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Dépollution des sols : répondre à la complexité croissante des chantiers
Patrick Philipon de GROUPE ROUGE VIF 27 février 2019 Paru dans N°419 - à la page 35

Pas de révolution dans le monde de la dépollution des sols et des nappes. Les sociétés de travaux optimisent leurs outils, et répondent à la complexité croissante des chantiers en combinant les techniques existantes. Les essais pilotes se généralisent avec l’obligation, depuis 2017, d’un plan de conception des travaux. Illustration sur la base de quelques chantiers récents.

Désorption thermique, venting, biodégradation, oxydation ou réduction, pompage… : les professionnels de la dépollution des sols disposent d’une vaste palette de techniques désormais éprouvées (voir à ce sujet EIN n°399 et 409). « Il n’y a pas de révolution en vue, pas d’innovation de rupture mais une optimisation continue de l’existant », comme le précise Alain Dumestre, directeur général de Serpol. « Toutes les techniques sont déjà connues, mais elles sont de plus en plus robustes. Celles qui étaient encore récemment de l’ordre du développement sont aujourd’hui mises en œuvre régulièrement, et le retour d’expériences les rend plus fiables » renchérit Patrice Imberti, directeur général de Suez Remédiation France. Devant la difficulté à breveter des améliorations incrémentales apportées à des procédés déjà existants, les sociétés déposent parfois des marques garantissant à leurs clients l’usage d’une technique affinée par la R&D “maison”. A l’instar de Serpol avec ses Bacteau® (biodégradation des hydrocarbures) ou Naneau® (nanoparticules de fer zéro pour réduire les polluants chlorés), ou de Suez Remédiation avec Bionappe® (biodégradation) ou encore Neoter® (plateforme de traitement des terres excavées). La technologie étant désormais plus ou moins stabilisée, c’est aujourd’hui la demande qui dirige l’évolution du métier. La plupart des acteurs se rejoignent sur cette constatation.
Prétraitement par venting en vue de réduire le volume de COV emprisonnés dans la porosité du sol d’un chantier en Pologne. Réalisation Remea.

Des chantiers toujours plus exigeants

Premier facteur d’évolution, d’ordre réglementaire : l’obligation depuis 2017 d’élaborer un plan de conception des travaux (PCT) avant toute opération. « Cela date d’un an seulement, aussi le changement des pratiques est-il encore en cours. Les clients nous demandent déjà plus d’essais pilotes, au laboratoire et sur le terrain » rapporte Jean-Daniel Vilomet, chez Remea. Jérôme Rheinbold, directeur de Colas Environnement, estime que le PCT représente une avancée certaine par rapport au simple diagnostic.

Ce dernier est en effet destiné à répondre à une question d’ordre administratif – ce terrain est-il pollué ? – mais ne donne aucun élément quant à la faisabilité de la dépollution et au dimensionnement des moyens à déployer. « Colas Environnement réalise tout type de travaux de dépollution depuis plus de 35 ans et pour des dépollutions sur site/in situ, nous faisions des essais préalables depuis longtemps. Maintenant, c’est acté pour tous. Le PCT permet de rassurer le maître d’ouvrage, de “sécuriser” la dépollution en termes de coûts comme de délais. Même s’il reste illusoire dans notre métier de penser éliminer tous les aléas : chaque terrain est particulier » souligne-t-il. Alain Dumestre, chez Serpol, partage la même expérience. « Nous le faisions déjà sur les gros chantiers, même si ça ne s’appelait pas forcément PCT. L’aspect obligatoire va systématiser la pratique des pilotes, de l’anticipation, sur des chantiers de taille moindre. C’est un engagement de sérieux », estime-t-il. Pour Patrice Imberti, Suez Remédiation, « le PCT met au service du collectif un outil pour répondre à la taille et la complexité des chantiers et à l’exigence des donneurs d’ordre. Cette brique méthodologique permet de passer d’un concept à l’opération réelle. Suez est attaché à cette étape qui fait appel à des essais en laboratoires et des pilotes sur le terrain, car elle constitue un gage de réussite des opérations. En déterminant les paramètres de dimensionnement, le PCT permet de monter un projet cohérent afin d’atteindre l’objectif dans le délai imposé par le planning du client ».

Installation de prétraitement sous tente permettant d’optimiser en amont l’ensemble des phases de traitement. Chantier GRS Valtech.

