0fscommerciaux

Testsdelixivia0on

Connaissancedesmécanismesdefixa*ondesmétauxlourdsdansla

matrice

Elabora*ond’unematricestableàbasedesousproduitsetcompa*ble

avecl’applica*onvisée

54

Perspec0ves

VALAVAL Matricegéopolymère/CSHà

basedesous-produitspermeNantfixa7ondesmétauxlourdsetbonne

résistancemécaniquepourl’applica7onencouchede

sous-fonda7on

Mercidevotreafen0on

JonathanJonletGreenMat–UlgJ.Jonlet@ulg.ac.be

AntoineGobeautCentreTerreetPierre

Antoine.Gobeaut@ctp.be