L?impact le plus important d'un site pollué, lorsqu'il existe, concerne bien souvent les eaux souterraines. Les usages qui en sont faits, notamment en ce qui concerne l'eau potable, peuvent conduire à une exposition directe des populations. Les techniques actives ou passives de dépollution des nappes permettent d'atteindre aujourd'hui des objectifs ambitieux en termes de traitement des nappes souterraines et de réhabilitation des aquifères.
Le pouvoir épurateur des sols a ses limites. En France, de nombreuses nappes d’eau souterraines sont polluées du fait de la migration polluante dans les sols de différents polluants, solvants chlorés, métaux lourds ou encore HAP ayant pour origine d’anciennes activités industrielles. Les mécanismes de transfert de ces polluants dans les aquifères sont extrêmement complexes. Ils dépendent de nombreux paramètres tels que la nature du polluant ou la structure des sols. Ils mettent en jeu des mécanismes physiques, chimiques et biologiques qui conduiront à étudier les mécanismes d’infiltration des polluants dans la nappe, de dispersion, et leur transformation due à l’évaporation, à l’oxydoréduction ou à la biodégradation. Cette dernière fait disparaître des composés organiques mais aussi apparaître des métabolites de toxicité différente, parfois mal appréhendée.
Ces pollutions sont susceptibles d’avoir des impacts majeurs sur la ressource en eau. Ils peuvent conduire à la fermeture durable d'un ou de plusieurs captages et à la mise en place d’un système de traitement de l'eau.
Dès lors qu'une nappe est susceptible d’être affectée, une Évaluation Détaillée des Risques « Eau » doit être engagée. L'EDR-Eau permettra d’évaluer l'impact des substances chimiques constituant la pollution de la nappe, de fixer des objectifs de réhabilitation et par conséquent de choisir les techniques de traitements appropriées pour traiter les zones sources et le panache de pollution.
Choisir la technique de traitement appropriée
Pour traiter la nappe lorsqu’elle est touchée, différentes techniques peuvent être utilisées. Si le polluant flotte en surface, un pompage écrémage pourra être réalisé. Ce procédé est adapté à la récupération des hydrocarbures ou aux produits purs flottants en surface. Ecoterres a par exemple développé un système de récupération du surnageant, qui présente l'avantage de pouvoir raccorder plusieurs puits sur une seule pompe d’extraction. Peu gourmand en énergie, il permet à la fois le rabattement de la nappe et la récupération sélective du polluant.
De son côté, Solenvironnement utilise le procédé ODS qui limite considérablement les quantités d’eaux pompées avec des flotteurs suivant les variations de la nappe et peut récupérer jusqu’à de très fines couches de flottant grâce à un design astucieux de ces mêmes flotteurs. Si le polluant a migré dans la nappe, il faut recourir à d'autres techniques. La plus connue, communément appelée « Pompage & Traitement », consiste à pomper l’eau avant de la traiter puis de la réinjecter. Cette technique, utilisée depuis longtemps, est bien maîtrisée par de nombreux opérateurs du secteur de la dépollution de sols tels que Pollution Service, GRS Valtech, Serpol, Idra, Ikos, Lisec, Tauw Environnement ou ATI Services. Serpol la met en œuvre actuellement sur l’aéroport Saint-Exupéry pour traiter une importante pollution des sols et de la nappe au kérosène (voir encadré).
Biogénie Europe l’a récemment mise en œuvre sur un site industriel qui avait contaminé la nappe phréatique par des hydrocarbures totaux, des composés organohalogénés volatils, des composés aromatiques volatils et des hydrocarbures aromatiques polycycliques. Cette pollution générant des gênes olfactives importantes et des risques au niveau de caves jouxtant le site, il a été décidé d'entreprendre des tests afin d'évaluer et de dimensionner un projet de fixation de la nappe à grande échelle. En l'absence de données relatives aux caractéristiques hydrodynamiques de la nappe et à la pollution des eaux souterraines dans des conditions réelles d'exploitation, Biogénie a réalisé un projet pilote permettant de dimensionner une installation de pompage et de traitement en adéquation avec les besoins. Le traitement de l'eau pompée a été réalisé sur un séparateur à hydrocarbures et par filtration sur charbon actif (capacité 60 m³/h). Cette technique connaît plusieurs variantes basées pour la plupart sur l'extraction de l'eau ou l'injection de matière active comme par exemple de l'air. Bien qu’efficaces, elles sont parfois lourdes à mettre en œuvre, notamment lorsqu’il faut pomper de gros volumes d’eau pour réussir à toucher la totalité d’un panache de pollution. Le process d'extraction et d'injection devient imposant tandis que le débit d'eau traité reste faible, ce qui augmente d’autant le temps de la réhabilitation et donc les coûts.
Sita Remediation a développé de son côté une technologie innovante de traitement de nappes contaminées par des solvants chlorés : l’oxydation in-situ. Le procédé Oxidisi comporte trois étapes. Les eaux contami
Remédiation
nées sont pompées puis traitées dans une unité d’oxydation photocatalytique, spécifiquement développée pour les problématiques solvants chlorés. Les eaux traitées sont ensuite enrichies d'un réactif oxydant avant d’être réinjectées dans le sol via un réseau d'aiguilles d'injection.
