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Chapitre 4 : Traitement des déchets poreux par un liant bitumineux

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Chapitre 4 :Traitement des déchets poreux

par un liant bitumineux

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La littérature sur ce sujet est peu abondante, les applications sur des déchets industriels

spéciaux sont rares. Il n’existe pas réellement de procédé ou de produits de référence et

encore moins de tests d’évaluation adaptés à des déchets ainsi traités. Il s’agit donc non pas

d’évaluer un procédé, préalablement élaboré, de traitement des déchets par un liant

bitumineux mais de définir les paramètres essentiels d’un tel procédé.

La première partie de ce chapitre est consacrée à cette définition. La caractérisation des

déchets traités permet ensuite d’évaluer l’impact des variations des paramètres de traitement

en terme de solidification et de stabilisation. L’ensemble du travail conduit à exposer les

perspectives des liants bitumineux utilisés dans un procédé de stabilisation/solidification de

déchets poreux. Finalement, une analyse des tests de caractérisation pratiqués et une

comparaison de leur résultats avec les prévisions émises à partir des caractéristiques des

déchets bruts permet de proposer des éléments d’aide au choix du procédé de stabilisation/

solidification à adopter en fonction du déchet.

4.1 DEFINITION DES PARAMETRES D’UN PROCEDE DETRAITEMENT

4.1.1 OBJECTIFS DU TRAITEMENT

Les objectifs qui sous-tendent la définition du traitement résident dans l’obtention de déchets

solides, homogènes et durables qui satisfont les exigences réglementaires d’acceptation en

centre de stockage des déchets ultimes et stabilisés. Il s’agit donc d’étudier un traitement

mettant en œuvre un liant bitumineux dans les proportions les plus faibles possibles (pour

réduire l’effet de dilution du déchet et le coût du traitement) de telle sorte que les transferts

hors du déchet traité de la fraction polluante issue du déchet brut soient minimisés.

4.1.2 EBAUCHE DE FORMULATION D’UN PROCEDE

Cette détermination a été effectuée conjointement sur les deux déchets étudiés, le

catalyseur usé et le déchet de charbon actif.

Chaque étape de la détermination correspond à l’étude d’un paramètre qui paraissait

influant sur la qualité du déchet traité, suite à l’étude bibliographique et les premiers essais de

traitement. Le choix des gammes de valeurs à étudier de manière plus approfondie pour

chacun des paramètres s’appuie sur la possibilité dans un premier temps de mettre en œuvre et

dans un second temps d’obtenir un déchet traité homogène et solide.

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4.1.2.1 TYPE DE LIANT BITUMINEUX

Les liants considérés sont des bitumes de distillation, courants et peu onéreux (bitumes

routiers). Les essais ont porté sur trois bitumes de même origine mais de pénétrabilités

différentes, 70/100, 35/50 et 10/20. Ces bitumes à différentes températures sont mélangés aux

déchets dans différentes proportions liant/déchet.

Dans tous les cas, les mélanges réalisés à l’aide du bitume le plus mou, 70/100,

n’aboutissent pas à des déchets solides. Les liants utilisés par la suite sont le bitume 35/50 ou

le bitume 10/20.

4.1.2.2 TEMPERATURE

Les températures d’utilisation conseillées pour les bitumes 35/50 et 10/20 sont

comprises entre 120°C (température minimale de pompage du 35/50) et 200°C (température

d’enrobage du 10/20). Les essais de mélange ont été réalisés avec les bitumes portés à des

températures intermédiaires entre ces deux valeurs.

En deçà de 140°C, le mélange est difficile et les déchets obtenus ne sont pas

homogènes. Au delà, plus la température est élevée, plus la mise en œuvre est aisée. Le coût

énergétique du traitement augmente alors, et la possibilité de volatiliser des éléments des

déchets devient plus probable.

Le compromis entre la facilité de mise en œuvre et les éventuelles nuisances dues à la

volatilisation de matière conduit à porter les bitumes et à traiter les déchets à des températures

comprises entre 160 et 180°C.

4.1.2.3 RAPPORT LIANT/DECHET

Les déchets sont mélangés aux bitumes choisis, aux températures retenues. Les rapports

liant/déchet testés sont compris entre 0,6 et 3,4 pour le catalyseur usé et entre 0,5 et 2,3 pour

le déchet de charbon actif.

Pour les faibles rapports, la mise en œuvre est difficile, une partie du déchet brut n’est

pas enrobée, le déchet traité obtenu n’est pas homogène. Pour les rapports élevés, par contre,

le bitume en excès s’épanche, les échantillons de déchet traité fluent.

Les rapports liant/déchet préconisés pour palier ces deux inconvénients sont compris

entre 0,7 et 1,4 pour le catalyseur usé et entre 0,5 et 1,5 pour le déchet de charbon actif.

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4.1.2.4 TEMPS DE SEJOUR EN TEMPERATURE

La température imposée au bitume permet de le fluidifier et de rendre possible le

mélange avec le déchet. A la température ambiante, le bitume du déchet traité redevient très

rapidement visqueux, les vides et les pores du déchet brut restent emplis d’air. Par contre, aux

températures d’application du bitume, ce dernier reste fluide et peut pénétrer dans les vides du

déchet brut.

Des temps de séjour du déchet traité aux températures retenues compris entre cinq

minutes et trois heures ont été testés. La pénétration du bitume dans le déchet poreux semble

dépendre du bitume utilisé, de la température d’application et du déchet considéré, les tests

préliminaires menés ne permettent pas de sélectionner une valeur ou une gamme de valeurs.

4.2 ESSAIS DE TRAITEMENT PAR UN LIANT BITUMINEUX ETCARACTERISATION DES DECHETS TRAITES

Le paragraphe précédent n’établit pas la formule d’un procédé mais propose des

plages de variation de valeurs pour des critères essentiels d’un traitement de déchet poreux

par un liant bitumineux. La caractérisation des déchets ainsi traités est destinée à déduire et

évaluer les propriétés d’un liant bitumineux en tant que matrice de stabilisation/solidification.

Il est à noter que tous les échantillons de déchet traité testés sont moulés. La nature du

bitume ne permet pas d’effectuer un prélèvement de manière reproductible au cœur d’un bloc.

4.2.1 CARACTERISATION DU CATALYSEUR USE TRAITE

4.2.1.1 CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE

4.2.1.1.1 Fluage

Le bitume étant viscoélastique, au sein du déchet traité, il est susceptible de

s’épancher. Il est donc nécessaire de vérifier la tenue de ce déchet dans le temps, et

notamment sa déformation.

Trois échantillons contenant du bitume 35/50 et trois échantillons du bitume 10/20

sont préparés avec un rapport liant/catalyseur usé de 1,2 (catalyseur usé G) et un temps de

séjour de 2h à 160°C (échantillons cylindriques de diamètre 5cm d’environ 300 cm3)). Ils sont

démoulés et exposés à l’air ambiant. Ils sont ensuite soumis à une observation à l’œil nu de la

modification de leur macrostructure pendant quatre mois.

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Les échantillons contenant du bitume 35/50 manifestent les premiers signes de fluage

après 3 jours, et sont complètement affaissés après 6 semaines. La forme des échantillons

contenant du 10/20 est identique après les quatre mois.

De la même façon, quatre échantillons d’environ 1000 cm3 (rapport liant/catalyseur

usé de 1,1 et temps de séjour de 3h à 180°C), deux contenant du bitume 35/50 et deux du

10/20, sont observés pendant 18 mois. Les premières manifestations visibles de fluage ont

lieu au bout de 1 mois pour le déchet traité par du 35/50 et de 9 mois pour le déchet traité par

du 10/20. Après 6 mois le premier est complètement affaissé alors que le second n’a

quasiment plus évolué entre 6 et 18 mois.

Un bitume de faible pénétrabilité 10/20 permet d’obtenir des échantillons de

catalyseur usé traité solide et durable alors qu’un bitume de pénétrabilité moyenne 35/50

conduit à des échantillons de catalyseur usé traité fluant après quelques jours ou semaines.

4.2.1.1.2 Pénétration du bitume dans les pores du déchet

D’après les essais préliminaires, le bitume peut pénétrer dans les pores et vides du

catalyseur usé. Pour un bitume (le 10/20 permettant d’obtenir un déchet solide et durable) et

une température (160°C) donnés, l’influence du temps de séjour du mélange en température

sur la pénétration du bitume dans le déchet poreux est étudiée.

Des anneaux entiers de catalyseur usé G sont disposés verticalement dans des moules

(une centaine d’anneaux par moule). Du bitume 10/20 porté à 160°C est versé dans les moules

à raison d’un rapport liant/déchet de 2,0 permettant d’immerger complètement les anneaux.

Le temps de séjour en température des ensembles anneaux et bitume varie entre 5 minutes et 3

heures. Une fois refroidis, les échantillons sont démoulés et sectionnés en deux tranches. Pour

chacun des échantillons, une tranche est observée à l’aide d’un microscope optique et les

zones des anneaux de catalyseur usé imprégnées de bitume sont mesurées.

L’observation à l’œil nu des tranches montre que le bitume pénètre par les deux bords,

intérieur et extérieur, de chaque anneau. Pour les temps de séjour croissants, la largeur de la

zone des anneaux imprégnée de bitume augmente. Les mesures sont faiblement dispersées

entre les anneaux d’un même échantillon. Elles indiquent que la vitesse de pénétration du

bitume est identique par l’un ou l’autre bord des anneaux.

