DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention vise à étendre le champ d’application du traitement par désorption thermique, en particulier, au traitement de la zone saturée du sol et au traitement des eaux souterraines. Elle consiste en un couplage : désorption thermique et traitement chimique (in-situ et ex-situ). Ce couplage est un moyen prometteur pour réduire les coûts du traitement par désorption thermique, ses effets négatifs sur l’environnement et la durée d’un traitement chimique classique.

CONTEXTE DE L'INVENTION

L'environnement est l'un des secteurs sur lequel la technologie s'axe le plus de nos jours pour assurer un bien-être à l'homme car son altération par des substances toxiques donne naissance à bons nombres de pathologies respiratoires, cardiovasculaires ou encore des allergiques et des cancers. De nombreuses activités humaines (agricole, industrielle, urbaine ...) sont à l’origine de cette pollution. Ainsi lutter contre la pollution environnementale est un enjeu majeur à relever.

Cette pollution existe sous diverses formes et peut ainsi dégrader, par différents aspects, notre environnement. Diverses techniques de dépollution des sols et des eaux souterraines (ou nappe phréatique) ont été mises sur pied de nos jours pour lutter contre la pollution environnementale. On distingue 4 grandes familles de procédés à savoir chimiques (par l'utilisation des réactifs chimiques pour réduire/éliminer la toxicité des polluants), physiques (par l'utilisation des fluides pour transporter les polluants), thermiques (par l'utilisation de la chaleur pour vaporiser, incinérer ou vitrifier les polluants) ou biologiques (par l'utilisation des micro-organismes pour réduire/éliminer les polluants). Une 5ème famille qui est la phytoremédiation (par l'utilisation des plantes pour fixer les polluants) commence à voir le jour. Le choix de la technique dépend de plusieurs paramètres tel que la nature de la contamination, les caractéristiques du sol, les contraintes physiques du site et le cout total du projet. Bien que trouvant un réel succès dans bien des applications et suivants leurs modes d'application, elles sont très souvent coûteuses, énergivores, longues dans le traitement, et difficiles à mettre en application suivant l'accès au site ou encore la composition du sol. D'ailleurs, avant de commencer toutes actions de dépollution d’un site, il est impératif d'avoir une connaissance sur les contaminants impliqués et leurs principales caractéristiques car le comportement d'un polluant dans un sol dépend tant de ses propriétés physico-chimiques que de celles du sol. Parmi les polluants majeurs, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les BTEX (Benzène, Toluène, Ethylbenzène et Xylène) et les hydrocarbures pétroliers constituent des composés prioritaires. Ils constituent les principaux polluants des sols et des eaux souterraines. Aucune des techniques citées ci-dessus ne permet un traitement simultané de la zone saturée (ou eaux souterraines) et de la zone non saturée (ou zone vadose) du sol. C'est donc dans l'optique de répondre à ce nouveau défi que s'inscrit cette invention : couplage d'un traitement par désorption thermique et d'un traitement par oxydation ou réduction chimique.

La désorption thermique constitue l'une des techniques thermiques utilisées pour le traitement d'un sol pollué. Elle est basée sur le chauffage du sol pour volatiliser les contaminants et en permettre l'extraction et la destruction/réutilisation après condensation. La désorption thermique est efficace dans la zone non saturée d'un sol pollué, face aux contaminants organiques, aux cyanures, au mercure et tout autre composant pouvant être volatilisé à des températures situées en dessous de 550°C.

Chauffer via conduction thermique est une des techniques utilisées dans le domaine de la désorption thermique. Avec cette technique, l'énergie provenant de tubes de chauffes se propage radialement dans le sol par conduction peu importe l'hétérogénéité du sol. Cette technique est applicable en mode ex situ et en mode in situ. Pour ce qui est de la désorption thermique ex-situ, le sol excavé est utilisé pour former des piles appelées « piles thermiques » ou placé dans des conteneurs qui sont traités thermiquement. Avec la désorption thermique in-situ, des éléments chauffants (généralement des tubes métalliques) sont directement insérés dans le sol pollué permettant ainsi d'éviter l'excavation et le transport des terres.

Le traitement chimique est une technique employée principalement pour le traitement de la zone saturée d'un sol (eaux souterraines ou nappe phréatique). Cette technique se fait par injection d'un réactif chimique directement In-situ pour stabiliser les polluants ou pour les transformer en espèces moins nocives ou biodégradables.

