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Title:
METHOD FOR TREATING SOIL CONTAMINATED WITH HYDROCARBONS, IN PARTICULAR WITH POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/069478
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a method for treating soil contaminated with hydrocarbons, in particular with polycyclic aromatic hydrocarbons, characterised in that it comprises at least one step of working the soil with, by weight of soil: - from 0.1 to 12% of activated carbon; - from 0.1 to 10% of hydraulic binder, the total content of activated carbon and of hydraulic binder in particular ranging between 0.5 and 15%.

Inventors:
HOANG LE-CHIEN (CH)
TAPSOBA NOUFFOU (CH)
SERCLERAT IVAN (CH)
Application Number:
PCT/EP2020/078078
Publication Date:
April 15, 2021
Filing Date:
October 07, 2020
Export Citation:
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Assignee:
HOLCIM TECHNOLOGY LTD (CH)
International Classes:
B09C1/08; C04B28/02; C04B28/04; C04B28/06; C04B28/08; C04B111/00
Foreign References:
CN106269836A2017-01-04
US5536898A1996-07-16
EP0562969A11993-09-29
US20070240620A12007-10-18
CN107267151A2017-10-20
EP0619278A21994-10-12
US4230568A1980-10-28
FR3077998A12019-08-23
FR2990363A12013-11-15
Attorney, Agent or Firm:
REGIMBEAU (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement d’un sol contenant 3 à 50% de poids en eau pollué par des hydrocarbures, notamment des hydrocarbures aromatiques polycycliques, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de malaxage du sol avec, en poids de sol :

- de 0,1 à 12% de charbon actif,

- de 0,1 à 10% de liant hydraulique, la teneur totale en charbon actif et en liant hydraulique étant notamment comprise entre 0,5 et 15%.

2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le rapport massique liant hydraulique / charbon actif est compris entre 0,2 et 9, préférentiellement entre 0,5 et 9, préférentiellement encore entre 1 et 4.

3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le charbon actif a une surface spécifique supérieure à 100 m2/g, préférentiellement 250 m2/g, encore plus préférentiellement 400 m2/g, et est optionnellement greffé avec des fonctions chimiques supplémentaires et/ou optionnellement traité thermiquement.

4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liant hydraulique est choisi parmi un ciment Portland tel que défini dans la norme NF EN 197-1 d’avril 2012, un ciment CEM III comprenant entre 30% et 90% en poids de laitier de haut fourneau broyé, un ciment sulfo-alumineux ou un ciment d’aluminates de calcium.

5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liant hydraulique et le charbon actif sont ajoutés simultanément au sol.

6. Procédé selon l’une des revendication 1 à 4, dans lequel le charbon actif et le liant hydraulique sont ajoutés séparément au sol, le charbon actif étant préférentiellement ajouté en premier.

7. Produit obtenu à l’issue du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend du sol, un liant durci et du charbon actif.

8. Composition pour le traitement de sols pollués par des hydrocarbures, notamment des hydrocarbures aromatiques polycycliques, comprenant, en % en poids :

- entre 10 et 80% d’un liant hydraulique,

- entre 10 et 80% de charbon actif.

9. Composition selon la revendication 8, caractérisé en ce que le liant hydraulique est un liant choisi parmi un ciment Portland tel que défini dans la norme NF EN 197-1 d’avril 2012, un ciment CEM III comprenant entre 30% et 90% en poids de laitier de haut fourneau broyé, un ciment sulfo-alumineux ou un ciment d’aluminates de calcium, de préférence un ciment au laitier de type CEM III comprenant entre 30% et 90% en poids de laitier de haut-fourneau broyé.

10. Utilisation de la composition telle que définie dans les revendications 8 et 9 pour le traitement d’un sol pollué par des hydrocarbures, notamment des hydrocarbures aromatiques polycycliques.

Description:
PROCÉDÉ DE TRAITEMENT D’UN SOL POLLUÉ PAR DES HYDROCARBURES, NOTAMMENT DES HYDROCARBURES AROMATIQUES POLYCYCLIQUES

La présente invention concerne un procédé de traitement de sol pollué par des hydrocarbures, notamment des hydrocarbures aromatiques polycycliques, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de malaxage du sol avec du charbon actif et du liant hydraulique, ainsi que le produit susceptible d’être obtenu par ledit procédé. La présente invention concerne également une composition de traitement de sol pollué par des hydrocarbures comprenant du charbon actif et du liant hydraulique, et l’utilisation de ladite composition pour le traitement d’un sol pollué par des hydrocarbures.