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0

3

6

9

12

15

0 60 120 180Temps de séjour à 160°C en minutes

Epa

isse

ur d

e la

zon

e im

prég

née

de b

itum

e en

1/1

0mm

bordintérieur

bordextérieur

Figure 59. - Cinétique de la pénétration du bitume dans le catalyseur usé

Les figures 59 et 60 illustrent la pénétration du bitume dans les vides et pores du

catalyseur usé en fonction du temps de séjour de l’échantillon en température. La courbe de la

figure 59 présente un palier après une centaine de minutes : les anneaux sont complètement

imprégnés de bitume.

Figure 60. - Pénétration du bitume dans les anneaux de catalyseur usé en fonction dutemps de séjour de l’échantillon en température (a:5min, b:15min, c:40min et d:2h)

Pour un bitume et une température donnés, l’augmentation du temps de séjour en

température du déchet traité permet une meilleure pénétration du bitume dans le

catalyseur usé. A 160°C, une centaine de minutes est nécessaire pour imprégner

complètement les anneaux de catalyseur usé (G) de bitume 10/20.

b)a)

c) d)

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4.2.1.2 CARACTERISATION STRUCTURALE

4.2.1.2.1 Masse volumique apparente

La masse volumique apparente du catalyseur usé traité est déterminée par pesée

d’échantillons de volume connu.

Les échantillons sont constitués de catalyseur usé G ou B mélangés à du bitume 10/20

à 160°C selon différentes conditions de rapport liant/déchet et de temps de séjour. Les

résultats moyens de densité apparente sont illustrés par les figures 61.

1 1,1 1,3 30120

180240

300

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

densité apparente

rapport liant/déchet

temps de séjour en minutes

0,7 1,1 30

1801

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

densité apparente

rapport liant/déchet

temps de séjour en minutes

Figure 61. - Densité apparente du catalyseur usé traité par un bitume dans différentesconditions

Pour un temps de séjour constant, la densité du catalyseur usé traité dépend du rapport

liant/déchet.

A) Catalyseur usé G traité avec du bitume 10/20 à 160°C

B) Catalyseur usé B traité avec du bitume 10/20 à 160°C

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Catalyseur usé G traité par du 10/20 à 160°C :

Pour un rapport liant/déchet constant, la densité en fonction du temps de séjour

augmente et devient constante au delà de 2 heures.

Pour chacun des rapports liant/déchet testés, le calcul de la densité qu’aurait un

échantillon dans lequel le bitume occuperait la totalité du volume poreux du déchet fournit

des résultats quasiment identiques aux résultats expérimentaux au delà de 2 heures. Le résultat

du calcul, bien qu’approximatif, est cohérent avec les conclusions du test de pénétration du

bitume dans le déchet. Les pores du catalyseur usé G traité par un bitume 10/20 à 160°C sont

donc complètement imprégnés de bitume pour un temps de séjour égal ou supérieur à 2

heures.

Catalyseur usé B traité par du 10/20 à 160°C :

Pour les deux rapports liant/déchet testés, la densité en fonction du temps de séjour est

constante dès 30 minutes.

Le calcul de la densité qu’aurait un échantillon dans lequel le bitume occuperait la

totalité du volume poreux du déchet fournit des résultats quasiment identiques aux résultats

expérimentaux dès 30 minutes. Les pores du catalyseur usé B traité par un bitume 10/20 à

160°C semblent donc complètement imprégnés de bitume pour un temps de séjour égal ou

supérieur à 30 minutes.

Les résultats de densité apparente du catalyseur usé traité par un bitume 10/20 à 160°C

semblent indiquer que le bitume occupe tout le volume poreux du catalyseur usé pour un

temps de séjour en température égal ou supérieur à 2 heures lorsque la répartition

granulométrique du déchet est G, et 30 minutes lorsque la répartition est B.

4.2.1.2.2 Microstructure

L’observation microscopique du déchet traité permet de déterminer sa morphologie,

notamment sa porosité, et la microstructure de l’interface déchet-liant. Les observations et les

analyses sont réalisées à l’aide du microscope électronique à balayage couplé à l’analyseur X

déjà évoqués lors de la caractérisation expérimentale du déchet brut (cf. § 2.1.3.4.).

Six fragments des échantillons testés en pénétration du bitume dans le déchet ont été

métallisés à l’or, trois ayant séjourné en température pendant 5 minutes et trois pendant 3

heures. Les observations au microscope électronique sont pratiquées à des facteurs de

grossissement de 20 à 10 000.

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Pour un même temps de séjour, les échantillons présentent la même morphologie. Les

particules de catalyseur usé traité sont séparées par des zones d’aspect lisse de bitume (figure

62).

Figure 62. - Morphologie du catalyseur usé traité par un bitume(a et b : x 22 ; a : t=5min, b : t=3h)

Les spectres obtenus en diffraction X montrent la présence des éléments suivants : C,

O, Na, Si, S, K, V. Ce résultat est cohérent avec la composition du déchet et du bitume.

Les observations aux grossissements 1 000 à 10 000 montrent que la porosité du

déchet traité est uniquement due à la porosité du catalyseur usé. Les zones de bitume au sein

du déchet traité ne présentent aucune aspérité et surtout aucune porosité apparente (figure 62).

Pour les échantillons ayant séjourné 5 minutes en température, l’épaisseur de la zone des

anneaux de catalyseur imprégnée de bitume est faible : la porosité apparente reste importante

(figure 62a). Par contre pour les échantillons ayant séjourné 3 heures, les anneaux de

catalyseur usé sont complètement imprégnés de bitume : la porosité apparente est beaucoup

plus faible (figure 62b). Les observations au microscope électronique à fort grossissement

confirment les observations au microscope optique.

En ce qui concerne l’interface catalyseur usé-bitume, la surface de contact entre les

deux matériaux est d’autant plus grande que le temps de séjour de l’échantillon en

température est long. Une analyse, suivie d’une cartographie de cette zone, montre le front de

pénétration du bitume dans le catalyseur usé.

Figure 63. – Photographie (a : x 200) et cartographie (Si) du catalyseur usé traité par unbitume

a) b)

a)b)

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Pour les échantillons correspondant à un temps de séjour de 5 minutes, les

cartographies de la phase riche en silicium (le catalyseur usé) révèlent une zone sombre

constituée de bitume, une zone claire constituée du catalyseur usé et une zone intermédiaire

(figure 63b). Cette dernière correspond d’après la photographie à la zone du déchet imprégnée

de bitume (figure 63a). Les observations à très fort grossissement révèlent la présence de

bitume sur toute la surface de cette zone. La détection du silicium dans la zone intermédiaire

témoigne alors de la faible épaisseur du bitume imprégné dans le déchet (figure 63b).

L’analyseur détecte les éléments de la couche superficielle d'épaisseur 10nm. L’épaisseur du

bitume au sein du catalyseur usé traité pendant un temps de séjour de 5 minutes est donc par

endroits inférieure à cette valeur.

Pour les échantillons correspondant à un temps de séjour de 3 heures, du silicium est

détecté dans le déchet totalement imprégné. L’épaisseur du bitume au sein du catalyseur usé

traité pendant un temps de séjour de 3 heures est également en de nombreux endroits

inférieure à 10nm.

L’analyse X du catalyseur usé traité par un bitume confirme la présence des

éléments majoritaires dans la composition des deux matériaux. Les observations au

microscope électronique indiquent le fait que la porosité du déchet traité dépend du degré

d’imprégnation du catalyseur usé par le bitume. Les cartographies du silicium révèlent la

faible épaisseur de bitume au sein du catalyseur usé (inférieure à 10nm par endroits),

quel que soit le temps de séjour en température du catalyseur usé traité.

4.2.1.2.3 Capacité d’absorption en eau

Le principe de cette détermination est identique à celui de la capacité d’absorption en

eau sur les déchets traités par un ciment. En pratique, le test est effectué sur des échantillons

de catalyseur usé G ou B mélangé à du bitume 10/20 à 160°C selon des conditions de rapport

liant/déchet et de temps de séjour différentes.

Les échantillons démoulés (environ 1000cm3) sont immergés dans de l’eau

déminéralisée dans un récipient fermé, sans renouvellement de la solution, avec un rapport

massique liquide/solide de 5, pendant une période allant jusqu'à 4 semaines. Au cours de la

période d’immersion, les échantillons sont régulièrement pesés après égouttage.

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La capacité d’absorption en eau du déchet traité est déterminée de la même manière

que pour le déchet brut. Les résultats moyens (sur trois échantillons du même type) sont

illustrés par les figures 64.

A) Catalyseur usé G traité avec du bitume 10/20 à 160°C, de rapportliant/déchet 1,0 et de temps de séjour t

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Temps en minute

Abs

orpt

ion

d'e

au e

n %

mas

siqu

e

t=30m i n

t=2h

t=3h

B) Catalyseur usé B traité avec du bitume 10/20 à 160°C, de rapportliant/déchet l/d et de temps de séjour t

0

0,5

1

1,5

2

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Temps en minute

Abs

orpt

ion

d'e

au e

n %

mas

siqu

e

l/d=0,7 t=30m i n

l/d=1,1 t=30m i n

l/d=0,7 t=3h

l/d=1,1 t=3h

Figure 64. - Cinétique de l’absorption en eau du catalyseur usé traité par un bitume

La quantité d’eau absorbée par tous les échantillons augmente pendant la période de

test mais l’absence de points de mesure entre 5 000 et 35 000 minutes ne permet pas de savoir

si l’absorption continue ou si elle a atteint un seuil.

