Traitement des sols contaminés par stabilisation et solidification (S/S)

Traitement des sols contaminés par stabilisation et solidification (S/S) 

Généralités et intérêts du traitement par S/S 

Le traitement des sols par stabilisation et solidification, communément appelé S/S, désigne une combinaison de processus et d’interactions à la fois chimiques et physiques, permettant de limiter la mobilité des contaminants.

La stabilisation désigne un ensemble de techniques qui permettent de réduire chimiquement le danger potentiel d’un déchet en convertissant les contaminants sous une forme moins soluble, moins mobile et moins toxique. Les caractéristiques structurales et la nature physique des déchets ne sont pas nécessairement modifiées dans le processus de stabilisation. La solidification quant à elle, peut référer à des techniques qui encapsulent les déchets par la formation d’un matériau solide. Elle n’implique pas nécessairement une interaction chimique entre les contaminants et les additifs de solidification (USEPA, 1999).

La première application de la technique aux États-Unis remonte à 1950, année où elle a été utilisée avec succès pour traiter des déchets radioactifs. La S/S est largement utilisée pour la gestion d’une vaste gamme de déchets, en particulier ceux qui sont classés comme dangereux (Maher, Najm, & Boile, 2005). Le procédé par S/S peut donc ainsi être appliqué au traitement des sols, des boues et même des liquides, et permettrait de ce fait de traiter une grande variété de contaminants. Cependant, selon les études, le traitement des contaminants organiques semble être plus difficile et plus coûteux (Hester & Harrison, 2011). En effet, le traitement de certains composés organiques par S/S peut nécessiter l’utilisation d’additifs comme agents de prétraitement (Paria & Yuet, 2006). Le procédé de traitement par S/S est particulièrement basé sur l’utilisation de ciment comme liant dans la plupart des projets de traitement mis en œuvre. Selon Hester et Harrison (2011), l’utilisation de la S/S au Canada est encore à ses premiers stades. En comparaison à d’autres techniques de traitement des sols, les avantages suivants de la S/S peuvent être soulignés (Paria & Yuet, 2006) :
– Les coûts sont relativement faibles et le procédé est facile à mettre en œuvre;
– La composition du ciment Portland est constante d’une source à une autre, ce qui élimine certaines variables dans la conception du procédé de S/S;
– Une bonne stabilité physique et chimique à long terme;
– Une augmentation de la résistance à la compression des sols;
– La non-toxicité de certains additifs chimiques;
– Une grande résistance à la biodégradation;
– Une perméabilité à l’eau relativement faible;
– Certaines méthodes sont déjà ou en cours d’être établies;
– Potentiel à réduire le volume de matières à éliminer ou le coût des traitements;
– Traitabilité d’un large éventail de contaminants;
– Traitabilité d’un large éventail de matériau;
– Certaines méthodes in situ ne nécessitent que peu d’espace de perturbation;
– Des installations mobiles sont disponibles pour certaines méthodes.

Malgré ces avantages de la S/S dans le traitement des sols contaminés, à la fois dans un contexte in-situ et ex-situ, certaines limites dans son usage peuvent également être mises en évidence. L’étude de Hester et Harrison (2011), souligne en effet, quelques limites de la technique, notamment le fait que :
– Le flux de déchets secondaires peut nécessiter un traitement ou une élimination;
– Les sols à forte teneur en argile ou la tourbe peuvent être difficiles à traiter;
– L’utilisation de certains solvants pourrait être dangereuse pour la santé et sécurité;
– Des mesures d’assurance de la qualité sont nécessaires, en particulier in situ;
– L’approbation par l’autorité réglementaire peut être nécessaire.

Mécanismes mis en jeu dans le procédé (S/S) 

Dans le cas d’une contamination inorganique (ex. métaux, métalloïdes), les mécanismes suivants vont permettre la fixation des contaminants à l’interface solide/liquide (Deschamps , Benzaaouzoua, Bussière, Belem, & Mbonimpa, 2006) :
– L’adsorption : Procédé physique et/ou chimique par lequel, un gaz, un liquide ou un soluté adhère aux surfaces exposées d’un matériau, en particulier un solide avec lequel il est en contact. L’adsorption physique (physisorption) met en jeu les mécanismes d’adsorption physique. Des énergies de liaisons de types van der Waals sont nécessaires pour permettre l’attraction électrostatique entre un soluté et la surface polarisée d’un matériau (Manceau, Marcus, & Tamura, 2002). L’adsorption chimique (chimisorption) a lieu lorsque des ions en solution vont former des liaisons chimiques dites ioniques ou covalentes avec les charges de surface d’un matériau.
– Précipitation : le phénomène de précipitation implique le passage à l’état solide des contaminants de l’état dissous à l’état solide. La précipitation des métaux (sous forme d’hydroxyde) se fait généralement au niveau des pores vides des solides, ou à leur surface.

Effet du pH

Dans le procédé de traitement par S/S, certains paramètres tels que la nature du liant et le pH semblent importants à considérer. En effet, le pH joue un rôle important dans la mobilité des métaux des sols traités (Deschamps et al., 2006). Selon une étude sur la mobilité des polluants inorganiques dans des boues, il est indiqué, qu’un pH acide entraîne la mise en solution des sels métalliques, la mise en solution des phases de rétention, la désorption des cations et l’adsorption des anions (Lions, 2004). Ainsi, l’intérêt de la variation du pH quant à la mobilité des métaux serait aussi lié au choix des additifs dans le traitement des sols contaminés.

Additifs de traitement par S/S

Plusieurs additifs de traitement sont souvent utilisés en raison de leur capacité à stabiliser les polluants dans les sols. Outre le ciment Portland, qui constitue le liant le plus fréquemment utilisé, certains sous-produits industriels possédant des propriétés hydrauliques, tels que les laitiers de haut fourneau, les cendres volantes et la fumée de silice peuvent aussi être utilisés comme liant (Deschamps et al., 2006).