La pollution des sols est généralement le fait de l’activité minière, pétrolière ou d’autres activités industrielles comme la sidérurgie, la cokerie, la chimie.

Le recensement des sols pollués et la caractérisation des polluants mettent en évidence leur contamination par des polluants tels que les métaux lourds, les sulfates, les solvants halogénés, et les hydrocarbures.

La dépollution des sols est une demande croissante et s'accompagne d'enjeux forts en termes de santé publique et de protection de l'environnement.

Le relargage des polluants solubles suite à leur contact avec l'eau expose à un risque de pollution potentiel important pour l'environnement lors du stockage court terme ou définitif, ou la réutilisation des sols contaminés.

Pour limiter ce risque, la mise en décharge de sols contaminés nécessite au préalable d'abaisser la classe de dangerosité de ces sols.

Abaisser la classe de dangerosité peut également permettre de réemployer les sols ainsi traités, par exemple dans des sous couches routières ou dans des remblais.

Abaisser la classe de dangerosité de sols contaminés revient à abaisser le taux d'agents polluants lixiviables dans l'eau.

En particulier, lors de travaux de construction, le constructeur est tenu de traiter les sols excavés avant de le mettre en décharge.

Des liants hydrauliques sont déjà utilisés pour le traitement de déchets ou sols contaminés. Les polluants anioniques, tel que les sulfates, ou les métaux lourds, présents dans le sol contaminé, peuvent être piégés durant le processus d'hydratation d'un liant hydraulique mélangé au sol à traiter et à de l'eau. Ces éléments peuvent être piégés dans des hydrates de type C-S-H (silicate de calcium hydraté) ou sulfoalumineux de type ettringite ou monosulfoaluminates de calcium. Certains éléments peuvent aussi être stabilisés sous forme d'hydroxydes. Dans la demande de brevet français FR3077998, la société Vicat décrit l’utilisation d’une composition comprenant un clinker sulfoalumineux pour le traitement de sols pollués aux sulfates. En particulier, la composition du clinker sulfoalumineux a été optimisée de sorte à ce que celui-ci ne relargue pas (ou moins) de chrome qu’un clinker sulfoalumineux standard lors du traitement du sol.

Dans la demande de brevet français FR2990363, la société Ciments français décrit l’utilisation d’une composition comprenant un clinker sulfoalumineux dont la composition a été optimisée pour augmenter leur efficacité pour le traitement de sols pollués aux sulfates et/ou aux métaux lourds.

Dans ces liants, les polluants anioniques tels que les sulfates ou les métaux lourds présents dans le sol contaminé sont piégés durant le processus d'hydratation d'un liant hydraulique mélangé au sol à traiter et à de l'eau. Ces éléments peuvent être piégés dans des hydrates de type C-S-H (silicate de calcium hydraté) ou sulfoalumineux de type ettringite ou monosulfoaluminates de calcium. Certains éléments peuvent aussi être stabilisés sous forme d'hydroxydes.

Les sols peuvent également être pollués par des hydrocarbures, en particulier des hydrocarbures aromatiques polycycliques.

En particulier, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont générés lors de la combustion incomplète de matières organiques. Ils peuvent être produits lors de combustions naturelles comme les incendies de forêt, les feux de brousse ou les éruptions volcaniques ou anthropiques comme les gaz d'échappement des moteurs à explosion et la fumée de cigarette.

Les normes environnementales pour considérer qu’un sol est pollué en hydrocarbures sont de plus en plus strictes. Le tableau suivant rassemble les valeurs limites acceptables en France.

[Table 1]

VCI (Valeur de Constat d’impact) sol à usage sensible : Résidentiel avec culture d’un jardin potager

VCI (Valeur de Constat d’impact) sol à usage non sensible : industriel (ou commercial), avec travail en plein air (exemples : travaux de construction etc.), pour la moitié de l’exposition, et industriel avec une activité de type bureau pour l’autre moitié du temps d’exposition

Le but de l’invention est de proposer un procédé de traitement d’un sol pollué par des hydrocarbures, notamment des hydrocarbures aromatiques polycycliques, ledit procédé étant efficace, économique, facile à mettre en œuvre sur le site d’excavation des sols (i.e. ne nécessitant pas le transfert des sols sur un autre lieu) ou bien sur le site de décharge, et permettant d’abaisser significativement la teneur en hydrocarbures desdits sols.

