Construction Durable

Dépollution des Eaux-BPR

Depuis quelques années, une thématique de recherche sur la valorisation des nouveaux matériaux dans le domaine de la dépollution des eaux et des sols est développée par le professeur Zoubeir LAFHAJ et l’entreprise SOLVAY. Ces nouveaux matériaux, Gel d’Apatite, sont coproduits à partir des déchets non toxiques du groupe Solvay. Ils sont constitués de particules sèches d’hydroxyapatite et d’eau. Ces matériaux sont caractérisés par un comportement thixotropique et une capacité de rétention des métaux lourds par échange ionique.

Grâce à cette dernière caractéristique, la valorisation des gels d’apatite dans la dépollution des nappes phréatiques a été envisagée. Plusieurs pistes de valorisation ont été étudiées et la voie de valorisation dans les Barrières Perméables Réactives (BPR) a été retenue. En effet, une BPR est une technique in situ et passive de traitement des eaux souterraines. Elle consiste à installer une zone réactive et perméable perpendiculairement au sens de l’écoulement des nappes. Les polluants sont retenus dans la zone réactive de la BPR par échange ionique lors du passage des eaux polluées par écoulement naturel.

Principe de fonctionnement d’une Barrière Perméable Réactive

Principe de fonctionnement d’une Barrière Perméable Réactive

Une caractérisation complète a été préalablement réalisée dans le but d’établir une fiche synoptique de ces nouveaux matériaux. Les caractéristiques physico-chimiques (granulométrie laser, poids volumique absolue, surface spécifique BET, porosité,…) de ces matériaux ont été tout d’abord déterminées. La composition chimique et la minéralogie de ces matériaux ont été analysées par Fluorescence X et Diffraction des Rayons X respectivement. Les caractéristiques géotechniques ont également été déterminées par essai de chargement par palier à l’œdomètre suivant la normalisation française. Dans une démarche de qualité, les teneurs en polluants et en métaux lourds notamment ont été analysées suite aux tests de lixiviation couplés à des analyses spectrométriques ICP-AES.

Observation MEB du gel d’apatite

Observation MEB du gel d’apatite

La valorisation du gel d’apatite dans les BPR réside en l’optimisation d’un mélange ayant les caractéristiques suivantes :

  • Une perméabilité élevée permettant d’assurer l’écoulement naturel de la nappe : cette perméabilité sera assurée par une matrice perméable composée de sable essentiellement.
  • Une capacité optimale de rétention des métaux lourds grâce à un agent actif : le gel d’apatite dans notre cas.
  • Une bonne tenue mécanique assurée par un liant ; le choix d’un liant organique a été retenu pour éviter une réaction avec le gel et garder une perméabilité optimale.

Dans ce contexte, un dispositif expérimental a été spécialement conçu permettant de déterminer simultanément la perméabilité des mélanges et leur capacité de rétention des métaux lourds. Le principe consiste à

  • Injecter une solution contenant une teneur en polluants bien déterminée : nitrate de cuivre dans notre étude.
  • Contrôler le débit à la sortie et la pression différentielle afin de déterminer le coefficient de perméabilité suivant la loi de Darcy.
  • Déterminer la teneur en polluants à la sortie de la cellule par des analyses ICP-AES. Le taux de rétention est ainsi déterminé par rapport à la teneur en polluants dans la solution de départ.
Dispositif expérimental de mesure de la perméabilité et de la capacité de rétention des métaux lourds

Dispositif expérimental de mesure de la perméabilité et de la capacité de rétention des métaux lourds