Assistera-t-on pour autant à l’émergence d’un nouveau marché, où interviendraient des acteurs spécialisés dans les études pilotes ? « C’est un vrai débat », estime Alain Dumestre qui pense cependant que les dépollueurs, qui vont mener les travaux, sont les mieux placés pour « savoir ce qu’il faut regarder sur un site ». Patrice Imberti est du même avis : « les entreprises de travaux ont une grosse part d’expertise à faire valoir à cette étape proche du terrain et des dimensionnements » affirme-t-il. Suez Remédiation dispose d’ailleurs de laboratoires et de moyens d’essais lui procurant une totale autonomie à cet égard. « Un gage de sérieux » selon lui.

Yves Guelorget, Directeur métier Environnement chez Antea Group précise : « le PCT est une vraie prestation d’ingénierie, elle est donc à l’interface entre les études et les travaux de dépollution. Il est tout naturel, qu’à la fois les entreprises d’ingénierie et de travaux s’emparent du sujet. Mais peu importe qui le fait, l’essentiel à ce stade d’un projet est de disposer de l’expérience et des moyens nécessaires permettant de sécuriser la suite des opérations. Ainsi, en fonction de la situation, les essais et le PCT sont déconnectés du Plan de gestion ou intégrés à cette démarche ».

Les sociétés importantes sont en effet toutes équipées pour réaliser des essais sur site et possèdent un laboratoire d'analyse comme Haemers Technologies, ou sont en train de s’en doter comme CAP Environnement, Colas Environnement, ou Soléo Services.
Haemers Technologies a, depuis de nombreuses années, réalisé le scaling-up en partant de la paillasse de laboratoire afin de déterminer les températures cibles et la cinétique de désorption, puis à travers un projet pilote avant de s'engager vers un full-scale. « Les tests de laboratoire ont toujours été indispensables pour réaliser la désorption thermique », souligne Aurélien Vandekerckhove chez Haemers Technologies.
A Petit-Couronne, Valgo s’apprête à combiner plusieurs méthodes de pompage pour se débarrasser des hydrocarbures flottants à la surface de la nappe. Chaque zone, selon ses caractéristiques, va être traitée par une technique particulière de récolte. Sont ainsi sollicités l’écrémage “pur” pour les situations simples, l’écrémage par bandes pour les couches plus visqueuses et le pompage-écrémage.

La miniaturisation des technologies d’analyses représente un champ d’innovation important pour la caractérisation des sites et sols pollués. Les méthodes d’acquisitions et de traitement des données ont donc été repensées et certaines sociétés ont créé des solutions de diagnostic des pollutions plus précises et plus rapides. C’est par exemple le cas d’Envisol dont la méthodologie scan 360° repose sur 3 piliers : un laboratoire mobile permettant des mesures sur site pour les grandes familles de polluants, une acquisition et visualisation numérique des données et un traitement des données géostatistiques : toutes les données recueillies peuvent être traitées rapidement par un ensemble de méthodes de modélisation de la répartition spatiale de la pollution. Burgeap mène, de son côté deux types d’essais : en laboratoire et sur site.

Par leur complémentarité, ces deux modes d’analyses vont aboutir à l’adoption de la ou les techniques les plus efficaces pour la remédiation d’un sol pollué et être intégrées dans le plan de conception des travaux. « Notre objectif est d’acquérir en toute indépendance le maximum d’informations dimensionnantes qui seront les clés de la bonne compréhension du contexte par les entreprises de travaux et donc la réussite des opérations de dépollution à venir », explique-t-on chez Burgeap.

L’établissement du PCT et la réalisation des travaux pouvant faire l’objet de lots différents lors des appels d’offres, les sociétés de dépollution dotées de ce type d’outil peuvent d’ailleurs les mettre à profit pour proposer des services de réalisation d’essais pilotes, qu’elles mènent ou non les travaux ultérieurs. « Nous recevons de plus en plus de demandes pour faire des essais de faisabilité, de solvabilité, de plan de conception des travaux avant de se lancer dans la réalisation des techniques, explique par exemple Laurent Thannberger, directeur scientifique chez Valgo. Il s’agit d’apporter des réponses beaucoup plus mesurées, dimensionnées, adaptées aux conditions réelles ».