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Quelle que soit la date au cours de la période de test à 160°C, pour des échantillons de

rapport liant/déchet identique :

� la quantité d’eau absorbée varie en sens inverse du temps de séjour.

Les résultats des tests précédents ont montré que l’allongement du temps de séjour permet une

meilleure pénétration du bitume dans les pores du déchet. La surface de contact entre le déchet

et le bitume augmente et la porosité du déchet traité diminue, d’où un accès réduit pour l’eau et

une quantité d’eau absorbée moindre.

� au delà du temps de séjour seuil correspondant à l’imprégnation totale du déchet par le

bitume, la quantité d’eau absorbée diminue.

La répartition du bitume s’améliore, l’accès de l’eau au déchet traité diminue.

La différence de quantité d’eau absorbée entre des temps de séjour de 30 minutes et de 3

heures à 160°C, importante pour le catalyseur usé G traité, et faible pour le catalyseur usé B

traité, confirme l’ordre de grandeur du temps nécessaire à l’imprégnation totale déterminé

précédemment.

Pour des échantillons de temps de séjour identique :

� la quantité d’eau absorbée varie en sens inverse du rapport liant/déchet.

A temps de séjour identique, une augmentation de la quantité de bitume par rapport à celle du

déchet permet un meilleur enrobage global et ainsi réduit l’accès de l’eau au sein du déchet

traité.

L’estimation de la capacité d’absorption en eau indique que l’accès du déchet traité à

l’eau est réduit lorsque le rapport bitume/catalyseur usé ou le temps de séjour en

température du déchet traité augmente, toute chose égale par ailleurs.

4.2.1.3 COMPORTEMENT EN PRESENCE D’EAU

L’étude du comportement du déchet traité en présence d’eau consiste essentiellement à

définir les conditions de la rétention, ou de la solubilisation, des éléments constitutifs du

déchet brut. D’après les essais précédents, l’augmentation de la surface de contact entre le

bitume et le catalyseur usé réduit l’accès à l’eau du déchet traité. Il s’agit de définir les

conditions dans lesquelles le bitume agit en tant qu’«élément d’imperméabilisation à l’eau»

du catalyseur usé.

Avant de tester le catalyseur usé traité par le bitume dans différentes conditions en

présence d’eau, les propriétés de perméabilité du bitume sont vérifiées.

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4.2.1.3.1 Perméabilité et diffusion à travers le bitume

Elle est étudiée sur des couches fines de bitume assurant la jonction entre deux cellules

identiques remplies de solution. Les cellules sont bouchées pour éviter l’évaporation. Le

contenu de chacune d'elles est agité par un barreau magnétique. Des graduations permettent de

vérifier le niveau dans les cellules et des robinets autorisent un prélèvement de part et d’autre

de la « membrane » de bitume. Le montage utilisé est représenté par la figure 65.

MembraneFigure 65. - Schéma de réalisation des essais de perméabilité du bitume

La confection de fines couches de bitume nécessite de le chauffer (160 à 180 °C) pour

le rendre fluide. Il est ensuite coulé sur une plaque préalablement couverte d’un film plastique

(non adhérent au bitume). Il est recouvert d’un film du même type avant qu’une seconde

plaque, effectuant un mouvement de translation par rapport à la première, étale le bitume en

une couche d’épaisseur constante. L’épaisseur de celle-ci est déterminée par l’écartement

réglable des plaques. Elle est mesurée par un comparateur à cadran. L’écartement minimal

permet d’obtenir des couches d’épaisseur 0,3mm. Les deux films qui « prennent en sandwich »

la couche de bitume permettent de la préserver et de la manipuler.

Pour chaque essai, une membrane de 9 cm de diamètre est découpée dans une couche.

La surface de cette membrane en contact avec les solutions correspond à un cercle de 5 cm de

diamètre.

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Test à l’eau :

Un premier essai consiste à mettre une membrane d’épaisseur 0,3mm en pression. La

cellule 1 est remplie de 250ml d’eau déminéralisée et la cellule 2 de 280ml. Après 24 heures,

les niveaux d’eau sont identiques. Le démontage et la séparation des cellules a révélé la

déformation de la membrane en demi sphère. La pression exercée par la différence de hauteur

d’eau initiale ne conduit pas à des transferts au travers de la membrane mais à sa déformation.

La perméabilité à l’eau des couches de bitume testées est négligeable.

Test aux ions :

Les premiers essais sont conduits sur les ions Na+ et SO42-. La cellule 1 renferme une

solution concentrée en ces ions, la cellule 2 de l’eau déminéralisée. L’évolution du contenu

des deux cellules est dans un premier temps suivie par chromatographie ionique. Après un

mois de test, les teneurs en ions de la solution de la cellule 2 sont toujours inférieures à la

limite de détection. Dans un second temps, le suivi est réalisé par des mesures de

conductivité, plus simple et rapide.

Trois tests préliminaires sont menés sur des membranes d’épaisseur 0,3mm avec des

solutions de chlorure de potassium (0,01M), d’acide sulfurique (0,2M) et de vanadate de

potassium (0,03M). Après un mois de test, seule la conductivité de la cellule 2 du montage

contenant l’acide sulfurique a sensiblement augmenté.

Un essai est alors conduit sur une membrane de même épaisseur avec de l’acide

sulfurique plus concentré (2M). La conductivité de la solution dans la cellule 2 augmente

faiblement pour atteindre 25µS (conductivité d’une solution très faiblement chargée) à la fin

de la période du test (3 mois).

Une couche de 0,3mm du bitume utilisé pour le traitement est quasiment imperméable

à l’eau et aux ions issus des éléments majeurs constitutifs du catalyseur usé. En contact avec

un acide concentré pendant trois mois, la membrane conserve ses propriétés de perméabilité à

l’eau. L’ensemble de ces résultats confirment les données bibliographiques (cf. § 1.5.1.2.1. et

1.5.1.2.2.).

Le bitume utilisé pour le traitement, étudié sous forme de fines couches d’épaisseur

0,3mm, présente une perméabilité à l’eau et une diffusion d'ions quasiment nulles.

Page 15: Chapitre 4 Traitement des déchets poreux par un liant ...csidoc.insa-lyon.fr/these/1998/sing-teniere/41.pdf · Les liants considérés sont des bitumes de distillation, courants

176

4.2.1.3.2 Influence de la température à laquelle s’opère le traitement

Des échantillons de déchet traité à différentes températures sont lixiviés par de l’eau

déminéralisée. Les lixiviations, trois séquences successives de 16 heures par jour, sont

pratiquées dans des récipients fermés et agités mécaniquement. Le rapport massique eau

déminéralisée/déchet est fixé à 10. A l’issue de chacune des séquences, les lixiviats sont

analysés de la même manière que les lixiviats de déchet brut (cf. § 2.1.4.2.). Tous les tests

sont pratiqués sur trois échantillons du même type, les résultats présentés correspondent à la

moyenne des résultats sur ces trois échantillons.

Le test de l’influence de la température à laquelle s’opère le traitement est effectué sur

des échantillons de même taille de catalyseur usé G mélangé à du bitume 10/20 à différentes

températures, 140, 160, 180 et 200°C. Le rapport liant/déchet est fixé à 1,0 et le temps de

séjour en température à 2 heures. Les résultats de pH et de fraction solubilisée totale sont

illustrés par la figure 66. Les incertitudes de mesure sont estimées à ± 0,2 unité pour le pH et à

± 0,1% pour la fraction solubilisée totale.

1 2 3

200

180

160

140

3

3,5

4

4,5

pH

lixiviation

1 2 3

140

160

180

200

0

0,5

1

1,5

2

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

tota

le

en %

mas

siqu

e

lixiviation

Figure 66. - pH et fraction solubilisée totale des lixiviats du catalyseur usé G traité parun bitume à différentes températures

Toutes les mesures de pH sont comprises entre 3,3 et 3,8.

Pour une température donnée, la différence de pH des trois lixiviats est de l’ordre de

grandeur de l’incertitude de mesure donc peu significative, excepté pour 140°C. De même,

l’écart entre les fractions solubilisées des trois lixiviats est faible, excepté pour 200°C.

température température

Page 16: Chapitre 4 Traitement des déchets poreux par un liant ...csidoc.insa-lyon.fr/these/1998/sing-teniere/41.pdf · Les liants considérés sont des bitumes de distillation, courants

177

Toutefois, quelle que soit la température, il semble que le pH et les fractions solubilisées

soient liées et qu'ils varient de manière inverse.

Pour les températures croissantes, le pH diminue et les fractions solubilisées

augmentent.

Des lixiviats de bitume seul (rapport massique eau déminéralisée/bitume = 10) ont un

pH compris entre 6 et 7 or les lixiviats du catalyseur usé traité par le bitume présentent un pH

beaucoup plus acide. D’autre part, la fraction solubilisée dans ces derniers est non négligeable

alors que le test de perméabilité a montré que le bitume utilisé (membrane de 0,3mm

d’épaisseur) est quasiment imperméable à l’eau et aux ions issus des éléments constitutifs du

catalyseur usé. Il semble donc que l’enrobage ne soit pas parfait et que l’eau soit entrée en

contact avec le catalyseur usé. Cette entrée d’eau peut être imputable à des lacunes de bitume

dans le déchet traité ou à une trop faible épaisseur de bitume (inférieure à 10nm par endroits

selon les observations au microscope électronique).