Un autre but de l’invention est de fournir une composition présentant une bonne réactivité lorsqu’elle est mélangée au sol pollué à un sol pollué aux hydrocarbures, ce qui permet de limiter les coûts de dépollution.

Ces buts sont atteints par l'invention qui va être décrite ci-après.

L’invention a pour premier aspect un procédé de traitement d’un sol pollué par des hydrocarbures, notamment des hydrocarbures aromatiques polycycliques, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de malaxage du sol avec, en poids de sol :

- de 0,1 à 12%, de préférence de 0,25 à 5%, de charbon actif,

- de 0,1 à 10%, de préférence de 0,25 à 5%, de liant hydraulique, la teneur totale en charbon actif et en liant hydraulique étant notamment comprise entre 0,5 et 15%, avantageusement entre 1 et 12%, de préférence entre 1 et 7%, et de préférence encore entre 2 et 5%.

Le rapport massique liant hydraulique / charbon actif est préférablement compris entre 0,2 et 9, préférentiellement entre 0,5 et 9, préférentiellement encore entre 1 et 4.

Le rapport massique peut ainsi être compris entre 1 et 9, préférentiellement entre 0,5 et 4, ou bien entre 0,2 et 4, avantageusement entre 0,2 et 3, avantageusement encore entre 0,2 et 1. Au sens de la présente invention, un procédé de traitement d’un sol pollué en hydrocarbure est un procédé qui permet d'abaisser la classe de dangerosité en hydrocarbure dudit sol, par conversion des hydrocarbures sous une forme moins mobile, moins toxique.

Le procédé de traitement permet avantageusement de piéger les hydrocarbures chimiquement et/ou physiquement au sein d’un matériau solide comprenant notamment du sol et un liant hydraulique durci.

Dans la présente invention le terme « sol » désigne un matériau plus ou moins friable constitué en majorité de terre et/ou de sable dans toutes les proportions possibles. Avantageusement, le sol contient de 3 à 50%, de préférence 3 à 40%, de préférence 3 à 35%, de préférence de 3 à 20%, de préférence encore 3 à 15% de poids en eau. La teneur pondérale en matière sèche et en eau d’un sol est typiquement mesurée par méthode gravimétrique, conformément à la norme NF ISO 11465 (A) d’août 1994.

Dans la présente invention, le terme « hydrocarbure » désigne un ou des composé(s) organique(s) constitué(s) d'atomes de carbone et d'hydrogène, de formule brute CnHm où n et m sont deux entiers naturels liquides ou solides à température ambiante. Les hydrocarbures peuvent être de n'importe quelle nature et de n'importe quelle origine. Ces hydrocarbures peuvent par exemple provenir de l’activité d’usines telles que des usines de raffinage ou des cokeries, ou bien de fuites de pipeline, d’accidents maritimes de transport de pétrole, d’accidents terrestres de transport de carburants. Les hydrocarbures peuvent notamment être linéaires, de préférence de C10 à C40 (i.e. n=10 à 40), ou bien aromatiques polycycliques.

Dans la présente invention, l’expression « hydrocarbures aromatiques polycycliques » (HAP) désigne des hydrocarbures constitués de plusieurs cycles benzéniques arrangés notamment de façon linéaire, angulaire ou en amas. On distingue les HAP alternants formés exclusivement de cycles benzéniques et les HAP non alternants composés d'au moins un cycle à 4 carbones ou plus. Les HAP sont constitués exclusivement composés de carbone et d'hydrogène bien que l'oxygène, le soufre et/ou l’azote peuvent se substituer au carbone dans au moins un cycle benzénique pour former des substances aromatiques hétérocycliques, communément regroupées avec les HAP. Les HAP suivants sont bien connus comme polluants de sol : Naphtalène (NAF), Acénaphtène (ACE), Acénaphtylène (ACY), fluorène (FLE), Anthracène (ANT), Phénanthrène (FEN), Fluorantbèue (FLA), Pyrène (PYR), Beuzo[a]authracène (BaA), Chrysène (CRY), Beuzo[b]fluoranthène (BbF), Benzo[k]fluoranthène (Bkf), Dibenzo[a.h]anthracène (dBA), Benzo[a]pyrène (BaP), Benzol [g,h.i]pérylène (GHI), lndéno[1.2.3]pyrène (IdP). Dans la présente invention, l’expression « sol pollué au hydrocarbures » désigne un sol comprenant plus de 50 mg/kg d’hydrocarbures. Les dosages en hydrocarbures linéaires de C10-C40 sont typiquement conformes à la norme NF EN ISO 16703 (A) d’août 2011 et ceux relatifs aux HAP sont typiquement conformes à la norme NF ISO 18287 (A) d’août 2006.

