[Photo : Patrick SCHERR et Bernard GAUTHIER - CFG, Groupe BRGM]
La dépollution d’un site contaminé suppose au préalable la réalisation d’un diagnostic aussi exhaustif que possible.
Ce diagnostic inclut la réalisation de prélèvements et d’analyses effectués suivant un protocole précis et un plan d’échantillonnage qui doit être adapté au fur et à mesure que les résultats d’analyse sont connus. Compte tenu des coûts d’immobilisation des chantiers de dépollution et de la grande variabilité des coûts de mise en décharge ou de traitement des déchets suivant leur nature, l’intérêt économique de disposer sur site de moyens d’analyses rapides est évident. Parmi les équipements embarqués qui peuvent être complétés en fonction des éléments recherchés, sont actuellement disponibles le spectromètre, le chromatographe en phase gazeuse et le chromatographe en phase liquide, ce dernier s’avérant particulièrement performant notamment pour la recherche des polychlorobiphényles (PCB). Au titre du « contrôle qualité » que nous nous imposons, 10 à 15 % des échantillons sont transmis pour validation à un laboratoire répondant aux normes Afnor, CEE et ISO 9001, bien qu’à ce jour les précisions des très nombreuses mesures réalisées sur site n’aient pas été mises en défaut. Enfin, l’analyse en temps réel des produits contaminants éventuellement toxiques permet une meilleure maîtrise de la sécurité du personnel.
Il est admis aujourd’hui que l’évaluation de l’impact de la contamination d’un sol, d’une eau ou de l’air sur l’environnement impose au préalable la réalisation d’un diagnostic aussi exhaustif que possible. En outre, ce diagnostic doit permettre de définir les moyens à mettre en œuvre pour supprimer ou tout du moins limiter les effets de cet impact. Étape essentielle de la réhabilitation d’un site, le diagnostic inclut la réalisation de prélèvements et d’analyses effectués suivant un protocole précis et un plan d’échantillonnage établi a priori sur la base de la connaissance acquise de l’état du milieu.
Or, il est essentiel que ce plan d’échantillonnage soit adapté au fur et à mesure que sont connus les résultats des analyses, suivant qu’ils confirment ou qu’ils infirment les hypothèses retenues au départ. Fréquemment, les moyens à mettre en œuvre au niveau du plan d’échantillonnage présentent des coûts d’immobilisation relativement élevés ; dans ce cas, l’intérêt économique de disposer sur site de moyens d’analyse rapides est évident.
Ce constat est encore plus évident lorsqu’il s’agit, par exemple, d’un chantier de dépollution par évacuation et/ou traitement des déblais contaminés, de définir le lieu de destination des déblais en fonction de leur niveau de contamination. En effet, dans un tel cas, les délais d’acheminement d’analyses en laboratoire répondant aux normes en vigueur Afnor, CEE et ISO 9001 sont très souvent incompatibles avec les coûts d’immobilisation du chantier et les coûts de mise en décharge ou de traitement sont très variables suivant l’état de contamination des déblais.
Aussi, dès lors que l’on a pu s’affranchir de la contrainte des délais en disposant de moyens d’analyses rapides sur site, il devient possible de multiplier le nombre de mesures pour un coût marginal faible, d’établir ainsi une cartographie de l’extension de la pollution et de maîtriser l’incertitude qui pèse sur la dispersion de l’état de contamination des sols.
Enfin, l’analyse en temps réel des produits contaminants, éventuellement toxiques, permet une meilleure maîtrise de la sécurité du personnel et du fonctionnement du chantier et, par ailleurs, des arrêts inopinés de chantiers, sources de dépenses supplémentaires.
Le potentiel d’analyses sur site
Les tableaux I, II et III présentent la liste de paramètres susceptibles d’être analysés grâce aux différents matériels embarqués sur véhicules, ainsi que leur seuil de détection et leur précision. Ces équipements sont susceptibles d’être complétés par d’autres matériels, en fonction des types d’éléments recherchés et des analyses demandées. Ainsi, le BRGM travaille à la faisabilité d’un système d’identification et de quantification directement sur site des molécules de micropolluants organiques dans les sols par étude du spectre infrarouge.
Il convient de souligner que l’efficacité des opérations sera optimale si les opérateurs ont pu être informés au préalable de la nature des polluants susceptibles d’être rencontrés sur le site, notamment dans le cas où le matériel utilisé est le chromatographe en phase liquide à haute pression (HPLC), dont l’utilisation nécessite que l’opérateur dispose du ou des standards « ad hoc ».
Par ailleurs, et bien que les précisions des très nombreuses mesures réalisées sur site à ce jour n’aient jamais été mises en défaut, il est nécessaire d’imposer un contrôle de qualité : 10 à 15 % des échantillons sont ainsi analysés pour validation par un laboratoire qui satisfasse aux normes en vigueur (Afnor, CEE, ISO 9001). Ceci impose deux modes de transmission des résultats, d’une part en temps réel, sur site, sous forme de résultats provisoires, et d’autre part, en différé, après analyse en laboratoire, sous forme de résultats définitifs.
[Photo : Véhicule-laboratoire avec équipement HPLC.]
Un exemple d’application : le dosage des PCB
Le dispositif expérimental mis en œuvre pour effectuer le dosage des polychlorobiphényles (PCB) au moyen du chromatographe en phase liquide à haute pression est détaillé sur la figure 1.
L’analyse par HPLC
L’opération comporte deux phases successives :
L’analyse qualitative : elle permet l’identification d’un produit dans un mélange de composition inconnue grâce à son temps de rétention caractéristique des conditions d’élution (nature du mélange, débit) et de la colonne utilisée. En cas de doute, l’utilisation d’un étalon interne permet d’effectuer une vérification.