Des essais de lixiviation d’échantillons réenrobés par immersion dans du bitume fluide

montrent que le pH est proche de celui du bitume seul et que la fraction solubilisée est nulle.

Ils confirment ainsi par défaut que la rétention des éléments issus du déchet dépend de la

qualité de l’enrobage.

L’étude des fractions solubilisées par élément complète ces premiers résultats. Elle est

illustrée par la figure 67. Les éléments analysés comprennent l’aluminium, le calcium, le fer,

le potassium, le magnésium, le sodium, le soufre et le vanadium (les lixiviats de bitume seul

ne contiennent aucune de ces espèces chimiques). L’erreur relative de l’analyse par

spectrométrie est généralement inférieure à 10%.

Pour tous les éléments, la fraction solubilisée croit avec la température du traitement.

D'autre part, elle décroît au cours des lixiviations. Cependant, trois séquences sont

insuffisantes pour présager de l’évolution de la solubilisation du déchet traité dans le temps,

l’eau étant susceptible de déplacer le bitume et ainsi de désenrober le déchet (cf. § 1.5.2.2.3.).

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178

1 2 3

140

160

180

200

0

50

100

150

200

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Al

1 2 3

140

160

180

200

0

10

20

30

40

50

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Ca

1 2 3

140

160

180

200

0

50

100

150

200

250

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Fe

1 2 3

140

160

180200

0

1000

2000

3000

4000

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

K

1 2 3

140

160

180

200

0

20

40

60

80

100

120

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Mg

1 2 3

140

160

180200

0

200

400

600

800

1000

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Na

1 2 3

140

160

180200

0500

100015002000250030003500

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

S

1 2 3

140

160

180

200

0

200

400

600

800

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

V

Figure 67. - Fraction solubilisée par élément et par lixiviation du catalyseur usé G traitépar un bitume à différentes températures

température température

température température

température

température

température

température

Page 18: Chapitre 4 Traitement des déchets poreux par un liant ...csidoc.insa-lyon.fr/these/1998/sing-teniere/41.pdf · Les liants considérés sont des bitumes de distillation, courants

179

La figure 68 illustre la comparaison entre les fractions solubilisées, après une et trois

lixiviations, et la teneur initiale par élément dans le déchet traité.

0

10

20

30

40

Al Ca Fe K M g Na S V

Frac

tion

sol

ubili

sée

en

% d

e la

tene

ur

initi

ale

dan

s le

chet

trai

140°C-1 lixi vi ati on

140°C-3 lixi vi ati ons

160°C-1 lixi vi ati on

160°C-3 lixi vi ati ons

180°C-1 lixi vi ati on

180°C-3 lixi vi ati ons

200°C-1 lixi vi ati on

200°C-3 lixi vi ati ons

Figure 68. - Fraction solubilisée par élément du catalyseur usé G traité par un bitume àdifférentes température par rapport à la teneur initiale

Pour les températures les plus basses, quel que soit l’élément considéré, les fractions

solubilisées représentent un faible pourcentage de la teneur initiale.

Les tests préliminaires de formulation d’un procédé aboutissaient à la proposition

selon laquelle l’utilisation du bitume à des températures comprises entre 160 et 180°C

constituait un compromis entre la facilité de mise en œuvre et les éventuelles nuisances dues à

la volatilisation de matière. Les résultats de lixiviation, quant à eux, orientent le choix vers les

températures les plus basses, celles-ci permettant d’obtenir un déchet traité dans lequel le

catalyseur usé est mieux enrobé. Nous retenons donc la température de 160°C.

Le pH et les fractions solubilisées dans l’eau déminéralisée du catalyseur usé traité par

un bitume semblent varier inversement. Pour un rapport liant/déchet de 1,0 et un temps de

séjour en température de 2 heures, quelle que soit la température testée, l’enrobage du

catalyseur usé par le bitume n’empêche pas le contact avec l’eau. Le pH des lixiviats de

catalyseur usé G traité par un bitume diminue et la fraction solubilisée par élément

augmente pour des températures croissantes de traitement, quel que soit l’élément.

Page 19: Chapitre 4 Traitement des déchets poreux par un liant ...csidoc.insa-lyon.fr/these/1998/sing-teniere/41.pdf · Les liants considérés sont des bitumes de distillation, courants

180

4.2.1.3.3 Influence du rapport liant/déchet

Le test de l’influence du rapport liant/déchet est effectué sur des échantillons de même

taille de catalyseur usé B mélangé à du bitume 10/20 à 160°C. Les rapports liant/déchet testés

sont 0,7, 0,9 et 1,1. Le temps de séjour en température est constant et égal à 2 heures.

Les résultats de pH et de fraction solubilisée totale sont illustrés par la figure 69. Les

incertitudes de mesure sont estimées à ± 0,2 unité pour le pH et à ± 0,1% pour la fraction

solubilisée totale.

12 3

0,7

0,9

1,1

3

3,5

4

4,5

pH

lixiviation

1 2 3

1,1

0,9

0,7

0

0,1

0,2

0,3

0,4

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

tota

le

en%

mas

siqu

e

lixiviation

Figure 69. - pH et fraction solubilisée totale des lixiviats du catalyseur usé B traité parun bitume selon différents rapports liant/déchet

Toutes les mesures de pH sont comprises entre 3,4 et 4,2. Seul le pH pour le rapport

1,1 varie (augmentation) au cours des lixiviations.

Pour un rapport liant/déchet donné, l’écart entre les fractions solubilisées des trois

lixiviats est faible et de l’ordre de grandeur de l’incertitude de mesure.

Pour les rapports liant/déchet décroissants, le pH diminue et les fractions solubilisées

augmentent. Cette observation confirme que le pH et les fractions solubilisées varient

inversement.

L’étude des fractions solubilisées par élément complète ces premiers résultats. Elle est

illustrée par la figure 70. L’analyse porte sur les mêmes éléments que précédemment.

Pour tous les éléments, la fraction solubilisée croit pour les rapports liant/déchet

décroissants.

D'autre part, elle décroît au cours des lixiviations.

rapportliant/déchet rapport

liant/déchet

Page 20: Chapitre 4 Traitement des déchets poreux par un liant ...csidoc.insa-lyon.fr/these/1998/sing-teniere/41.pdf · Les liants considérés sont des bitumes de distillation, courants

181

1 2 3

1,1

0,9

0,7

0

20

40

60

80

100

120

140

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Al

1 2 3

1,1

0,9

0,7

05

10152025303540

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Ca

1 2 3

1,1

0,9

0,7

0

10

20

30

40

50

60

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Fe

1 2 3

1,1

0,9

0,7

0

200

400

600

800

1000

1200

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

K

1 2 3

1,1

0,9

0,7

0

10

20

30

40

50

60

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Mg

1 2 3

1,1

0,9

0,7

0

50

100

150

200

250

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Na

1 2 3

1,1

0,9

0,7

0

200

400

600

800

1000

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

S

1 2 3

1,1

0,9

0,7

0

20

40

60

80

100

120

140

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

V

Figure 70. - Fraction solubilisée par élément et par lixiviation du catalyseur usé B traitépar un bitume selon différents rapports liant/déchet

rapportliant/déchet

rapportliant/déchet

rapportliant/déchet

rapportliant/déchet

rapportliant/déchet

rapportliant/déchet

rapportliant/déchet

rapportliant/déchet

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182

Les fractions solubilisées, après une et trois lixiviations, sont comparées à la teneur

initiale dans le déchet traité par élément. Cette comparaison est illustrée par la figure 71.

0

5

10

15

20

Al Ca Fe K Mg Na S V

Frac

tion

sol

ubili

sée

en

% d

e la

tene

ur

initi

ale

dan

s le

chet

trai

1,1 -1 lixiviation

1,1 -3 lixiviations

0,9 -1 lixiviation

0,9 -3 lixiviations

0,7 -1 lixiviation

0,7 -3 lixiviations

Figure 71. - Fraction solubilisée par élément du catalyseur usé B traité par un bitumeselon différents rapports liant/déchet par rapport à la teneur initiale

Pour le rapport liant/déchet le plus élevé, quel que soit l’élément considéré, les

fractions solubilisées représentent un faible pourcentage de la teneur initiale.

Les tests préliminaires de formulation d'un procédé aboutissaient à la préconisation

d'un rapport liant/déchet compris entre 0,7 et 1,4. Les résultats de lixiviation orientent le choix

vers les rapports les plus élevés. Nous retenons donc la valeur de 1,1.

Les variations inverses du pH et des fractions solubilisées dans l’eau de catalyseur usé

traité par un bitume sont confirmées. Pour un temps de séjour à 160°C de 2 heures, quel que

soit le rapport liant/déchet testé, l’enrobage du catalyseur usé par le bitume n’empêche

pas le contact avec l’eau. Le pH des lixiviats (eau déminéralisée) de catalyseur usé B traité

par un bitume diminue et la fraction solubilisée par élément augmente pour des rapports

liant/déchet décroissants, quel que soit l’élément.

4.2.1.3.4 Influence du temps de séjour en température

Le test de l’influence du temps de séjour en température est effectué sur des

échantillons de même taille de catalyseur usé B mélangé à du bitume 10/20 à 160°C avec un

rapport liant/déchet de 1,1. Les différents temps de séjour en température testés sont 10

minutes, 30 minutes, 1 heure, 2 heures et 3 heures. Les résultats de pH et de fraction

solubilisée totale sont illustrés par la figure 72. Les incertitudes de mesure sont estimées à ±

0,2 unité pour le pH et à ± 0,1% pour la fraction solubilisée totale.