Charbon actif

Dans la présente invention, l’expression « charbon actif » désigne un matériau constitué essentiellement de matière carbonée à structure poreuse, de préférence microporeuse et/ou mésoporeuse présentant une surface spécifique supérieure élevée, typiquement supérieure à 100 m 2 /g, 250 m 2 /g, ou encore 400 m 2 /g.

Le charbon actif utilisé pour la mise en œuvre de la présente invention peut être de n'importe quelle origine, et peut notamment être greffé avec des fonctions chimiques supplémentaires et/ou traité thermiquement. Les charbons actifs obtenus par pyrolyse lente du bois sont cependant préférentiellement exclus du domaine de l’invention.

Le charbon actif utilisé présente avantageusement une surface spécifique supérieure ou égale à 500 m 2 /g, et est de préférence comprise entre 450 et 1500 m 2 /g.

La surface spécifique est mesurée par la technique basée sur la théorie Brunauer, Emmett et Teller (BET) conformément à ISO 9277:2010 de Septembre 2010.

Le charbon actif utilisé peut-être sous forme d’une poudre ayant préférentiellement un D50 compris entre 5 et 100 pm, de préférence encore entre 10 et 40 pm.

Dans un mode de réalisation particulier, la densité apparente du charbon actif utile dans l’invention, telle que mesurée conformément à la norme ASTM D2854-09(2019) de septembre 2019, est comprise entre 400 et 600 kg/m 3 .

Dans un mode de réalisation particulier, la teneur en cendres du charbon actif utile dans l’invention, telle que mesurée conformément à la norme ASTM D2866-11(2018) de novembre 2018, est comprise entre 10 et 20% en poids total de charbon actif.

Liant hydraulique

Au sens de la présente invention, un liant hydraulique est un liant qui se forme et durcit par réaction chimique avec de l’eau. Les formules des oxydes communément rencontrés dans le domaine des liants hydrauliques sont également abrégées avec une seule lettre, comme suit : C représente CaO, A représente AI 2 O 3 , F représente Fe 2 C> 3 , S représente S1O 2 , $ représente SO 3 , M représente MgO, et T représente T1O 2 . L’utilisation d’un liant hydraulique dans le procédé de traitement de la présente invention est avantageuse notamment en ce qu’en cours du traitement, le liant hydraulique absorbe de l’eau puis se durcit, formant ainsi une matrice dans lequel se trouve enchâssé le charbon actif qui renferme lui-même les hydrocarbures adsorbés. Ainsi, l’utilisation d’un liant hydraulique permet d’encapsuler le charbon actif et d’empêcher totalement ou partiellement le relargage d’hydrocarbures par le charbon actif lors du stockage du sol traité.

En outre, ce durcissement permet de consolider le mélange et d’immobiliser le charbon actif. Ainsi, le mélange peut facilement être manipulé et transporté (notamment par voie terrestre) sans que le charbon actif ayant adsorbé les hydrocarbures ne puisse s’envoler et devenir à son tour une source de pollution.

Dans un mode de réalisation de l’invention, le liant hydraulique est un ciment courant tel que défini dans la norme NF EN 197-1 d’avril 2012, de préférence un ciment type CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV ou CEM V tel que défini dans la norme NF EN 197-1 d’avril 2012. Ainsi, dans le cas où le liant utilisé est un ciment CEM I, il est préférable que le sol soit malaxé avec, en poids de sol :

- de 0,1 à 12%, de préférence de 0,25 à 5%, de charbon actif,

- de 0,1 à 10%, de préférence de 0,25 à 5%, de ciment CEM I, la teneur totale en charbon actif et en ciment CEMI I étant notamment comprise entre 0,5 et 15%, avantageusement entre 1 et 12%, de préférence entre 1 et 7%, et de préférence encore entre 2 et 5%.

Avantageusement, le liant hydraulique est un ciment de type CEM III A, B ou C, c’est-à- dire un ciment dit de haut-fourneau obtenu grâce au mélange d’un clinker Portland avec 30 à 90% en poids, de préférence 36 à 95 % en poids de laitier de haut-fourneau. En effet, le laitier de haut-fourneau fixe les hydrocarbures avec une réactivité latente et donc une plus grande stabilité dans le temps.

