une composition originale mixte comme alternative à l'inertage des sols pollués par jonathan...
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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
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ü SolspolluésenWallonieü Sourcesettypesdepolluantsü Risquespourlasantéetl’environnementü Législa0onpollu0ondessolsü Traitementsdessols(actuellement)
I.Contexte
II.ProjetVALAVALPartenairesRésultats
Plan
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SolspolluésenWallonie
Brownfield–Sited’Ac0vitéEconomiqueDésaffecté(SAED)
Dépotoirs/décharges«sauvages»
Sta0onsservices
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SolspolluésenWallonie
Brownfield–Sited’Ac0vitéEconomiqueDésaffecté(SAED)
5
SolspolluésenWallonieDépotoirs/décharges«sauvages»
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SolspolluésenWallonieSta0onsservices
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Solspoten0ellementpolluésenWallonie
Total:2700à17000sites
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Sourcesettypesdepolluantstrouvésdanslesol
Pra0quesdupassé:(avantle30avril2007)-Exploita0onindustriellesouminières -Infiltra0on -Déversement -Stockage -Poussières-Elimina0ondesdéchets -Décharge -Remblais
Pollu0onnouvelle:-Accidentelleliéeautransport -Naufrage -Accidentdelaroute-Par0culiers -Cuveàmazout -Pes0cides -Peintures
©Environnement.wallonie.be-LeSoir-Shuferstock
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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
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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
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Risquespourlasanté
Voiesdirectes
ü Inhala0ondepoussières
ü Inges0onaccidentelledepar0cules
ü Contactdermiqueaveclesol
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Risquespourlasanté
Voiesindirectes
ü Inges0ondeproduitsvégétauxcontaminés
ü Inhala0ond’airpollué
ü Consomma0ondelait,viande,œufscontaminés
ü Contactouinges0ond’eaudedistribu0onpolluée
ü Contactouinges0ond’eaudesurfacepolluée
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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+
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Législa0onWallonne
DECRETSOL(2008)-Décretrela*fàlages*ondessols
ü Listesdespolluantsü Lesseuilsàrespecterü Lescatégoriesdesols
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Valeurderéférence(VR)
Valeurseuil(VS)
Valeurd’interven0on(VI)
Terrainnonpollué
Terrainpouvantêtretraitécommenonpollué
Terrainàtraitercommepolluésaufsicelles-cisontdesconcentra7onsdefond
Risquesn’excédantpaslesniveauxcourantsacceptés
Risquessuscep0blesd’êtreinacceptables
Risquesinacceptables
DÉCRETSOLQUELSSONTLESSEUILSÀRESPECTER?
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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?
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Traitementdessols
Solspollués
Dégrilleur Pierres,grosmorceaux
Aimant Fer
DécompacteurEau
Soldésagrégé
Tamis GrosblocsEau
Tamis GravierEau
Hydrocyclone LimonsArgiles
Hydrocyclone
Limons
Argiles
Sables
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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+
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{Mn+}
ProjetVALAVAL: Partenaires
Coordinateur Partenaire
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ProjetVALAVAL: Coordinateur
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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»
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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
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èÉchellelaboratoirede100gà10kgèMontagedebouclesdetraitementde10kg/hà1t/h
Le«MineralProcessing»auservicedel’Environnement
CapacitésdeUpscaling
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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
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CimentPortland
Prisedesliantshydrauliques:
Pâtedeciment
Liquide Solide
Ensemblederéac0onschimiquesd’hydrata0on
ProjetVALAVAL:
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C3SC2S
C3AC4AF
Temps
Ajout eau
CSHEfringite
Début de la prise
CSHEfringitePortlandite
Périodedormante
Périodeaccéléra0on
Périodededurcissement
Fin de la prise
GelCSH
ProjetVALAVAL:
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Liantsgéopolymèriques
Al2O3.2SiO2Argiles
Réac*ondepolycondensa*on
Réseau3D
Solu*ond’ac*va*onSolu0onbasique
ProjetVALAVAL:
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Argile
+Sol.Ac0va0on
CureAtmosphèreconfinée
Géopolymère
Liantgéopolymère
ProjetVALAVAL:
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Mélangedeliants«inédit»
LiantgéopolymériqueLianthydraulique ≠
!
!
!
H2O
AluminosilicateChaux–cimentPortland©
Mécanismed’hydrata0on Mécanismedepolycondensa0on
…-Al-O-Si-O-Al-O-Si-…
- CaO- Ca2(PO4)3- …
Produc0ond’H2OConsomma0ond’H2O
ProjetVALAVAL:
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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
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Geopolymère hydraulique Sol
MK MKL5 MKL10 MKL20 MKL30 L25
Augmenta0ondutauxdelianthydraulique
ProjetVALAVAL:
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ProjetVALAVAL:
RéférenceCombinaison=bénéfice
PROJETVALAVALSOLUTIONÉCOLOGIQUEMENTPERTINENTE?
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Géopolymère:métakaolin+silicated’alcalin
Sourced’aluminosilicatesobtenueparcalcina7ond’argile(750ºC)
Subs*tu*ondesréac*fspardessous-produitsindustrielsoudéchetsminéraux
Coûtélevé
U*lisa*onderessourcesnaturelles
EmissionsdeCO2 L
L
L
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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
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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
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ProjetVALAVAL
Probléma*que:miseenévidenced’unephasemixteGP/CSH
Difficiles à analyser directement
DRX (analyse des phases) DSC (comportement thermique)
Phases amorphes! Interprétation compliquée (sous produits)
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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)
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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
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Perspec0ves
VALAVAL Matricegéopolymère/CSHà
basedesous-produitspermeNantfixa7ondesmétauxlourdsetbonne
résistancemécaniquepourl’applica7onencouchede
sous-fonda7on