Page 22: Chapitre 4 Traitement des déchets poreux par un liant ...csidoc.insa-lyon.fr/these/1998/sing-teniere/41.pdf · Les liants considérés sont des bitumes de distillation, courants

183

1 2 310

3060

120180

3

3,5

4

4,5

pH

lixiviation

1 2 3

180

120

6030

10

0

0,1

0,2

0,3

0,4

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

tota

le

en %

mas

siqu

e

lixiviation

Figure 72. - pH et fraction solubilisée totale des lixiviats du catalyseur usé B traité parun bitume à différents temps de séjour en température

Toutes les mesures de pH sont comprises entre 3,6 et 4,2. Bien que les variations au

cours des lixiviations soient faibles, il semble que le pH augmente.

Quel que soit le temps de séjour, les fractions solubilisées des trois lixiviats sont

faibles et de l’ordre de grandeur de l’incertitude de mesure.

Pour les temps de séjour égaux ou supérieurs à 60 minutes, les valeurs de pH et leur

variation au cours des lixiviations sont identiques, il en est de même pour les fractions

solubilisées.

Les résultats de fraction solubilisée par élément sont illustrés par la figure 73.

L’analyse porte sur les mêmes éléments que précédemment.

Globalement, les fractions solubilisées par élément décroissent au cours des

lixiviations.

Pour tous les éléments considérés, les fractions solubilisées diminuent pour les temps

de séjour croissants et inférieurs à 60 minutes. Au delà de ce temps, les valeurs de fractions

solubilisées et leur variation au cours des lixiviations sont identiques. La qualité de l’enrobage

augmente donc pour les temps de séjour croissants jusqu'à atteindre son maximum entre 30 et

60 minutes. Cette observation confirme l’ordre de grandeur du temps nécessaire à

l’imprégnation totale du catalyseur usé (B) par le bitume.

temps deséjour enminutes

temps deséjour enminutes

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184

1 2 3

180

120

6030

10

0

5

10

15

20

25

30

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Al

1 2 3

180

120

6030

10

0

2

4

6

8

10

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Ca

1 2 3

180

120

6030

10

0

5

10

15

20

25

30

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Fe

1 2 3

180

120

6030

10

0

100

200

300

400

500

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

K

1 2 3

180

120

6030

10

0

5

10

15

20

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Mg

1 2 3

180

120

6030

10

0

5

10

15

20

25

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

Na

1 2 3

180

120

6030

10

0

100

200

300

400

500

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

S

1 2 3

180

120

6030

10

0

20

40

60

80

Fra

ctio

n so

lubi

lisée

en

mg/

kg

lixiviation

V

Figure 73. - Fraction solubilisée par élément et par lixiviation du catalyseur usé B traitépar un bitume à différents temps de séjour en température

temps deséjour enminutes

temps deséjour enminutes

temps deséjour enminutes

temps deséjour enminutes

temps deséjour enminutes

temps deséjour enminutes

temps deséjour enminutes

temps deséjour enminutes

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185

Les fractions solubilisées, après une et trois lixiviations, sont comparées à la teneur

initiale dans le déchet traité par élément. Cette comparaison est illustrée par la figure 74.

0

2

4

6

8

10

Al Ca Fe K M g Na S V

Frac

tion

sol

ubili

sée

en

% d

e la

tene

ur

initi

ale

dan

s le

chet

trai

180m in-1 lixi vi ati on

180m in-3 lixi vi ati ons

120m in-1 lixi vi ati on

120m in-3 lixi vi ati ons

60m in-1 lixi vi ati on

60m in-3 lixi vi ati ons

30m in-1 lixi vi ati on

30m in-3 lixi vi ati ons

10m in-1 lixi vi ati on

10m in-3 lixi vi ati ons

Figure 74. - Fraction solubilisée par élément du catalyseur usé B traité par un bitume àdifférents temps de séjour en température par rapport à la teneur initiale

Quel que soit l’élément considéré, les fractions solubilisées représentent un faible

pourcentage de la teneur initiale, d’autant plus faible que le temps de séjour est long.

Ce résultat confirme les conclusions du test de capacité d'absorption d'eau selon lesquelles au

delà du temps de séjour seuil correspondant à l'imprégnation totale du déchet par le bitume, la

qualité de l'enrobage s'améliore.

Pour une température de 160°C et un rapport liant/déchet de 1,1, la fraction solubilisée

dans l’eau déminéralisée par élément du catalyseur usé B traité par un bitume augmente pour

des temps de séjour en température décroissants, quel que soit l’élément. La qualité de

l’enrobage pour un temps de séjour au delà du seuil compris entre 30 et 60 minutes peut

être optimisée.

4.2.1.3.5 Cas particulier du vanadium

Quels que soient les échantillons, le vanadium solubilisé dans l’eau déminéralisée au

cours de tous les tests pendant lesquels il y a mise en contact du déchet traité avec de l’eau est

essentiellement à l’état d’oxydation 4 alors que le vanadium du catalyseur usé brut est à l’état

d’oxydation 5. Le contact du catalyseur usé avec le bitume, milieu réducteur, a permis de

réduire le vanadium.

Les différents états d’oxydation ont été mis en évidence par :

• observation visuelle (coloration jaune de V(V) et bleue de V(IV) en solution acide);

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186

• par réaction en présence d’acide phosphorique et de tungstate de sodium (formation d’un

complexe jaune de phosphovanadotungstate dans le cas de V(V), dans le cas de V(IV) le

composé ne se forme qu’après oxydation, en l’occurrence par du persulfate de potassium);

• par spectroscopie de photoélectrons des sels issus des lixiviats déshydratés du catalyseur

usé brut et du catalyseur usé traité par le bitume (les énergies de liaison correspondent

dans le premier cas à V(V) et dans le second à V(IV)).

D’après Pourbaix [108], le vanadium en solution dans de l’eau déminéralisée est

beaucoup moins soluble à l’état d’oxydation 4 que 5, toutefois cette tendance s’inverse pour

des pH très acides (inférieurs à environ 3). Dans le cas du catalyseur usé traité par un bitume,

les pH des lixiviats sont compris entre 3 et 4. La réduction du V(V) en V(IV) ne semble donc

pas constituer un facteur de stabilisation. Néanmoins, elle montre que le bitume peut réagir

chimiquement avec un déchet.

4.2.1.4 CONCLUSION

Le bitume est infiniment peu perméable à l’eau et les ions issus des éléments

constitutifs du catalyseur usé ne diffusent pas à travers lui.

Les essais de traitement de ce dernier par un bitume montre qu’il est possible d’obtenir

un déchet traité solide et dont la structure mécanique résiste au temps. La caractérisation de ce

déchet montre que la solubilisation des éléments constitutifs du catalyseur usé dépend de la

qualité de son enrobage. Elle permet également de mettre en évidence la possibilité d'une

réaction d'oxydo-réduction entre le bitume et le déchet brut.

Les paramètres essentiels d’un traitement du catalyseur usé par un bitume devant

satisfaire à des exigences de résistance physique et de stabilisation chimique comptent alors la

nature du liant bitumineux (notamment sa viscosité), le rapport liant/déchet, la température du

traitement et le temps de séjour en température.

A l’issue de nombreux essais, le procédé répondant le mieux à ces objectifs consiste à

traiter le catalyseur usé B par un bitume de distillation de pénétrabilité 10/20 selon un rapport

liant/déchet de 1,1, à la température de 160°C, pendant un temps de séjour en température au

moins égal à 1 heure.

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187

En contact avec l’eau, le catalyseur usé ainsi traité est solubilisé à hauteur de 0,1% de

la masse de déchet brut après une lixiviation de 16 heures, les fractions solubilisées au cours

des lixiviations suivantes diminuant.

4.2.2 CARACTERISATION DU DECHET DE CHARBON ACTIF

4.2.2.1 CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE

4.2.2.1.1 Fluage

Quatre échantillons d’environ 300 cm3 (cylindres de diamètre 5cm) sont préparés avec

un rapport liant/déchet de charbon actif de 1,2, un temps de séjour de 2h à 160°C. Deux

contiennent du bitume 35/50 et deux du bitume 10/20. Ils sont démoulés et exposés à l’air

ambiant. Ces échantillons sont soumis à une observation à l’œil nu de la modification de leur

macrostructure pendant quatre mois.

Les échantillons contenant du bitume 35/50 manifestent les premiers signes de fluage

après 3 jours, et sont complètement affaissés après 1 mois. La forme des échantillons

contenant du 10/20 est identique après les quatre mois.

Un bitume de faible pénétrabilité 10/20 permet d’obtenir des échantillons de déchet de

charbon actif traité solide et durable alors qu’un bitume de pénétrabilité moyenne 35/50

conduit à des échantillons de déchet de charbon actif traité fluant après quelques jours ou

semaines.

4.2.2.1.2 Elément du bilan matière

Un montage a été conçu pour vérifier si l’élément iode provenant du déchet de

charbon actif est volatilisé sous forme I2 au cours du traitement et le cas échéant pour le

piéger (figure 75).