Dans ce cas, il est préférable que le sol soit malaxé avec, en poids de sol :

- de 1% à 5%, de charbon actif ;

- de 0,25 à 5% de ciment CEM III A, B ou C, la teneur totale en charbon actif et en ciment CEM I étant comprise entre 2 et 5%.

Le ciment CEM III préféré est le CEM III A ou le CEM III B.

Dans un autre mode de réalisation, le liant hydraulique est un ciment sulfo-alumineux. Il est bien connu dans le domaine des liants hydrauliques qu’il existe différents types de ciments sulfo-alumineux distingués selon leur composition en termes de phases minéralogiques. Un ciment sulfo-alumineux alitique contient simultanément de la ye'elimite et de l’alite (C3S), mais sans bélite. Un ciment sulfo-alumineux ye'elimitique est constitué d’un mélange de ye'elimite (environ 15-50 % en poids), de sulfosilicate de calcium ou sulfopurrite et d’anhydrite, mais ne contient pas d'alite. Un ciment sulfoalumineux bélitique contient majoritairement les phases ye'elimite et de bélite et ne comprennent pas ou une teneur en alite inférieure ou égale à 5 % en masse, ou n'ayant pas d'alite. Ainsi, dans un mode de réalisation particulier, le liant hydraulique de l’invention peut être un clinker sulfo alumineux comprenant plus de 50% en masse de phase Yeelimite, de 5 à 10% en masse de phase bélite, et de 1 à 5% en masse de chaux libre CaO, tel que celui développé par la société VICAT et décrit dans la demande de brevet français FR3077998, ou bien un clinker sulfo-alumineux comprenant 5 à 60% en masse de sulfoaluminate de calcium éventuellement dopé en fer, 0 à 25% en masse d’aluminoferrite calcique et 20 à 70% en masse de phase bélite, tel que celui développé par la société CIMENTS FRANÇAIS et décrit dans la demande de brevet français FR2990363.

Dans le cas où le liant utilisé est un clinker sulfo-alumineux, il est préférable que le sol soit malaxé avec, en poids de sol :

- de 0,1 à 12%, de préférence de 0,25 à 5%, de charbon actif,

- de 0,1 à 10%, de préférence de 0,25 à 5%, de clinker sulfo-alumineux, la teneur totale en charbon actif et en clinker sulfo-alumineux étant notamment comprise entre 0,5 et 15%, avantageusement entre 1 et 12%, de préférence entre 1 et 7%, et de préférence encore entre 2 et 5%.

Dans un autre mode de réalisation, le liant hydraulique est un ciment d’aluminates de calcium tel que ceux définis dans la norme NF EN 14647 de décembre 2006.

Le principal constituant d’un ciment d’aluminates de calcium est l’aluminate monocalcique (CaO AI 2 O 3 ). Ses autres constituants sont les aluminoferrites de calcium, le silicate bicalcique et le silico-aluminate de calcium. Par exemple, le ciment alumineux est un ciment alumineux de la gamme TERNAL® commercialisé par la société IMERYS ALUMINATES.

Dans le cas où le liant utilisé est un ciment d’aluminates de calcium, il est préférable que le sol soit malaxé avec, en poids de sol :

- de 0,1 à 12%, de préférence de 0,25 à 5%, de charbon actif,

- de 0,1 à 10%, de préférence de 0,25 à 5%, de ciment d’aluminates de calcium, la teneur totale en charbon actif et en ciment d’aluminates de calcium étant notamment comprise entre 0,5 et 15%, avantageusement entre 1 et 12%, de préférence entre 1 et 7%, et de préférence encore entre 2 et 5%. Le liant est avantageusement choisi parmi un ciment CEM I tel que défini dans la norme NF EN 197-1 d’avril 2012, un ciment CEM III A, B ou C comprenant entre 30% et 90% en poids de laitier de haut-fourneau broyé, un ciment sulfo-alumineux ou un ciment d’aluminates de calcium.

Ajout du charbon actif et du liant hydraulique

Dans un mode de réalisation, le liant hydraulique et le charbon actif sont ajoutés simultanément au sol, éventuellement sous la forme d’une composition telle que définie dans le troisième aspect de l’invention. Avantageusement, le procédé de traitement selon l’invention comprend au moins les étapes successives suivantes : a) fournir le sol ; b) ajouter concomitamment au sol le liant hydraulique et le charbon actif, éventuellement sous la forme d’une composition telle que définie dans le troisième objet de l’invention ; c) malaxer le mélange de l’étape b) ; d) optionnellement, une étape de durcissement.

