Thèse soutenue

Lavage de sols pollués par des métaux lourds : efficacité et optimisation du procédé

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Auteur / Autrice : Alberto Ferraro
Direction : Eric Van Hullebusch
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences et Techniques de l'Environnement
Date : Soutenance le 17/12/2015
Etablissement(s) : Paris Est en cotutelle avec Università degli studi (Cassino, Italie)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géomatériaux et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne) - Laboratoire Géomatériaux et Environnement / LGE
Jury : Président / Présidente : Piet N. L. Lens
Examinateurs / Examinatrices : Eric Van Hullebusch, Giovanni Esposito, Massimiliano Fabbricino
Rapporteurs / Rapporteuses : Raffaella Pomi, Claudio Lubello

Mots clés

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Résumé

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Ce travail de recherche porte sur l'optimisation des procédés de lavage de sol permettant le traitement des sites contaminés par des métaux lourds. Cette étude se concentre sur le cycle complet de ce type de traitement, incluant la possibilité de réutilisation et un traitement adapté de la solution de lavage de sol utilisée. La conception et l'exploitation d'un procédé de lavage de sol sont étudiées dans le but d'optimiser leur coût et leur efficacité. Dans ce but, les paramètres et la configuration du réacteur utilisé pour ce procédé sont étudiés en détail à travers des tests à l'échelle du laboratoire, et les cinétiques sont simulées par une modélisation mathématique. Les échantillons de sol utilisés au cours de cette étude proviennent de terres agricoles présentant une forte contamination en cuivre. Parmi plusieurs agents chélateurs de la famille des aminopolycarboxylates, il a été choisi d'utiliser l'acide éthylènediamine-N, N'-disuccinique (EDDS) pour sa biodégradabilité - largement rapportée dans la littérature – et son efficacité importante d'extraction des métaux lourds, y compris du cuivre. Le travail bibliographique a permis d'identifier les deux paramètres cruciaux pour l'optimisation du procédé de lavage de sol : le rapport molaire EDDS : Cu et le rapport liquide-solide (L/S). Des tests réalisés dans un réacteur à agitation continue (RAC) en fonctionnement discontinu ont permis d'étudier l'influence de ces deux paramètres sur le rendement et la cinétique d'extraction du cuivre. L’augmentation du rapport molaire EDDS : Cu a permis une meilleure amélioration de l'efficacité du procédé, comparée à l'augmentation du rapport L/S. Par ailleurs, les tests réalisés en discontinu ont clairement mis en évidence une première étape cinétique rapide au début du traitement, suivie d'une seconde étape d'extraction plus lente jusqu'à la fin du traitement. Il a donc été formulé un modèle empirique basé sur deux termes cinétiques. Les paramètres du modèle ont été calibrés puis validés grâce à deux séries de données expérimentales différentes. Ce modèle permet d'abord d'évaluer la validité de l'hypothèse d'un procédé reposant sur deux étapes cinétiques différentes. Cela représente aussi un nouvel outil pour prévoir l'efficacité du procédé en fonction de l'évolution du ratio molaire EDDS : Cu et du temps de traitement. Les coûts d'exploitation du procédé ont été minimisés en étudiant différentes configurations de traitement. En particulier, deux configurations en réacteur piston ont été analysées et comparées à celle en RAC. Les réacteurs pistons ont été simulés en utilisant plusieurs réacteurs en série et en variant les temps de rétention et le fractionnement de l'injection de la solution de lavage de sol. Comparés à la configuration en RAC, les résultats obtenus en réacteur piston ont montré une amélioration du rendement et de la cinétique d'extraction du cuivre, ainsi qu'une réduction de la quantité de solution de lavage utilisée. Pour finir, un procédé électrochimique a été mis en place pour le traitement et la récupération de la solution d'EDDS utilisée. Des tests en réacteur discontinu ont permis d'optimiser les paramètres de ce procédé (densité de courant, pH et conductivité de la solution de lavage de sol). La solution récupérée a ensuite été utilisée pour d'autres étapes de lavage de sol. Les résultats obtenus ont prouvé l'efficacité du traitement électrochimique pour la récupération de la solution d'EDDS, et permettent d'envisager l'application de cette technique pour réduire le coût des procédés de lavage de sol utilisant l'EDDS