Les échantillons de déchet traité ou de déchet brut sont placés sous une cloche de verre

dans laquelle circule un flux d’air (air reconstitué, de qualité industrielle). Un rotamètre

permet de quantifier ce flux. L’air « balayé » diffuse par des frittés de porosité 1 dans des

flacons en verre contenant une solution d’iodure de potassium. L’iode I2 est soluble dans ce

type de solution, il se combine aux iodures pour former un complexe, l’ion triiodure de

coloration jaune-orangée. La cloche de verre est placée dans une étuve à 160°C, la

température du traitement du déchet de charbon actif par le bitume. La bouteille d’air et

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188

l’entrée de la cloche sont reliées par un tuyau en silicone. De la sortie de la cloche à la sortie

du dernier flacon diffuseur, les tuyaux sont en verre.

air industriel

mélangeO2 + N2

rotamètre

Etuve : consigne = 160 °C

échantillonsous

cloche

flacons diffuseurssolution de KI à 10 000 ppm de I-

21

Figure 75. - Schéma de réalisation des essais de volatilisation de l’iode

Après avoir vérifié l’étanchéité du dispositif, trois essais préliminaires ont permis

d’améliorer les conditions de l’expérience.

Essai préliminaire 1 : un récipient en verre contenant 100g de déchet de charbon actif est

placé sous la cloche dans l’étuve à 160°C pendant 8 heures. Le débit d’air est de 8dm3/h. A

l’issue de l’essai, les solutions dans les flacons diffuseurs ont pris une coloration jaune.

Aucune coloration ne s’est manifestée, dans les mêmes conditions, après un essai « à blanc »

sans échantillon et après un essai avec échantillon mais à température ambiante.

Il semble donc que l’iode du déchet de charbon actif puisse se volatiliser dans les conditions

de température du traitement du déchet par le bitume.

Essai préliminaire 2 : un moule, utilisé pour le traitement par le bitume, contenant 100g de

déchet de charbon actif est placé sous la cloche dans l’étuve à 160°C pendant 8 heures. Le

débit d’air est de 2dm3/h. A l’issue de l’essai, les solutions dans les flacons diffuseurs sont

restées incolores, par contre, le vernis du moule est devenu marron-orangé. Ce changement de

coloration est probablement imputable à l'iode volatilisé. Il semble que le débit d’air est

insuffisant pour assurer un balayage de l’atmosphère sous la cloche.

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189

Essai préliminaire 3 : les conditions sont identiques à celles de l’essai précédent hormis le

débit d’air qui est fixé à 8dm3/h. A l’issue de l’essai, les solutions dans les flacons diffuseurs

ont pris une coloration jaune. Des analyses par spectrophotométrie d’absorption moléculaire

ont révélé la présence de quelques milligrammes d’iode I2, toutefois, le dispositif et les

conditions expérimentales n’étant pas optimisés, nous n’accordons à ce test qu’une valeur

qualitative.

Les deux essais suivants sont réalisés dans les conditions du traitement du déchet de

charbon actif par le bitume (température de 160°C et temps de séjour de 2 heures).

Essai 1 : un moule utilisé pour le traitement par le bitume contenant 500g de déchet de

charbon actif est placé sous la cloche balayée par un débit d’air de 8dm3/h. A l’issue de

l’essai, les solutions dans les flacons diffuseurs ont pris une coloration jaune. L’iode du

déchet de charbon actif se volatilise.

Essai 2 : un échantillon de 500g de déchet de charbon actif mélangés au bitume du traitement,

à raison d’un rapport liant/déchet de 0,5, est placé sous la cloche balayée par un débit d’air de

8dm3/h. A l’issue de l’essai, les solutions dans les flacons diffuseurs sont restées incolores. Il

semble que l’iode du déchet de charbon actif traité par un bitume ne se volatilise pas.

Au cours du traitement du déchet de charbon actif par le bitume, il semble qu’il

n’y ait pas de transfert de l’iode dans la phase gazeuse.

4.2.2.2 CARACTERISATION STRUCTURALE

4.2.2.2.1 Masse volumique apparente

La masse volumique apparente du déchet de charbon actif traité est déterminée par

pesée d’échantillons de volume connu.

Ces derniers sont constitués de déchet de charbon actif mélangés à du bitume 10/20

selon des conditions de rapport liant/déchet, de temps de séjour et de température différentes.

Les résultats moyens de densité apparente sont illustrés par la figure 76.

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190

0,5 0,6 1,1

30

120180

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

densité apparente

rapport liant/déchet

temps de séjour en min

Figure 76. - Densité apparente du déchet de charbon actif traité par un bitume dansdifférentes conditions

Pour les faibles rapports liant/déchet, la structure du déchet de charbon actif traité est

très « aérée » et ne présente pas un continuum de bitume.

Pour un rapport constant, la densité en fonction du temps de séjour augmente et

devient constante au delà de 2 heures.

Dans tous les cas, la densité au delà de 2 heures, déterminée expérimentalement, est

nettement inférieure au résultat du calcul de la densité qu’aurait un échantillon dans lequel le

bitume occuperait la totalité du volume poreux du déchet. Cette différence semble indiquer

que le volume poreux du déchet n’est que partiellement occupé par le bitume. Il est probable

que la viscosité du bitume à la température du test ne lui permette pas de s’écouler dans les

pores les plus fins du déchet de charbon actif.

Les résultats de densité apparente du déchet de charbon actif traité par un bitume

10/20 à 160°C indiquent que pour un temps de séjour en température égal ou supérieur à 2

heures, la densité du déchet traité n’augmente plus. En dépit de ce fait, le bitume

n’occupe que partiellement le volume poreux du déchet de charbon actif.

4.2.2.2.2 Microstructure

Six fragments d'échantillons ont été métallisés à l’or, trois ayant séjourné en

température pendant 5 minutes et trois pendant 3 heures. Les observations au microscope

électronique sont pratiquées à des facteurs de grossissement de 20 à 10 000.

Déchet de charbon actif traité par du bitume 10/20 à 160°C

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191

Pour un même temps de séjour, les échantillons présentent la même morphologie. Les

particules de déchet de charbon actif traité sont séparées par des zones d’aspect lisse de bitume

(figure 77a).

Figure 77. - Morphologie du déchet de charbon actif traité par un bitume (a : x 200; b : x 1500)

Les observations aux grossissements 1 000 à 10 000 montrent que la porosité du déchet

traité est uniquement due à la porosité du déchet de charbon actif. Pour les échantillons ayant

séjourné 5 minutes en température, le bitume ne pénètre quasiment pas dans les pores du déchet

: la porosité apparente reste très importante. Pour les échantillons ayant séjourné 3 heures, le

bitume pénètre dans une faible épaisseur du déchet : la porosité bien que plus faible reste très

importante (figure 77b). Ces observations confirment les conclusions de la détermination de la

densité apparente : le bitume n’occupe que partiellement le volume poreux du déchet de

charbon actif.

En ce qui concerne l’interface déchet de charbon actif-bitume, la surface de contact

entre les deux matériaux semble d’autant plus grande que le temps de séjour de l’échantillon en

température est long.

Les observations au microscope électronique indiquent le fait que l’imprégnation du

déchet de charbon actif par le bitume dépend du temps de séjour du déchet traité en

température. Elles confirment que, quel que soit le temps de séjour, le bitume n’occupe que

partiellement le volume poreux du déchet de charbon actif.

4.2.2.2.3 Capacité d’absorption en eau

Le test est effectué sur des échantillons de déchet de charbon actif mélangé à du bitume

10/20 à 160°C selon des conditions de rapport liant/déchet et de temps de séjour différentes.

Les échantillons démoulés (environ 1000cm3) sont immergés dans de l’eau

déminéralisée dans un récipient fermé, sans renouvellement de la solution, avec un rapport

massique liquide/solide de 5, pendant une période allant jusqu'à 6 semaines. (Les échantillons

a) b)

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192

dont les désignations suivent, l/d=0,6 t=30min ; l/d=1,1 t=30min ; l/d=0,5 t=2h ; l/d=0,5 t=3h,

présentent une densité apparente inférieure à 1, ils flottent au début de la période du test). Au

cours de la période d’« immersion », les échantillons sont régulièrement pesés après égouttage.

La capacité d’absorption en eau du déchet traité est déterminée de la même manière

que pour le déchet brut. Les résultats moyens (sur trois échantillons du même type) sont

illustrés par la figure 78.

Déchet de charbon actif traité avec du bitume 10/20 à 160°C, de rapportliant/déchet l/d et de temps de séjour t

0

5

10

15

20

25

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000

Temps en minute

Abs

orpt

ion

d'e

au e

n %

mas

siqu

e

l/d=0,6 t=30min

l/d=1,1 t=30min

l/d=0,5 t=2h

l/d=1,1 t=2h

l/d=0,5 t=3h

l/d=1,1 t=3h

Figure 78. - Cinétique de l’absorption en eau du déchet de charbon actif traité par unbitume

La quantité d’eau absorbée par tous les échantillons tend vers un palier après environ

une semaine de test.

Quelle que soit la date au cours de la période de test, pour des échantillons de rapport

liant/déchet identique :

� la quantité d’eau absorbée varie en sens inverse du temps de séjour.

De la même manière que pour le catalyseur usé traité, en permettant d’augmenter la surface de

contact entre le déchet et le bitume, l’allongement du temps de séjour conduit à réduire l’accès

du déchet traité à l’eau.

� au delà du temps de séjour seuil correspondant à l’imprégnation maximale du déchet par le

bitume (environ 2h), la quantité d’eau absorbée ne diminue que pour un faible rapport

liant/déchet.