Dans un autre mode de réalisation, le charbon actif et le liant hydraulique sont ajoutés séparément au sol, une étape de malaxage pouvant optionnellement être intercalée les deux étapes d’ajouts. Le charbon actif est préférentiellement ajouté en premier. Avantageusement, le procédé de traitement selon l’invention comprend au moins les étapes successives suivantes : a) fournir le sol ; b) ajouter séparément le charbon actif et le liant hydraulique au sol, une étape de malaxage pouvant optionnellement être intercalée ces deux ajouts, le charbon actif étant préférentiellement ajouté en premier ; c) malaxer le mélange de l’étape b) ; d) optionnellement, une étape de durcissement.

Avantageusement, le sol est traité en utilisant uniquement le charbon actif et le liant hydraulique, et éventuellement de l’eau.

Autrement dit, la mise en œuvre du procédé de l’invention ne nécessite avantageusement pas l’utilisation d’autres produits de cure, qu’ils soient solides ou liquides, organiques ou minéraux. La mise en œuvre des étapes de malaxages et de durcissement sont détaillées ci-après.

Malaxage

Au sens de la présente invention, l’action de malaxage consiste à mélanger le sol, le charbon actif et le liant hydraulique par rotation dans un contenant qui contient de préférence une vis de malaxage, par exemples une vis d’Archimède, ou au moins une pâle. On peut utiliser tout type de malaxeur, en particulier de malaxeur industriel, notamment un malaxeur fonctionnant en continu ou en discontinu. Le malaxeur peut être ouvert ou fermé. Le malaxage peut par exemple être réalisé à l’aide d’un malaxeur à béton (e.g. bétonnière) fixe ou mobile (e.g. camion malaxeur).

L’étape de malaxage peut durer entre 1 minute et 2 heures, par exemple entre 1 minutes et 30 minutes, ou encore entre 30 et 2 heures, selon le volume de mélange à malaxer.

Un temps de repos peut éventuellement être observé à l’issue d’une étape de malaxage. Le procédé de l’invention peut également comprendre une étape d’ajout d’eau de sorte ajuster la teneur en eau du sol à traiter avant l’étape de malaxage. Cet ajout peut également être réalisé pendant l’étape de malaxage. Par exemple, la teneur en eau du sol peut être ajustée de sorte à ce que le sol entrant dans l’étape de malaxage contienne de 3 à 50%, de préférence de 3 à 40%, de préférence de 3 à 35%, de préférence de 3 à 20%, de préférence encore 3 à 15% de poids en eau.

Phase de durcissement

Le procédé de l’invention comprend de préférence une étape de durcissement du mélange malaxé de liant hydraulique, de charbon actif et de sol.

Cette phase de durcissement peut par exemple durer de 15 minutes à 30 jours, selon le volume malaxé, et ne nécessite pas d’intervention particulière, comme par exemple l’adjonction d’un produit de cure.

Cette phase de durcissement peut se dérouler à une température comprise entre 0 et 40°C. De manière très avantageuse, cette étape de durcissement peut se dérouler sur le site même où a eu lieu le malaxage ou bien après transport du mélange malaxé sur un site de stockage.

Résultat

À l’issue du procédé de traitement selon l’invention, le sol traité contient au plus 10 à 4000 mg d’hydrocarbures, en particulier de HAP, par kg de sol sec par exemple au plus 3000 mg, de préférence 2000 mg/kg, de préférence encore 1000 mg/kg d’hydrocarbures par kg de sol traité.

En particulier, la teneur en HAPs totale du sol pollué à l’issue du procédé de l’invention est de préférence comprise entre 50 et 2000 mg/kg de sol sec, de préférence est inférieure à 1000 mg/kg, 750 mg/kg, 500 mg/kg de sol sec.

Produit obtenu par le procédé

Selon un second aspect, l’invention concerne un produit susceptible d’être obtenu à l’issue du procédé de l’invention, caractérisé en ce qu’il comprend du sol, un liant hydraulique durci et du charbon actif tels que définis ci-dessus.

Composition de traitement de sol

Selon un troisième aspect, l’invention concerne une composition pour le traitement de sols pollués par des hydrocarbures, notamment des hydrocarbures aromatiques polycycliques, comprenant, en % en poids :

- entre 10 et 80% d’un liant hydraulique, de préférence entre 50 et 80%, d’un liant hydraulique tel que défini dans le premier aspect de l’invention ;

- entre 10 et 80% de charbon actif, de préférence entre 10 et 30%, de charbon actif tel que défini dans le premier aspect de l’invention.

