Oxydation chimique in situ de la zone non saturée de sols contaminés par du goudron de houille : du laboratoire au terrain

In situ chemical oxidation of the unsaturated zone of soils contaminated with coal tar : from the laboratory to the field

• Auteur / Autrice : Bérénice Ranc
• Direction : Marie-Odile Nicolas-Simonnot, Pierre Faure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 23/06/2017
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Morel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Odile Nicolas-Simonnot, Khalil Hanna, Eric Van Hullebusch, Philippe Bataillard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Khalil Hanna, Eric Van Hullebusch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Pollution par les hydrocarbures

Composés aromatiques polycycliques

Friches industrielles

Restauration in situ

Goudron de houille

Mots clés libres

Reconversion des friches industrielles

HAP

CAP-O

Permanganate

Persulfate

Changement d’échelle

Brownfield redevelopment

PAH

O-PAC

Permanganate

Persulfate

Change of scale

Résumé

Il existe en France des centaines de friches industrielles polluées par du goudron de houille, un mélange récalcitrant de composés tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques. Lorsque la zone non saturée des sols est fortement contaminée, elle est usuellement excavée et remblayée. Cette thèse porte sur un traitement alternatif permettant une valorisation potentielle des sols sur site : l’oxydation chimique in situ, qui a déjà montré des résultats encourageants au laboratoire mais n’a que très peu été testée en grandeurs réelles. Les recherches ont donc été menées autour de trois échelles – bibliographie, laboratoire et pilote – afin de déterminer s’il existait un traitement oxydant répondant à des critères techniques, économiques et environnementaux acceptables pour être appliquée à l’échelle de la friche. La phase laboratoire a montré que l’ajout d’un soutien thermique augmentait significativement l’efficacité du traitement, i) par augmentation de la disponibilité de la pollution par préchauffage de la terre dans le cas du permanganate, ou ii) par activation thermique de l’oxydant dans le cas du persulfate. A l’échelle du pilote, une mise en contact homogène entre l’oxydant et la pollution n’a été possible que par noyage partiel de la terre avec les solutions oxydantes concentrées. L’activation du persulfate s’est révélée délicate à mettre en œuvre, le chauffage de solutions concentrées ayant mené à une décomposition parasite de l’oxydant. Au contraire, l’utilisation de solutions concentrées de permanganate a conduit à une dégradation des polluants encore plus élevée qu’au laboratoire grâce à la forte exothermicité de la réaction

In France, hundreds of brownfields are currently polluted with coal tar, a complex and recalcitrant mixture of organic compounds such as polycyclic aromatic hydrocarbons. When the unsaturated zone of soils is highly contaminated, it is commonly excavated and backfilled. This work deals with an alternative treatment, in situ chemical oxidation, that allows a potential reuse of soils directly on site. This technique has already provided encouraging results at the lab scale but has rarely been tested in the field. Research was made around three scales – bibliography, laboratory and pilot – in order to respond to the main problem: is there an oxidative treatment able to meet technical, economic and environmental criteria quite acceptable to be applied at brownfield level? The laboratory research phase showed that the addition of a moderate thermal support significantly increased treatment effectiveness, by i) an increase in pollutant availability by soil preheating in the case of permanganate, or ii) a thermal activation of the oxidant in the case of persulfate. At the pilot scale, a homogeneous contact between the oxidant and the pollutants was possible only by a partial flooding of the soil with the concentrated oxidizing solutions. The persulfate activation turned out to be difficult to implement because heating concentrated solutions led to a parasite decomposition of the oxidant. On the contrary, the use of concentrated solutions of permanganate led to an even higher degradation than in the laboratory, as a result of the strong exothermicity of the reaction