Dans ce cas, l’enrobage n’est pas parfaitement homogène. Passé le seuil correspondant à

l’imprégnation maximale du déchet traité par le bitume, une augmentation du temps de séjour

en température autorise une meilleure répartition du bitume : l’enrobage devient plus

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193

homogène, la surface de contact entre le déchet et le bitume augmente, l’accès de l’eau au

déchet traité diminue.

La différence importante de quantité d’eau absorbée entre des temps de séjour de 30

minutes et de 3 heures à 160°C confirme l’ordre de grandeur du temps nécessaire à

l’imprégnation totale déterminé précédemment.

Pour des échantillons de temps de séjour identique :

� la quantité d’eau absorbée varie en sens inverse du rapport liant/déchet.

A temps de séjour identique, une augmentation de la quantité de bitume par rapport à celle du

déchet permet un meilleur enrobage global et ainsi réduit l’accès de l’eau au sein du déchet

traité.

L’estimation de la capacité d’absorption en eau indique que l’accès du déchet traité à

l’eau est réduit lorsque le rapport bitume/déchet de charbon actif ou le temps de séjour en

température du déchet traité augmente, toute chose égale par ailleurs.

4.2.2.3 COMPORTEMENT EN PRESENCE D’EAU

Avant de tester le déchet de charbon actif traité dans différentes conditions en

présence d'eau, la diffusion d'iodures à travers le bitume est étudiée.

4.2.2.3.1 Diffusion à travers le bitume

La diffusion de l’ion I- est étudiée dans les conditions précédemment évoquées (cf. §

4.2.1.3.1.). Initialement, la cellule 1 renferme une solution concentrée d’iodures (10 000 ppm),

la cellule 2 de l’eau déminéralisée. Une électrode spécifique permet de suivre l’évolution du

contenu des deux cellules.

Pendant la première semaine de test, la teneur en iodures de la solution de la cellule 2

est passée de 0,1ppm à 1ppm. Cette teneur est ensuite restée constante jusqu’à la fin du test (3

mois). Une couche de 0,3mm du bitume utilisé pour le traitement est donc quasiment

imperméable aux ions I-.

La diffusion d'iodures à travers le bitume utilisé pour le traitement, étudié sous

forme de fines couches d’épaisseur 0,3mm, est quasiment nulle.

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194

4.2.2.3.2 Influence de la température à laquelle s’opère le traitement

Des échantillons de déchet de charbon actif traité dans différentes conditions sont

lixiviés de manière identique aux échantillons de catalyseur usé traité (cf. § 4.2.1.3.).

Le test de l’influence de la température à laquelle s’opère le traitement est effectué sur

des échantillons, de même taille, de déchet de charbon actif mélangé à du bitume 10/20 à

différentes températures (T), 140, 160 et 180°C et selon deux rapports liant/déchet (l/d), 0,7 et

0,9. Le temps de séjour en température est fixé à 2 heures.

Le pH augmente au cours des lixiviations cependant ses variations sont de l’ordre de

grandeur de l’incertitude de mesure (± 0,2 unité pH).

Les fractions solubilisées totales sont très faibles et de l’ordre de grandeur ou inférieures à

l’incertitude de mesure (0,1% en masse).

Ni les pH (environ 7,0) ni les fractions solubilisées totales ne sont donc représentées.

Les fractions solubilisées sont alors étudiées par élément. L’aluminium, le calcium, le fer,

l’iode, le potassium, le magnésium et le sodium sont analysés (les lixiviats de bitume seul ne

contiennent aucune de ces espèces chimiques).

Seuls l’iode et le potassium sont solubilisés en quantité appréciable. La solubilisation

dans l’eau de ces deux éléments est illustrée par la figure 79.

12

3

l/d=0,9 T=140°C

l/d=0,7 T=140°C

l/d=0,9 T=160°C

l/d=0,7 T=160°C

l/d=0,9 T=180°C

l/d=0,7 T=180°C

0

20

40

60

80

100

Frac

tion

sol

ubili

e e

n m

g/k

g

lixiviation

I

12

3

l/d=0,9 T=140°C

l/d=0,7 T=140°C

l/d=0,9 T=160°C

l/d=0,7 T=160°C

l/d=0,9 T=180°C

l/d=0,7 T=180°C

0

5

10

15

20

25

30

35

Frac

tion

sol

ubili

e e

n m

g/k

g

lixiviation

K

Figure 79. - Fraction solubilisée par élément et par lixiviation du déchet de charbon actiftraité par un bitume à différentes températures et selon différents rapports liant/déchet

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195

Globalement, les fractions solubilisées décroissent au cours des lixiviations. L’eau

étant susceptible de déplacer le bitume et ainsi de désenrober le déchet (cf. § 1.5.2.2.3.), trois

séquences de lixiviation sont insuffisantes pour présager de l’évolution de la solubilisation du

déchet traité dans le temps.

Pour les deux éléments étudiés, la fraction solubilisée croit avec la température du

traitement pour un rapport liant/déchet donné.

La figure 80 illustre la comparaison entre les fractions solubilisées, après une et trois

lixiviations, et la teneur initiale par élément dans le déchet traité.

0

5

10

15

20

I K

Frac

tion

sol

ubili

sée

en %

de

la te

neur

in

itial

e d

ans

le d

éch

et tr

aité

0,9-140°C -1lix

0,9-140°C -3lix

0,7-140°C -1lix

0,7-140°C -3lix

0,9-160°C -1lix

0,9-160°C -3lix

0,7-160°C -1lix

0,7-160°C -3lix

0,9-180°C -1lix

0,9-180°C -3lix

0,7-180°C -1lix

0,7-180°C -3lix

Figure 80. - Fraction solubilisée par élément du déchet de charbon actif traité par unbitume à différentes températures et selon différents rapports liant/déchet par rapport à

la teneur initiale

Pour un rapport liant/déchet donné, les fractions solubilisées des deux éléments sont

d’autant plus faibles que la température du traitement est basse. La fraction de potassium

représente un faible pourcentage de la teneur initiale. Par contre celle de l’iode représente

jusqu'à une dizaine de pourcent de la teneur en iode du déchet de charbon actif.

Pour un rapport liant/déchet donné et un temps de séjour en température de 2 heures,

les fractions solubilisées dans l’eau déminéralisée de l’iode et du potassium augmentent

pour des températures croissantes de traitement. Les autres éléments constitutifs du

déchet de charbon actif ne sont quasiment pas solubilisés dans les conditions du test.

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196

4.2.2.3.3 Influence du rapport liant/déchet

D’après les résultats illustrés par les figures 79 et 80, pour une température de

traitement donnée, la fraction solubilisée des deux éléments étudiés croit quand le rapport

liant/déchet décroît.

Pour une température de traitement donnée et un temps de séjour en température de 2

heures, les fractions solubilisées dans l’eau déminéralisée de l’iode et du potassium

augmentent pour des rapports liant/déchet décroissants.

4.2.2.3.4 Influence du temps de séjour en température

L’influence de ce paramètre sur le comportement du déchet de charbon actif en

présence d’eau est étudiée parallèlement à la détermination de la capacité d’absorption d’eau

(cf. § 4.2.2.2.3.). La fraction d’iode solubilisée dans l’eau déminéralisée est suivie en fonction

du temps.

Les résultats moyens (sur trois échantillons du même type) sont illustrés par la figure

81.

Déchet de charbon actif traité avec du bitume 10/20 à 160°C, de rapportliant/déchet l/d et de temps de séjour t

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000

Temps en minute

Fra

ctio

n d

'iode

so

lubi

lisé

en

mg

/kg

l/d=0,6 t=30min

l/d=1,1 t=30min

l/d=0,5 t=2h

l/d=1,1 t=2h

l/d=0,5 t=3h

l/d=1,1 t=3h

Figure 81. - Fraction solubilisée d’iode du déchet de charbon actif traité par un bitume(selon différents l/d et t) en fonction du temps

Quelle que soit la durée du contact avec la solution, pour un rapport liant/déchet

donné, la fraction solubilisée d’iode est d’autant plus faible que le temps de séjour en

température est long. Ce phénomène s'accentue pour le rapport liant/déchet le plus faible.

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197

Pour une température de traitement et un rapport liant/déchet donnés, la fraction

solubilisée dans l’eau déminéralisée de l’iode augmente pour les temps de séjour en

température décroissants.

4.2.2.4 CONCLUSION

Le bitume est infiniment peu perméable à l’eau et aux iodures.

Les essais de traitement du déchet de charbon actif par un bitume montre qu’il est

possible d’obtenir un déchet traité solide et dont la structure mécanique résiste au temps. La

caractérisation de ce déchet montre que la solubilisation des éléments constitutifs du déchet

de charbon actif dépend de la qualité de son enrobage.

Les paramètres essentiels d’un traitement du déchet de charbon actif par un bitume

devant satisfaire à des exigences de résistance physique et de stabilisation chimique sont

identiques à ceux du traitement du catalyseur usé.

A l’issue de nombreux essais, le procédé répondant le mieux à ces objectifs consiste à

traiter le déchet de charbon actif par un bitume de distillation de pénétrabilité 10/20 selon un

rapport liant/déchet de 1,1, à la température de 160°C, pendant un temps de séjour en

température au moins égal à 2 heures.

En contact avec l’eau, le déchet de charbon actif ainsi traité est solubilisé à moins de

0,1% de la masse de déchet brut après une lixiviation de 24 heures, les fractions solubilisées

au cours des lixiviations suivantes diminuant.

