BNGR-HASS
RESULTATS DES APPROCHES EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE DU TRANSPORT DE PARTICULES DANS LES DECHETS SIDERURGIQUES
Dans ce chapitre, les mécanismes pouvant entraîner la mobilisation des particules de déchets suite à des apports de pluie sont étudiés. Des essais en batch ont dans un premier temps été conduits sur des déchets tamisés et non tamisés afin de déterminer la cinétique d’évolution des réactions entre ces déchets et les eaux d’infiltration.
Des simulations d’apports de pluie ont ensuite été menées au laboratoire sur des colonnes de « sol » reconstituées à partir des déchets prélevés sur le site d’étude. Le but des expérimentations en colonne est de faire une reproduction assez proche des conditions physique, chimique et hydrodynamique du terrain d’étude (porosité, perméabilité, densité apparente, teneur en eau, etc.) pour mieux comprendre les mécanismes qui interviennent dans l’écoulement et le transport des contaminants associés aux déchets sidérurgiques.
Les équilibres chimiques ont également été modélisés avec le code Arxim et les phases minérales en sursaturation ont été déterminées dans les eaux des essais en batch. Le comportement d’un traceur NaCl a également été reproduit à l’échelle de la colonne avec le logiciel Hydrus 1-D.
Expérimentations en batch
Les mécanismes d’altération chimique dans les systèmes naturels sont initiés par l’action combinée de l’eau, du CO2, et de leurs composés acides dérivés comme l’acide carbonique (H2CO3) (Mulder & Cresser, 1994; Balland Bolou Bi, 2010). Ces processus entraînent une modification progressive des minéraux des phases primaires et, dans certains cas, favorisent la formation de phases secondaires notamment dans des conditions de pH élevés comme celui des laitiers.
Les principaux processus pouvant entraîner l’altération des minéraux primaires et l’évolution de la composition chimique des solutions sont : l’hydratation, l’hydrolyse et la dissolution. Parfois, ces trois modes d’altération peuvent se produire successivement en fonction de la nature du matériau et de sa composition. Lorsque les déchets sidérurgiques sont en contact avec l’eau, ils vont s’hydrater plus ou moins vite selon leur minéralogie et certaines phases qu’ils contiennent peuvent se dissoudre.
Essais sur les déchets tamisés et non tamisés
Les essais en batch présentés dans cette partie ont été conduits sur les échantillons des trois déchets M1, L2 et L3 non tamisés, sur leur fraction < 63 µm et sur un sol dont les caractéristiques sont semblables à celui du matériau en place sur le site d’étude il y a quelques décennies et constitué de jardins ouvriers.
Un échantillon de sol a donc été prélevé dans la partie aval de l’usine, non utilisée pour le stockage des déchets, pour être comparé avec les résultats d’analyse des laitiers. Ce sol sera nommé « jardin ouvrier » ou « JO ».
Les essais ont été menés simultanément dans deux réacteurs fermés. L’étude cinétique des trois déchets (M1, L2, L3) non tamisés a été réalisée dans un réacteur en verre de capacité 5 L tandis que la fraction fine (< 63 µm) a été introduite dans un réacteur métallique, de capacité 3 L, possédant une double enveloppe (intérieur en téflon, extérieur en métal).
Pour chaque déchet, des prélèvements ont été faits à intervalles réguliers (variant d’une minute à un mois) à l’aide d’une seringue équipée à son bout d’un filtre. La quantité prélevée est de 20 ml pour les laitiers non tamisés et 10 ml pour la fraction < 63 µm avec un ratio solide/liquide qui est respectivement de 400 g pour 4 L d’eau ultra-pure et 25 g pour 2,5 L.
La fréquence des prélèvements est très faible au début (Tableau 5.1) puis est augmentée progressivement pendant l’expérience. A l’instant t = 0, deux échantillons sont prélevés à chaque fois. A partir du troisième jour, le prélèvement est effectué tous les jours ouvrés à la même heure jusqu’à la fin de l’expérimentation soit jusqu’à environ un mois.
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