Répondre à la complexité

La principale nouveauté réside cependant dans la complexité croissante des chantiers. « Les chantiers deviennent plus complexes, car les clients demandent d’aller chercher la pollution de plus en plus profond. Ils veulent également des solutions de plus en plus abouties, et exigent des garanties sur les objectifs » constate par exemple Jean-Daniel Vilomet, Directeur France de Remea. Patrice Imberti chez Suez Remédiation observe lui aussi des chantiers de taille et de complexité croissante, et attribue l’exigence toujours plus forte des maîtres d’ouvrages à une courbe d’apprentissage générale. « Les uns et les autres comprennent mieux le métier, et ont de plus pris conscience des impacts additionnels négatifs d’un chantier mal opéré » explique-t-il.
Traitement de surnageant par E2S, Extraction Séquencée de Surnageant, technique brevetée par Colas Environnement et traitement de la ZNS par bioventing. Réalisation Colas Environnement.

Par ailleurs, les opérations sont de plus en plus souvent confinées pour minimiser les inconvénients pour le voisinage. Comme l’explique Jean-Daniel Vilomet : « le niveau d’exigence en matière d’hygiène et sécurité augmente aussi. Cela nous amène à travailler de plus en plus sous tente, ou développer des procédés qui réduisent l'impact sur le voisinage, comme la maîtrise des poussières et des odeurs ». Une évolution confirmée par Jérôme Rheinbold chez Colas Environnement : « la dépollution sous tente se développe. Nous en proposons de plus en plus, et les maîtres d’ouvrage en demandent ». Même constatation chez Suez Remédiation : « le confinement sous tente, qui était encore anecdotique il y a 5-6 ans, est devenu courant », souligne Patrice Imberti.

Comment mener à bien des chantiers plus vastes et plus complexes qu’auparavant, en garantissant de plus les résultats, alors que les techniques disponibles restent peu ou prou les mêmes ? « C’est la combinaison des techniques qui permet de répondre. Chez Suez, nous nous sommes délibérément placés sur ce terrain. Combiner plusieurs techniques sous confinement représente d’ailleurs une complexité additionnelle », affirme Patrice Imberti. Jérôme Rheinbold partage cet avis : « les friches industrielles présentent souvent des pollutions multiples, il faut donc mettre en œuvre une combinaison de techniques ».

Ainsi de Valgo, qui s’attache à la dépollution de 90 hectares de raffinerie à Petit-Couronne. « Il y a deux ans et demi, nous avons commencé à tester différentes techniques sur une petite zone de 1.000 m². En avançant dans la connaissance, nous nous sommes aperçus qu’il fallait multiplier les réponses. A cette échelle, les zones fonctionnent différemment en termes géologiques, hydrogéologiques ou de natures des polluants. On qualifie donc zone par zone, en fonction d’un certain nombre de critères, les techniques de récupération des polluants » explique Laurent Thannberger, chez Valgo.
« Les techniques disponibles constituent autant de cartes, ayant chacune ses avantages, qu’il faut savoir sortir au bon moment. Certaines, très puissantes mais chères (techniques physiques, oxydation, désorption, techniques électriques) conviennent pour les zones sources, des endroits très bien ciblés où on va traiter beaucoup de masse. A l’inverse, pour les panaches avec des teneurs faibles en polluant et de grandes étendues, on peut se diriger vers des techniques de traitement biologique, de pompage ou autres. C’est toute l’expérience et l’intelligence du dépollueur qui permettent de combiner les techniques dans l’espace et dans le temps pour obtenir le meilleur résultat en optimisant les coûts », renchérit Alain Dumestre chez Serpol.

Le procédé d’échange ionique est un processus physico-chimique durant lequel des ions indésirables sont fixés par la résine et remplacés par d’autres ions inoffensifs. « L’utilisation de cette technique via des résines sélectives permet de traiter dans des délais rapides et avec des rendements élevés (plus de 90 %) les métaux solubles, les halogénures, les sulfates, les nitrates et les cyanures », explique Bertrand Gallet, Sales Manager chez Purolite. Mais le procédé est aussi utilisé pour l’enlèvement de certains polluants organiques.

Traitement par sparging/venting des eaux souterraines impactées par des solvants chlorés et pesticides issus d’une ancienne décharge. Réalisation Serpol.

Dans le domaine des perchlorates, par exemple, qui résultent de nombreuses applications industrielles notamment dans les domaines militaires ou l’aérospatiale, les traitements sur la base de résines spécifiques ont montré de bonnes performances pour la rétention des ions perchlorate. « De nombreuses références utilisant les résines A532E de Purolite sont publiques en Californie (San Gabriel Valley Water Company, Golden State water service, etc.) souligne Bertrand Gallet. Dans la région bordelaise et à Toulouse, plusieurs gros chantiers font appels aux résines échangeuses d’ions pour traiter des perchlorates. Les fortes capacités des résines et leur robustesse dans les procédés en ont donc d’ailleurs fait la clef de la dépollution des nappes ».