De son côté, Arcadis a mis au point, depuis 13 ans aux USA avec mise en service en France sur 14 sites, des techniques de traitement par bioremediation des solvants chlorés et des métaux : l'injection de mélasse ou autres hydrates de carbone permet une augmentation de l'activité bactérienne in situ existante et de passer à des conditions réductrices qui assurent la dégradation complète des solvants et de leurs produits de dégradation (chlorure de vinyle notamment) et la fixation complète des métaux sous forme d'hydroxydes ou de sulfures insolubles ; tel est le cas d'un site où des concentrations élevées de chrome 6 et de PCE sont traitées dans une nappe à 30 mètres de profondeur pour protéger de la pollution les champs captants avals ; tel est aussi le cas d'un site avec 300 000 m³ de chrome 6 sur une friche industrielle qui sera stabilisé en 3 à 4 ans alors que les concentrations dans les eaux filtrant à travers le terril contiennent 1 g/l.
De manière homothétique, les pollutions aux hydrocarbures sont traitées sur des stations-services ou des sites industriels avec des injections de produits oxydants ; ces méthodes in situ permettent la continuité de l'exploitation, évitent des installations de traitement lourdes et le rejet d'eaux et sont beaucoup moins chères pour une efficacité pérenne.
Le stripping est un autre procédé de traite-
Le stripping, traitement en surface fréquemment employé.
Le principe consiste à injecter de l'air dans l'eau à traiter. Quand l'air et l'eau se mélangent, les composés volatils dans l'eau sont extraits de la solution et passent à l'état de vapeur. Le facteur important est d'optimiser le temps de contact air/eau.
Dans la colonne de stripping, l'air et l'eau circulent à contresens à travers un milieu structuré. Ce garnissage augmente le temps de contact air/liquide, en fractionnant l'eau en films minces générant un grand volume d'eau exposé à l'air, et donc favorisant la volatilisation des solvants. L'air entraîne les solvants chlorés en dehors de la tour vers l'atmosphère si le rejet direct est autorisé sinon vers des unités de traitement par charbon actif.
Un aspect important de cette technique est qu'elle ne détruit pas le polluant, mais le déplace du milieu eau vers le milieu air. L’air chargé en polluant volatilisé est alors traité, en général par filtration sur charbon actif.
Ce procédé est efficace pour les solvants chlorés et les constituants légers des essences. Il permet également de traiter à la fois la zone saturée en eau et la zone non saturée.
Il a par exemple été mis en œuvre par GRS Valtech sur un site industriel à Lyon en 2002, par ATI Services sur une station-service de la Gironde, par Antea sur un site industriel alsacien ou encore par Brézillon sur un site industriel en banlieue parisienne. Dans ce dernier cas, le traitement, qui a duré 15 mois a consisté à isoler le site par rapport aux pollutions extérieures, à traiter les eaux par pompage et stripping, puis à effectuer un sparging au niveau du substratum pour remonter les chlorés plus denses que l'eau en phase libre.
Bien souvent, la combinaison de plusieurs techniques permet d’optimiser les coûts.
Ainsi, sur un site pharmaceutique en activité dont les sols et la nappe étaient pollués par des BTEX et des COV, Ecoterres a ainsi associé plusieurs techniques différentes (Pompage & Traitement, Stripping, Soil flushing, Sparging,...) pour faire face aux différents polluants et à leurs différents positionnements au sein des nappes tout en optimisant les coûts. De même, sur un site industriel de 10 000 m² situé dans l’Oise en zone habitée dont les sols et la nappe étaient pollués au BTEX et COHV, Brézillon a mis en place trois process de traitement différents.
en fonction des natures et des taux de pollution via un traitement in situ par venting, bioventing et sparging de la zone non saturée sur 5 mètres de hauteur et de la nappe sur 10 mètres de hauteur.
Mais il existe également d'autres technologies, adaptées à des cas très particuliers : oxydation in situ par injection de permanganate, de peroxyde d'hydrogène, lessivage des sols par des tensio-actifs...
Les possibilités ne manquent pas : le choix de la technologie dépend de très nombreux facteurs comme la géométrie de la source de pollution, les caractéristiques des nappes, les enjeux à protéger, la contrainte de temps, les coûts et performances des procédés. Burgéap, société d'ingénierie spécialisée dans le traitement des nappes, affirme être de plus en plus sollicitée par ses clients pour des comparaisons coûts-avantages, qui sont l'ultime outil d'aide à la décision. Reste que, du fait de caractéristiques hydrogéologiques d’un aquifère ou d'un polluant peu mobile, la dépollution d'une nappe peut perdre son caractère d'urgence. Il devient alors possible de mettre en place des techniques plus lentes qui relèvent plus de techniques passives que de techniques actives. Les barrières perméables réactives (BPR), apparues ces dernières années, font partie de ces techniques de dépollution.