4.3 VERS UNE METHODOLOGIE D'AIDE AU CHOIX DU PROCEDEA ADOPTER

Des travaux préliminaires permettent de mettre en évidence les paramètres essentiels

d’un procédé de traitement de déchets poreux par un bitume et de leur attribuer une gamme de

valeurs.

La caractérisation des déchets traités dans ces conditions autorise ensuite à évaluer

l’impact des variations de la formule du traitement sur l’efficacité de l’opération de

stabilisation/solidification.

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198

Nous présentons un récapitulatif des résultats expérimentaux de la caractérisation des

deux déchets traités. Une définition d’un procédé de traitement lui fait suite avant que les

perspectives des liants bitumineux en tant que matrice de stabilisation/solidification de déchets

poreux ne soient exposées. Finalement, l’ensemble du travail conduit à proposer des éléments

d’aide au choix du procédé de stabilisation/ solidification à adopter en fonction du déchet.

4.3.1 RECAPITULATIF DES CARACTERISTIQUES DES DECHETS TRAITESPAR UN BITUME

L’ensemble des résultats de ce chapitre est récapitulé dans le tableau 34.

Déchets traités par un bitume 10/20 à 160°C

Catalyseur usé traité Nom Déchet de charbon actif traitéavérée pour des échantillons de

300cm3 (l/d=1,2 - t=2h) pendant aumoins 4 mois et

1000cm3 (l/d=1,1 - t=3h - T=180°C)pendant 9 mois

Résistance aufluage

avérée pour des échantillons de300cm3 (l/d=1,2 - t=2h) pendant au

moins 4 mois

1,40 g/cm3 pour G (l/d=1,0 - t=2h)

1,34 g/cm3 pour B (l/d=1,1 -t=30min)

Masse volumiqueapparente 1,03 g/cm3 (l/d=1,1 - t=2h)

augmente avec le temps de séjour

100% après #100min pour G100% après #30min pour B

Pénétration dubitume dans lespores du déchet

augmente avec le temps de séjour

faible % du volume poreux quel quesoit le temps de séjour

vaste surface de contact

la porosité du déchet traité estfonction du degré de pénétration du

bitume dans le déchet brut

Interfacedéchet/bitume

Microstructure

grande surface de contact

quel que soit t, le bitume n’occupeque partiellement le volume poreux

du déchet de charbon actifElément du bilan

matièrepas de transfert d’iode dans la phase

gazeusequasiment nulle à l’eau et aux

éléments constitutifs du catalyseurPerméabilité du

bitumequasiment nulle aux iodures

0,9% pour B (l/d=1,1 - t=3h)1,6% pour B (l/d=0,7 - t=30min)

Absorption d’eau(1 mois

d’immersion)

1,3% (l/d=1,1 - t=3h)20,6% pour B (l/d=0,6 - t=30min)

En fonction des conditions (l/d et t)pH : 3,3 à 4,2

FScum : 0,2 à 3,6%Solubilisation (% massique)

Al : 0,04 à 1,7% Ca : 0,6 à 7,5%Fe : 0,6 à 8,7% K : 1,9 à 27,1%Mg : 1,4 à 15,5% Na : 0,4 à 34,7%S : 1,5 à 28,7% V : 0,6 à 15,0%

Lixiviation dedéchets massifs

dans l’eaudéminéralisée(3 séquences)

En fonction des conditions (l/d et t)pH : 7,0 à 7,3

FScum : 0,1 à 0,2%Solubilisation (% massique)

Fe : <0,2%I : 1,8 à 11,9%,K : 0,7 à 1,5%

Na : <5%Tableau 34. - Récapitulatif des caractéristiques des deux déchets étudiés après

traitement par un bitume

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Dans les conditions du traitement appliqué, l’enrobage n’empêche pas complètement

le contact de l’eau avec le déchet brut au sein du déchet traité. La fraction (totale ou par

élément) de déchet solubilisé dans l’eau déminéralisée augmente, donc la qualité de

l’enrobage diminue, lorsque la température du traitement augmente (pour un rapport

liant/déchet et un temps de séjour fixés), lorsque le rapport liant/déchet diminue (pour une

température et un temps de séjour fixés) ou lorsque le temps de séjour en température

diminue (pour une température et un rapport liant/déchet fixés).

4.3.1 DEFINITION D’UN PROCEDE DE TRAITEMENT PAR UN LIANTBITUMINEUX

La très faible perméabilité du bitume à l’eau en fait un matériau d’étanchéité, propriété qui

est mise à profit pour empêcher ou amoindrir le contact des déchets avec l’eau.

Le traitement d’un déchet poreux nécessite l’emploi d’un bitume visqueux à

température ambiante pour assurer macroscopiquement une résistance mécanique

suffisante. Au cours du mélange, le bitume fluidifié pénètre dans les pores du déchet et lui

devient ainsi microscopiquement lié.

L’enrobage des déchets poreux, compte tenu de leur vaste surface spécifique, exige une

quantité de bitume minimum nécessaire à l'imprégnation des pores et des vides laissés

par la structure du déchet en vrac. Au delà de ce seuil, une légère augmentation du rapport

liant/déchet améliore la qualité de l’enrobage global.

Les facteurs permettant de s’assurer de la pénétration d’un bitume donné dans les pores du

déchet comptent la température du traitement et le temps de séjour du mélange bitume-déchet

à cette température. Leur influence semble équivalente sur la rigidité du bitume(cf. §

1.5.1.2.1.) mais pas sur la qualité de l’enrobage.

Lorsque la température du traitement augmente, tout chose égale par ailleurs, le bitume

devient plus fluide. Il peut pénétrer dans des pores de plus fins diamètres. La figure 82

schématise deux échantillons traités à deux températures différentes en coupe.

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différence de

niveaux liée à la

pénétration du bitume

T1 T2T1 < T2 et t<tmax

bitume

zone de déchetimprégnée de bitume

zone de déchetnon imprégnéede bitume

Figure 82. - Schéma en coupe de deux échantillons de déchets poreux traités par unbitume à différentes températures (le temps de séjour est inférieur au temps nécessaire à

l’imprégnation totale)

A la température T2, le bitume comble des vides plus petits mais en comblent moins

qu’à la température T1. Schématiquement, l’augmentation de température induit une

diminution de la distance entre les zones de déchet non imprégnées de bitume et accroît la

taille du réseau dans lequel l’eau pourrait circuler.

Lorsque c’est le temps de contact qui augmente, toute chose égale par ailleurs donc à

fluidité du bitume constante, l’épaisseur de déchet dans laquelle le bitume pénètre augmente.

La figure 83 illustre en coupe deux échantillons traités pendant deux temps de séjour en

températures différents.

différence de

niveaux liée à la

pénétration du bitume

t1 t2t1 < t2<tmax

Figure 83. - Schéma en coupe de deux échantillons de déchets poreux traités par unbitume pendant différents temps de séjour en température (inférieurs au temps nécessaire

à l’imprégnation totale)

Pour le temps de séjour t2, le bitume comble davantage de vides. Schématiquement,

l’augmentation du temps de séjour en température induit une augmentation de la distance

entre les zones de déchet non imprégnées de bitume et réduit la taille du réseau dans lequel

l’eau pourrait circuler.

Pour un rapport liant/déchet donné, il est donc conseillé de traiter les déchets poreux à la

température minimum assurant la fluidité nécessaire à la mise en œuvre du bitume

utilisé et cela pendant un temps de séjour en température suffisamment long pour que le

réseau poreux du déchet soit imprégné au maximum.

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201

4.3.3 PERSPECTIVES DES LIANTS BITUMINEUX EN TANT QUEMATRICE DE STABILISATION/ SOLIDIFICATION DE DECHETS POREUX

4.3.1.1 SOLIDIFICATION

La solidification d’un déchet poreux par un bitume est effective si le bitume employé

est suffisamment visqueux à température ambiante.

Elle peut être considérablement améliorée si la compacité du déchet en vrac est augmentée,

par broyage ou par ajout.

4.3.1.2 STABILISATION

Les liants bitumineux sont envisagés comme matrice de « stabilisation/solidification »

essentiellement pour leur propriété de très faible perméabilité à l’eau. Ils sont considérés

comme des matériaux d’étanchéité.

On leur présume une action de matrice imperméabilisante, qui confine les polluants

solubles, plutôt que celle d'une matrice stabilisant chimiquement. Les essais de traitement du

catalyseur usé par un bitume contredise cette hypothèse. En effet, le vanadium est réduit par le

bitume. La propriété de milieu réducteur de ce dernier doit être exploitée pour en faire à

proprement parler une matrice de stabilisation/solidification.

4.4 CONCLUSION

L’étude de la solubilisation d'un déchet poreux brut par des lixiviations dans des

lixiviats d’un liant bitumineux ne permet pas de prévoir a priori l’action de stabilisation de ce

dernier vis-à-vis du déchet considéré.

Seuls les essais de traitement et, notamment, l'observation du fluage pendant

quelques jours et la détermination de la capacité d'absorption en eau du déchet traité

permettent d'orienter le choix du liant bitumineux et celui du procédé à adopter.

Concernant la stabilisation, d’après nos résultats expérimentaux, le bitume est

susceptible de réduire certains éléments. La stabilisation pourrait donc être effective si les

éléments considérés sont sous forme oxydée initialement et si leur forme réduite présente

une solubilité moindre dans les solutions de lixiviation.