De même, les eaux qui contiennent des chromates peuvent être traitées avec les résines A600E/9149 de Purolite tout comme celle contenant du cuivre, du plomb ou du mercure avec les résines S930Plus. « C’est une alternative intéressante qui doit être explorée systématiquement sur la base de critères techniques et économiques », souligne Bertrand Gallet qui signale également des projets intéressants en Italie sur l’arsenic et pour les perfluoro-alkyles pour lesquels les résines PFA694E donnent des résultats prometteurs. « Généralement, la facilité de mise en œuvre et la grande sélectivité des résines permet une utilisation en finition. On les retrouve ainsi pour fixer les métaux lourds, par exemple en sortie de STEP ou après une précipitation ».

Raffineries : des sites complexes par nature

Pour le compte de la société Brownfields, spécialisée dans la reconversion des sites pollués, Serpol traite les 80 hectares du site de l’ancienne raffinerie de Reichstett, près de Strasbourg, qui rouvrira sous le nom d’EcoParc Rhénan en 2020. Différentes techniques sont appelées à se succéder. Après isolement du site pour coulage d’une paroi de ciment bentonite jusqu’à cinq mètres de profondeur, les matériaux solides à traiter sont excavés et triés, libérant la surface de la nappe à l’air libre. Les hydrocarbures surnageants, confinés par des barrages flottants, sont alors écrémés par des skimmers – des pompes montées sur flotteurs – pneumatiques. Des engins de chantier brassent régulièrement le lit (sable et gravier) sous la nappe pour remobiliser les hydrocarbures piégés avant un nouvel écrémage. Les eaux, chargées en hydrocarbures dissous, BTEX et ETBE, sont elles-mêmes traitées sur site par une installation automatique combinant successivement décantation/écrémage, filtrage sur charbon actif et captation des liquides légers. Une partie des matériaux solides extraits sera traitée sur site par landfarming.

De son côté, Züblin gère le projet de reconversion de l’ancienne raffinerie de la société Bayernoil AG à Ingolstadt en Bavière qui présente des pollutions typiques des raffineries avec des BTEX et HC mais aussi des composés per et polyfluorés (PFC) (cf. encadré). Pour Julien Bendler, Responsable d'agence adjoint chez Züblin, le traitement des PFC devrait faire partie des prochaines "révolutions" en matière de dépollution des sites en France et en Europe.

Deux tentes de confinement de 9.000 m² ont été construites par Suez Remediation sur un site de l’industrie chimique fortement pollué par des hydrocarbures, solvants chlorés et des métaux datant des années 1950 pour limiter au maximum les nuisances olfactives et prétraiter les sols et les nappes par venting et sparging.

A Petit-Couronne (Seine Maritime), Valgo s’apprête à combiner plusieurs méthodes de pompage pour se débarrasser des hydrocarbures flottant à la surface de la nappe. Chaque zone, selon ses caractéristiques, va être traitée par une technique particulière de récolte. Sont ainsi sollicités : l’écrémage “pur” (pompes écrémeuses prélevant la partie supérieure de la nappe) pour les situations simples, l’écrémage par bandes pour les couches plus visqueuses, le pompage-écrémage, qui consiste à rabattre le niveau d’eau de la nappe pour créer un creux augmentant l’épaisseur d’hydrocarbures flottants, voire des tranchées draînantes permettant de capter un fin film en surface sur une grande section lorsqu’un puits ne permet pas de capter le polluant sur une surface suffisante. « En fonction de la vitesse de récolte, on peut adapter la technique. Nous avons constaté lors des essais qu’il n’est pas nécessaire de laisser les pompes toujours au même endroit. Mieux vaut travailler quelques semaines à un poste puis se déplacer pendant que la nappe se“réalimente” localement en polluant. C’est ce qui permet de récupérer le maximum d’hydrocarbures. C’est tellement inhabituel qu’il a fallu le démontrer à la DREAL » se souvient Laurent Thannberger.