Dépolluer les aquifères in-situ avec les barrières perméables réactives
Efficaces, elles sont aussi attractives du fait de leurs coûts avantageux. Car s'il est admis que le traitement par BPR implique des coûts d’investissement supérieurs à ceux des systèmes actifs, les coûts opératoires et de maintenance sont eux nettement inférieurs. Du coup, sur plusieurs années, le coût cumulé des BPR peut être inférieur à celui des systèmes Pompage & Traitement. Le concept des BPR repose sur la construction, perpendiculairement au sens d’écoulement de la nappe contaminée, de barrières perméables remplies avec un matériau devant réagir avec les polluants présents, par exemple des copeaux de fer ou des adsorbants, comme le charbon actif.
La nappe phréatique est décontaminée lorsqu’elle traverse la barrière, les polluants étant dégradés, fixés ou précipités. La nappe s'écoule à travers la barrière en suivant son gradient d’écoulement naturel sans qu’aucune opération de pompage ne soit nécessaire.
Deux configurations existent qui reflètent
Deux approches différentes notamment en termes de maintenance et d’évolution sur le long terme. Le mur continu est réactif et perméable sur toute sa longueur. Il intercepte le panache de pollution sur toute sa section en minimisant les perturbations hydrauliques. Le réactif est surdimensionné pour limiter la maintenance. Cette approche sécuritaire de la barrière est moins sensible à un défaut de caractérisation du site. Par contre, elle n’offre pas les mêmes garanties en termes de suivi des performances et de maintenance du média réactif. Les BPR de type Funnel & Gate fonctionnent selon un principe différent : ils font converger les écoulements vers des réacteurs de traitement qui permettent de mieux contrôler les performances du système et de faciliter la maintenance des réacteurs. L’inconvénient est qu’elles nécessitent une parfaite connaissance du site et qu’elles génèrent une modification du régime des écoulements des eaux.
Autre avantage, les BPR permettent de traiter des combinaisons de polluants avec un réactif unique ou par traitement séquentiel avec différents réactifs (concept multi-barrières).
Solenvironnement, grâce au procédé panneau-drain, propose de véritables portes filtrantes à filtres facilement renouvelables et les a installés sur plusieurs sites pour traiter des pollutions variées (hydrocarbures dissous, HAP, arsenic, solvants chlorés, …) dans plusieurs pays d’Europe. Associée à une maintenance annuelle peu onéreuse, une garantie de résultat est proposée permettant de protéger à long terme la ressource hydraulique. Plus précisément dans le domaine des solvants chlorés, Solenvironnement a développé conjointement avec Sita Remédiation un procédé de type Funnel & Gate baptisé Kéops® basé sur l’utilisation d’un réactif de traitement original qui permet la destruction des solvants chlorés présents dans l’eau de nappe.
Le principe actif de traitement est placé au niveau des portes dans des cartouches amovibles, ce qui permet d’intervenir facilement pour toute opération de maintenance. Il est possible de placer en série plusieurs cartouches de traitement, chacune remplie d’un réactif de traitement différent, permettant de s’adapter au plus près de la pollution du site. Le réactif de déchloration catalytique, utilisé dans le procédé Kéops®, est composé d’un mélange de fer et de catalyseurs d’hydrogénation. Le procédé de traitement est basé sur la capacité du fer à produire de l’hydrogène au contact de l’eau et sur la réaction d’hydrogénation (ou déchloration) des solvants chlorés en présence de catalyseurs à base de métaux de transition. Mais bien d’autres procédés de traitement peuvent être mis en œuvre dans des barrières de ce type, c’est le cas du procédé TiO₂/UV : des photoréacteurs comportant une ou plusieurs lampes UV et du dioxyde de titane TiO₂ fixé sur un support approprié peuvent être installés dans les portes de traitement.
Actuellement, cette technique est principalement utilisée pour traiter des pollutions par des éléments en traces métalliques ou des polluants organochlorés. En 2004, Ecoterres a ainsi circonscrit par une BPR de type Funnel & Gate une pollution en organochlorés de la nappe d’eau souterraine d’un terrain industriel dans la région anversoise (Belgique). Après un dimensionnement minutieux, le choix s’est porté vers un système composé d’une barrière imperméable longue de 140 m et équipée de 2 portes réactives de 25 m de longueur chacune. La barrière imperméable a été réalisée en ciment bentonite de 6 mètres de profondeur et 60 cm de large, ancrée dans la couche géologique inférieure imperméable.
Le réactif, un mélange contenant du fer zéro valent a permis une déshalogénation des organochlorés.
Le temps de séjour nécessaire à la destruction du polluant a été déterminé à 30 heures. De cette manière, l’épaisseur de la porte perméable et donc la quantité de réactif à préparer ont pu être calculées. La mise en place, réalisée par trancheuse à chaîne à guidage automatisé, n’a duré que quelques jours, réduisant ainsi au minimum les nuisances dues aux travaux.