La combinaison de deux techniques : la désorption thermique et le traitement chimique, nécessite l’utilisation d’une substance thermoactive, c'est-à-dire une substance qui, une fois chauffée à une température supérieure à la température ambiante, devient actif et conduit à la dégradation du polluant. Comme exemple de substance thermoactive, le persulfate (S ₂ °8~) sous ses trois formes : persulfate de sodium, persulfate de potassium et persulfate d'ammonium. Le persulfate de sodium est le sel couramment utilisé pour le traitement chimique des sols et des eaux souterraines. Le sel de persulfate est un composé solide sous forme de cristaux blancs très soluble dans l'eau (545 g/L à 20 °C), ce qui présente un énorme avantage à son utilisation comme produit de base pour l'oxydation des polluants présents dans les sols et dans les eaux souterraines. Il se dissocie dans l'eau pour produire des anions persulfates (S ₂ Og“), qui possèdent un fort pouvoir oxydant (E° = 2,01 V). Il est très efficace pour l’oxydation chimique des polluants organiques. Son action est d'autant meilleure que la dégradation se fait par voie radicalaire. Pour cela, on active ses radicaux SO , qui possèdent un pouvoir oxydant (E° = 2,6 V) supérieur aux S ₂ °8~ . Le meilleur activateur du persulfate reste la chaleur. L'activation du persulfate par la chaleur se fait relativement bien et est croissante en fonction de la température. Son temps de demi-vie nous permet de déduire un champ de température optimal compris entre 60° et 70°C. En effet passé les 70°C, il ne possède que 1 à 2h comme demi-vie et devient ainsi difficile de le mettre en place dans une sur terrain car il risque d'être totalement consommé avant d'atteindre la zone cible. Et en-deca de 60°c c'est tout le contraire, il possède des demies - vies beaucoup trop longues ce qui aura un impact sur le temps de traitement des sites.

DESCRIPTION

La présente invention vise à étendre le champ d’application du traitement par désorption thermique, en particulier, au traitement de la zone saturée du sol et au traitement des eaux souterraines. Elle consiste en un couplage : désorption thermique et traitement chimique (in-situ et ex-situ). Ce couplage semble être un moyen prometteur de réduire les coûts du traitement par désorption thermique, ses effets négatifs sur l’environnement et la durée d’un traitement chimique classique. Le couplage est réalisé grâce à un système (ou une installation) qui s'adapte aussi bien à un traitement in-situ qu'à un traitement ex-situ. L'installation est composée de deux circuit : un circuit de chauffage et un circuit d'injection d'une substance thermoactive. La substance chimique thermoactive peut être un oxydant ou un réducteur, qui réagit avec le polluant pour donner des espèces moins nocives ou biodégradables. L'injection de la substance thermoactive peut être réalisé au début du chauffage ou lors de la phase de refroidissement du sol (donc après un traitement par désorption thermique). En mode ex-situ (ou pile thermique), la substance thermoactive peut-être mélangée sous forme solide ou liquide avec les terres contaminées avant montage de la pile ou injectée, pendant la phase du chauffage, à travers des tubes perforés placés au-dessus de la pile et/ou à travers des tubes horizontaux.

DESCRIPTION BRÈVE DES FIGURES

Figure 1 est une illustration du système complet avec l'unité de chauffe du sol comprenant le tube de chauffe, le brûleur, le tube à double emploi (collecte des vapeurs et injection du produit), la pompe d'injection sous pression du produit (substance thermoactive), le média filtrant (gravier ou sable), le bouchon de bentonite et la couche de béton.

Figure 2 est une illustration d'une mise en œuvre possible du système en mode in- situ.

Figure 3 est une illustration d'une mise en œuvre du système dans les eaux souterraines pour le traitement du panache de pollution.

Figure 4 est une illustration d'une mise en œuvre possible du système en mode ex- situ (pile thermique).

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION

L'invention est une nouvelle méthode de dépollution du sol et ou des eaux souterraines via un couplage désorption thermique et traitement chimique. Ladite méthode a été élaboré avec comme objectif primaire la réduction de la consommation énergétique (et donc la réduction du coût) d'un traitement thermique classique, mais aussi et surtout la réduction de ses effets négatifs sur l'environnement. Cette méthode de traitement élargie aussi le champ d'application de la désorption thermique, elle permet par exemple le traitement de la zone source de pollution et de son panache dans les eaux souterraines.

Pour ce faire, le couplage est réalisé grâce à un système (ou une installation) qui s'adapte aussi bien à un traitement in-situ qu'à un traitement ex-situ.