L’analyse quantitative : elle suppose l’identification préalable des produits et peut être effectuée de deux manières : soit à partir d’une courbe d’étalonnage effectuée rigoureusement dans les mêmes conditions, soit à partir d’un standard utilisé lui aussi dans les mêmes conditions.
L’industrie électrique utilise largement les arochlors, qui sont des mélanges de PCB caractérisés par un pourcentage pondéral de chlore qui peut varier de 21 à 68 %.
Parmi les plus fréquents, on peut citer :
- l’arochlor 1242,
- l’arochlor 1254,
- l’arochlor 1260.
À la suite d’incidents divers, ces PCB ont pu être dispersés dans l’environnement ; or leur grande toxicité n’autorise qu’une présence très limitée dans les sols et encore plus dans l’eau. Il importe donc de pouvoir les doser avec précision et rapidité, de manière à pouvoir orienter la prospection en fonction du degré de pollution constaté et de sa répartition. La quantification des arochlors dans un échantillon de sol par HPLC nécessitant en moyenne 30 minutes, 12 à 15 échantillons peuvent être traités quotidiennement.
La chromatographie en phase liquide conduit pour les arochlors à des résultats précis et reproductibles avec un seuil de détection voisin, par exemple, de 0,5 ppm (mg/kg de sol sec), qui correspond au seuil inférieur de pollution fixé par les normes en vigueur (canadiennes et hollandaises).
Tableau I
Paramètres physicochimiques
| Paramètres | Méthode ou matériel | Seuil de détection | Précision |
|---|
| pH | pHmètre | — | 0,01 |
| Eh | Electrode Redox | — | 1 mV |
| Conductivité | Conductimètre | 0,01 µS/cm | 0,5 % |
| Pression de point de bulle (Brevet CFG) | Bulle doseur | 1 bar | 0,1 bar |
| Teneur en gaz (G.L.R.) | — | 1 % | — |
| Corrosivité | Sonde à résistance de polarisation Corroprobe® (Brevet CFG-CEA) | 0,01 mm/an | 0,01 mm/an |
| Matières en suspension | Filtration | 0,1 mg | 0,1 mg |
Tableau II
Détermination de compositions chimiques dans les eaux ou les sols
| Paramètres | Méthode ou matériel | Seuil de détection | Précision |
|---|
| Oxygène dissous | Oxymètre | 1 ppb | 1 ppb |
| Sulfures | Electrode spécifique | 0,2 mg/l | 0,05 mg/l |
| Réserve alcaline | Titration | — | — |
| Éléments majeurs : calcium, chlore, sodium, nitrate, magnésium… (nous contacter pour éléments particuliers) | Spectrométrie | En moyenne : 0,05 mg/l | 0,5 % |
| Éléments traces : aluminium, bore, nickel, cuivre, zinc, plomb… (nous contacter pour éléments particuliers) | Spectrométrie | 0,05 mg/l | 0,5 % |
| Polluants métalliques ou autres en traces : chrome, cyanure, phénols, hydrazine, phosphates, nitrates, sulfates… (nous contacter pour éléments particuliers) | Spectrométrie | 0,05 mg/l | 0,5 % |
Tableau III
Métaux lourds infra-traces
| Paramètres | Méthode ou matériel | Seuil de détection | Précision |
|---|
| Aluminium, béryllium, cobalt, cadmium, chrome… (nous contacter pour éléments particuliers) | Chromatographie en phase liquide (H.P.L.C.) | 10 ppb | — |
Analyse des gaz dans les sols ou dans l’air
| Paramètres | Méthode ou matériel | Seuil de détection | Précision |
|---|
| Méthane, dioxyde de carbone, hydrogène sulfuré, alcanes | Chromatographie gaz | Traces | — |
| Hydrocarbures aliphatiques, aromatiques (H.A.), aromatiques polycycliques (H.A.P.) | Chromatographie en phase gazeuse (GC) | 1 ppb | — |
| Argon, hélium, hydrogène | Chromatographie en phase gazeuse avec autre colonne | Traces | — |
| Pesticides organo-chlorés | H.P.L.C. ou GC | Quelques dizaines de nanogrammes/l | — |
| Hydrocarbures aromatiques volatils : benzène, toluène, chlorobenzène (nous contacter pour éléments particuliers) | Tubes réactifs Dräger ou Chemets | — | — |
| Polychlorobiphénil (P.C.B.) | H.P.L.C. | Traces | — |
| Organohalogénés volatiles : chloroforme, dichlorométhane, trichloréthylène… (nous contacter pour éléments particuliers) | H.P.L.C. ou GC | Traces | — |
Conclusion
Sous réserve de respecter un protocole précis d’échantillonnage et des modes opératoires adaptés mis en œuvre par du personnel compétent dans le cadre d’une procédure d’assurance qualité, l’analyse en temps réel constitue un outil d’assistance au diagnostic, au contrôle de chantiers de dépollution particulièrement performant. En effet, même s’il demeure à notre sens indispensable de valider les mesures en confiant à un laboratoire satisfaisant aux normes en vigueur l’analyse de 10 à 15 % des échantillons, la grande fiabilité et la précision des équipements utilisés sur site permet, à partir des résultats obtenus en temps réel, d’adapter le plan d’échantillonnage et de sélectionner la filière d’élimination ou de mise en décharge en limitant considérablement les coûts d’immobilisation de chantier et en optimisant les volumes de déblais à traiter. Enfin, l’analyse en temps réel des produits contaminants éventuellement toxiques permet une meilleure maîtrise de la sécurité du personnel.