La composition comprend avantageusement entre 70 et 80%, de préférence entre 70 et 75% en poids de liant hydraulique et/ou entre 20 et 30%, de préférence entre 25 et 30% en poids de charbon actif.

La composition peut également avantageusement comprendre entre 10 et 30%, de préférence entre 20 et 30%, de préférence encore entre 25 et 30% en poids de liant hydraulique et/ou entre 50 et 80%, de préférence entre 70 et 80%, de préférence entre 70 et 75% en poids de charbon actif.

Dans un mode de réalisation, ladite composition comprend un ciment Portland tel que défini dans la norme NF EN 197-1 d’avril 2012, un ciment CEM III, de préférence un ciment CEM III A, B ou C comprenant entre 30% et 90% en poids de laitier de haut-fourneau broyé, un ciment sulfo-alumineux ou un ciment d’aluminates de calcium, de préférence un ciment au laitier de type CEM III comprenant entre 340% et 90% en poids de laitier de haut-fourneau broyé. Selon un quatrième aspect, l’invention concerne l’utilisation de la composition de traitement de sol telle que définie dans le troisième aspect de l’invention pour le traitement d’un sol pollué par des hydrocarbures, notamment des hydrocarbures aromatiques polycycliques.

EXEMPLES

Liants utilisés

[Table 2]

Méthodes d’analyses

La teneur en eau et en matière du sol a été déterminée selon la méthode décrite dans la norme NF ISO 11465(A) d’août 1994. L’expression matière sèche de sol est abrégée « MS ».

Le dosage des hydrocarbures linéaires de C10 à C40 dans le sol a été réalisé par chromatographie en phase gazeuse selon la méthode décrite dans la norme NF EN ISO 16703 d’août 2011.

Le dosage des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans le sol a été réalisé par chromatographie en phase gazeuse avec détection par spectrométrie de masse (CG- SM), selon la méthode décrite dans la norme NF ISO 18287(A) d’août 2006.

La surface spécifique BET des différentes poudres est mesurée comme suit. On prélève un échantillon de poudre de masse comprise de 0,3 g à 0,75 g pour une surface BET estimée à plus de 15 m 2 /g. On utilise une cellule de 9 cm 3 . On pèse l’ensemble de la cellule de mesure (cellule + tige en verre). Puis on ajoute l’échantillon dans la cellule. On pèse l’ensemble (cellule + tige en verre + échantillon). On met en place la cellule de mesure sur un poste de dégazage et on dégaze l’échantillon. La pression à atteindre est de 25 à 30 mTorr. La durée pour atteindre cette pression dépend de la nature de l’échantillon, de la quantité de matière et du nombre de cellules installées sur le poste de dégazage. L’étape de dégazage permet de débarrasser la surface de l’échantillon de toute adsorption (H2O, CO, CO2, ...). La masse de l’échantillon est obtenue par soustraction de la masse de la cellule à la masse de la cellule + échantillon dégazé.

On effectue ensuite l’analyse de l’échantillon après l’avoir mis en place sur le poste de mesure. L’analyseur est le Tristar II 3020, commercialisé par la société Micromeritics. La mesure repose sur l’adsorption d’azote par l’échantillon à une température donnée, ici la température de l’azote liquide soit -196°C. L’appareil mesure la pression de la cellule de référence dans laquelle l’adsorbat est à sa pression de vapeur saturante et celle de la cellule de l’échantillon dans laquelle des volumes connus d’adsorbat sont injectés. La courbe résultant de ces mesures est l’isotherme d’adsorption. Dans le processus de mesure, la connaissance du volume mort de la cellule est nécessaire : une mesure de ce volume est donc réalisée avec de l’hélium avant l’analyse.

La masse de l’échantillon calculée précédemment est entrée en tant que paramètre. La surface BET est déterminée par le logiciel par régression linéaire à partir de la courbe expérimentale. Les trois échantillons ci-dessous sont mesurés régulièrement afin de servir de référence pour l’appareil :

[Table 3]

Sols étudiés

Dans le cadre des essais réalisés au laboratoire, différents sols ont été prélevés de divers chantiers de constructions. Leurs caractéristiques sont données dans le tableau ci- dessous. Les sols SN1 et SN2 sont fortement contaminés, alors que le sol SSL l’est peu. Nous pouvons constater que les sols sont effectivement contaminés par des composés organiques et que la teneur en benzo(a)pyrène des échantillons SN2 sont supérieures à la valeur limite donnée dans l’Arrêté du 12-12-2014. [Table 4]

MS = matière sèche du sol

HAP = Hydrocarbures aromatiques polycycliques

Liste des adsorbants étudiés

Différents adsorbants ont été étudiés et leur efficacité à traiter les polluants organiques a été mesurée.