Valgo travaille selon un modèle économique particulier : l’entreprise a racheté le site de la raffinerie, décontaminé et démoli les installations et s’apprête, après avoir dépollué le sol et la nappe, à y développer elle-même un projet immobilier industriel. Ce modèle intégré est-il amené à se généraliser ? « C’est unique à notre connaissance. Il y a quatre ans, nous avons fait le pari que dépollueurs et développeurs immobiliers pouvaient collaborer sur un même site. Cette nouvelle façon de voir commence à intéresser mais reste un marché de niche » tempère Laurent Thannberger. En termes de R&D, Valgo utilise le terrain d’essais que constitue son site de Petit-Couronne pour, par exemple, déterminer en quoi les outils classiques d’imagerie souterraine, utilisés en géotechnique ou en recherche pétrolière, pourraient servir à la dépollution (projet Geoker). « En partenariat avec des bureaux d’études et des laboratoires universitaires, nous voulons mieux comprendre et modéliser une technique “éculée” : le venting. Il s’agit au final de mieux dimensionner les filtres », explique également Laurent Thannberger.

Utilisant les mêmes techniques que ses confrères, Colas Environnement se démarque cependant grâce à une option originale. « Nos systèmes de dépollution sont visualisables à distance car les containers de traitement automatique sont connectés à Internet. D’abord pour nous permettre un contrôle à distance, mais aussi pour donner accès au client, qui peut à tout moment visualiser le fonctionnement du dispositif et l’état d’avancement de la dépollution. Nous avons toujours garanti le fonctionnement de nos unités et la transparence de nos opérations », souligne Jérôme Rheinbold. L’entreprise a présenté à Pollutec un chantier de dépollution d’une raffinerie à Dunkerque. Afin d’élaborer un PCT, des essais pilotes de cinq techniques différentes ont été mis en place. Colas Environnement se propose de traiter les hydrocarbures par oxydation. Originalité de la démarche : l’utilisation d’un maquette BIM (Building and information management). « C’est une nouvelle façon de gérer les travaux à venir en visualisant le chantier en 3D grâce au numérique », explique Jérôme Rheinbold.

A chaque pollution sa solution

Depuis 2017, Remea dépollue pour un ancien site industriel impacté par la chimie des pigments et situé à la frontière franco-helvético-germanique. Il s’agit de débarrasser le sol et la nappe de polluants comme des métaux lourds et des solvants principalement organo-chlorés. Après excavation, les sols sont traités par une installation de lavage mobilisée sur site qui permet de recycler plus de 90 % de la masse initiale de sols. Ces derniers sont alors remblayés alors que moins de 10 % des matériaux extraits sont éliminés. L’eau de lavage est ensuite traitée et réutilisée en boucle.

Toutes ces opérations sont réalisées sous tente étanche pour préserver le voisinage… « C’est un chantier remarquable par l’ampleur des terrassements : jusqu’à 15 mètres à l’abri d’une paroi de pieux et ensuite jusqu’à 20 mètres avec notre technique “maison” de terrassement par substitution, qui permet de se passer de soutènement », souligne Jean-Daniel Vilomet.

En Savoie, Remea combine sur un même site deux techniques de soil mixing, dont sa propre méthode des “empreintes”, pour venir à bout de solvants chlorés. « De manière générale, nous cherchons à réaliser dans les sols les réactions chimiques que nous obtenons au laboratoire. Nous sommes donc toujours à recherche des moyens d’obtenir le meilleur contact entre le réactif, le polluant et le sol », explique Jean-Daniel Vilomet. La société utilise par exemple des tubes à manchette pour maîtriser la pression d’injection et la quantité de réactifs apportés dans le sol. Elle développe également des procédures améliorées de soil mixing, dont l’insertion de réactif par “empreinte” (un brevet est en cours de dépôt) : une réserve de réactif est insérée dans le sol, et sera vectorisée par l’eau souterraine. Remea (avec l’Utinam de Besançon) s’intéresse également à l’utilisation de mousses comme vecteurs capables de propager horizontalement les réactifs dans des sols poreux secs.

Dans l’Isère, Serpol a été chargée du traitement d'eaux souterraines polluées issues de l'ancienne décharge d'une plateforme chimique. Après analyse et modélisation de la pollution présente sur le site, la firme a installé une unité pilote de traitement. Cette dernière vient d'achever la démonstration de l'efficacité d'un procédé par sparging/venting : de l’air est injecté dans la nappe, se charge de polluants volatils (solvants chlorés et pesticides) et est ré-aspiré à la surface pour passer sur des filtres à charbon actifs avant rejet. Le traitement à grande échelle est en cours d’installation. Par ailleurs, comme certains de ses confrères, Serpol développe actuellement, avec l'université de Bordeaux et Renault, des techniques à base de mousse de tensio-actifs pour traiter les nappes. Elles ont été présentées à Pollutec en décembre 2018.