L'installation est composée de deux circuit : un circuit de chauffage et un circuit d'injection de la substance thermoactive. Les deux circuits sont indépendants. Le circuit de chauffage comporte des éléments chauffants (figure 1). Chaque élément chauffant est composé d'un tube de chauffe métallique (1) et d'un brûleur (7) ou d'une résistance électrique chauffante. En mode d'utilisation in-situ, chaque tube est placé dans un puits (5) creusé à la profondeur de la pollution et contenant, en plus du tube de chauffe, un média filtrant (6) et un bouchon (8). Le brûleur (7) utilise un combustible gazeux ou liquide. Il permet de chauffer le tube métallique (1) à une température comprise entre 50°C et 400°C. Le circuit d'injection comporte des tubes métalliques (2 et 13) perforés sur leurs parties basses (3). Chaque tube perforés (2 et 13) est connecté, à son extrémité, à un réseau de distribution (14). La distribution de la substance thermoactive est réalisée grâce à une ou plusieurs pompes (4).

Dans un mode de réalisation préféré, des tubes perforés (2) supplémentaires sont utilisés et sont placés dans des puits indépendants. La répartition des puits, dans la zone à traiter, peut être en configuration triangulaire (figure 2) ou carrée avec des interdistances comprises entre 1 et 20m. Dans un mode de réalisation préféré, l'installation dans la nappe (ou dans les eaux souterraines) (10) est réalisée en amont de la zone source de pollution et de son panache et en fonction du sens d'écoulement (11) des eaux (figure 3). Dans ce dernier cas de figure, l'interdistance entres puits est ramenée à moins de 5m pour mieux distribuer la chaleur et la substance thermoactive.

Dans un mode de réalisation préféré, les tubes perforés sont en acier inoxydable ou en PTFE (téflon), de forme cylindrique ou rectangulaire et dont le diamètre varie entre 1/4" et 2". Dans un mode de réalisation préféré, les perforations sur le tube d'injection sont circulaires ou rectangulaires de taille comprise entre 0.1 et 15mm et dont la répartition le long du tube peut être uniforme ou limitée à une partie du tube. Dans un mode de réalisation préféré, certains tubes perforés peuvent être utilisés pendant le chauffage, de façon périodique ou en continue, pour la collecte les vapeurs produites dans le sol (15).

Dans un mode de réalisation préféré, le media filtrant (6) est du sable ou du gravier dont la granulométrie varie entre 3 et 35mm. Dans un mode de réalisation préféré, le bouchon du puits (8), est en bentonite, en béton réfractaire ou en tout autre matériau résistant à la chaleur et dont l'épaisseur varie entre 15 et 50cm. Dans un mode de réalisation préféré, une couche de béton (9) de 5 à 30cm d'épaisseur est utilisée pour couvrir la zone à traiter.

Dans un mode de réalisation préféré, le réseau de distribution de la substance thermoactive, est en matière plastique. Il est équipé d'une ou de plusieurs citernes de stockage du produit (substance thermoactive) et d'une ou de plusieurs pompes (4) d'alimentation des puits. Dans un mode de réalisation préféré, le remplissage des puits se fait sous pressions (entre 0.1 et 10 bars) ou par simple effet de la pesanteur. Dans un mode de réalisation préféré, l'injection de la substance thermoactive commence lorsque le sol de la zone à traiter atteint la température objective ; température minimale d'activation de la substance thermoactive. Dans un mode de réalisation préféré, la substance chimique thermoactive peut être un oxydant ou un réducteur, qui réagit avec le polluant pour donner des espèces moins nocives ou biodégradables.

Dans un mode de réalisation préféré, le tube interne et le brûleur (7) sont remplacés par une résistance électrique chauffante.

Dans une méthode de réalisation privilégiée en mode ex-situ (ou pile thermique), la substance thermoactive, sous forme solide ou liquide, est mélangée avec les terres contaminées (15) avant montage de la pile. Dans un mode de réalisation préféré en mode pile thermique, l'injection de la substance thermoactive se fait à travers des tubes perforés (13) placés au-dessus de la pile et/ou à travers les tubes horizontaux (2) (figure 4).

Dans un mode de réalisation préféré, une couche de béton (9) de 5 à 30cm d'épaisseur est utilisée pour couvrir la pile thermique.

LÉGENDE DES FIGURES

1. Tube de chauffe

2. Tube à double emploi (collecte des vapeurs/injection de la substance thermoactive)

3. Perforations

4. Pompe d'injection de la substance thermoactive

5. Puits

6. Média filtrant (gravier/sable)

7. Brûleur

8. Média imperméable (bentonite)

9. Béton

10. Eaux souterraines (ou nappe phréatique)

11. Sens d'écoulement des eaux

12. Pile thermique

13. Tube d'injection de la substance thermoactive

14. Circuit d'alimentation en produit

15. Sol contaminé