[Table 5]

Les différents échantillons de charbon actif et leurs caractéristiques sont donnés dans les tableaux ci-dessous.

[Table 6]

[Table 7]

Procédé laboratoire de traitement des sols pollués Les sols ont été traités au laboratoire selon le protocole suivant :

Introduire 600 g de sol sec dans le bol d’un malaxeur PERRIER,

Introduire 29,4 g d’eau du robinet

Phase de mélange 1 : Mélanger à vitesse lente pendant 1 minute puis arrêter l’agitation Introduire l’absorbant minéral (liant hydraulique + adsorbant) Phase de mélange 2 :

Mélanger à vitesse lente pendant 1 minute puis arrêter l’agitation

Mélanger manuellement en prenant soin de racler les bords du bol

Mélanger à vitesse lente pendant 1 minute puis arrêter l’agitation

Curer le sol traité à 20°C dans un sac hermétique en plastique pendant 1 semaine Exemple 1 - Traitement de sols pollués par du charbon actif (non conforme à l’invention)

Le tableau ci-dessous regroupe les résultats obtenus lorsque les sols sont traités uniquement par le charbon actif AC1.

Les pourcentages donnés en ligne 2 sont exprimés en pourcentage massique de la matière sèche du sol. Les résultats montrent que l’utilisation du charbon actif AC1 seul permet de réduire la teneur totale en HAP, et plus le dosage en charbon actif AC1 est important, plus la réduction en HAP est importante. Il est ainsi possible de réduire plus de 50% à 65% de la teneur totale en HAP, lorsque le de charbon actif AC1 est utilisé jusqu’à un dosage de 3,0%.

[Table 8]

Exemple 2 - Traitement de sols pollués par les charbons de bois (non conforme à l’invention) Les résultats regroupés dans le tableau ci-dessous montrent que le traitement de sols pollués par les charbons actifs WA et BIOCHAR n’est pas efficace. Les mesures montrent par ailleurs que l’utilisation de ces matériaux augmente la teneur totale en HAP. Les charbons de bois WA et BIOCHAR sont obtenus par un procédé de pyrolyse lente du bois, dit par étouffement. Cette méthode de combustion n’est pas complète et il reste des résidus d’hydrocarbures que l’on retrouve dans le sol traité. Ce type de charbon n’est pas adapté à la présente invention.

[Table 9]

Exemple 3 - Traitement de sols pollués par un liant hydraulique alumineux

L’ajout de 2,5% de charbon actif AC1 couplé à 1% de TEP permet de réduire significativement la teneur totale en HAP, puisqu’on mesure au final moins de 300 mg/kg de matière sèche, soit une diminution d’environ 60%.

[Table 10]

[Table 11]

Exemple 4 - Traitement de sols pollués par un liant minéral Portland de type CEM I

Les essais rassemblés dans le tableau ci-dessous montrent que l’utilisation d’un ciment Portland de type CEM I pour traiter un sol pollué permet de réduire la teneur en HAP, mais moins efficacement que l’association d’un liant Portland avec un charbon actif. [Table 12]

Exemple 5 - Traitement de sols pollués par un liant minéral Portland au laitier de haut fourneau de type CEM III Les résultats présentés dans le tableau ci-dessous montrent que l’association d’un ciment de type CEM III A permet de réduire significativement la teneur en HAP dans le sol pollué : les teneurs finales, dans le cas du sol contaminé SN1 sont toutes inférieures à 400 mg/kg de matière sèche du sol. Les meilleures performances mesurées correspondent à une réduction de 43% de la teneur totale en HAP, avec un dosage en charbon actif de 2% et de CEM III A LM de 2%.

Les résultats obtenus avec le sol contaminé SN2 sont aussi positifs et ici les meilleures performances sont obtenues avec l’association de CEM III A à un dosage de 3% et le charbon actif à un dosage de 2%.

[Table 13]

[Table 14]

Exemple 6 - Traitement d’un sol faiblement pollué par un liant minéral Portland au laitier de haut-fourneau de type CEM III Les résultats rassemblés dans le tableau ci-dessous montrent que l’association d’un ciment Portland de type CEM III A avec un charbon actif est efficace pour traiter des sols faiblement contaminés par des HAP. [Table 15]