Réhabilitation des sols pollués par des oxyanions, étude de sensibilité aux scénarios et réglementations environnementales de gestion des déchets

Remediation of soil polluted with oxyanions, sensitivity to exposure scenarios and waste management regulations

• Auteur / Autrice : Amandine Dumas
• Direction : Laurent De windt
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences et géoingénierie
• Date : Inscription en doctorat le 01/06/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de géosciences (Fontainebleau, Seine et Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Hydrodynamique et Réactions
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université de Recherche Paris Sciences et Lettres (2015-2019)

Mots clés

Mots clés libres

Solidification/Stabilisation

Traitement des sols

Oxyanions

Modélisation géochimique

Solidification/Stabilization

Soil remediation

Oxyanions

Geochemical modeling

Résumé

La dépollution des sols est une demande croissante et s'accompagne d'enjeux importants en termes de santé publique et de protection de l'environnement. L'enfouissement des déblais de construction de génie civil, contaminés par des sulfates et/ou des métaux lourds, obéit à une réglementation stricte. Plus le sol est considéré comme dangereux, plus les réglementations en matière d'enfouissement ou de valorisation sont strictes, rendant ainsi coûteuse la gestion de ces déchets. La Solidification / Stabilisation (S/S) des contaminants aux liants hydrauliques est une voie de valorisation intéressante, pour des considérations économiques et environnementales. Depuis de nombreuses années, Holcim développe des solutions pour l'assainissement des sols. Des liants efficaces ont déjà été brevetés pour les Sulfates, Pb, Zn…, et pour des cas plus complexes comme les oxyanions couramment observés dans les sites industriels pollués (Cr, Mo, Sb, Se). Cependant, pour les oxyanions, une certaine optimisation est encore nécessaire. D'autant plus que les réglementations environnementales varient d'un pays à l'autre, et notamment la manière d'évaluer la durabilité de ces matériaux traités. Une meilleure compréhension de la sensibilité de ces matériaux aux conditions d'exposition (acide, carbonatation, redox,) est nécessaire, pour optimiser la recette S/S afin de répondre à la réglementation environnementale locale. Le Département Géosciences de MINES ParisTech a acquis une reconnaissance internationale dans le développement de la modélisation du transport réactif multiphase (code HYTEC) et son application à la gestion des déchets dangereux et radioactifs, à l'impact environnemental, à la dépollution des ressources en eau, à la durabilité des géomatériaux... Objectifs du doctorat : • Partie 1) Examen et optimisation de la conception de mélanges S/S existants pour les oxyanions ; • Partie 2) Sensibilité des paramètres en fonction de la granularité, contexte hydrique pH, stade transitoire redox, carbonatation ; • Partie 3) Optimisation du procédé S/S vs. a) les procédures de lixiviation utilisées dans les réglementations locales (Europe, Amérique du Nord, …), b) les scénarios d'exposition (décharge, réutilisation). L'optimisation de la S/S des sols, les expériences de lixiviation, y compris éventuellement un pilote à petite échelle, et les caractérisations en phase aqueuse/solide seront réalisées au centre de recherche LH. La modélisation des tests de lixiviation et des scénarios d'exposition à long terme sera développée à MINES ParisTech. La collaboration avec l'US Vanderbilt School of Engineering (Environmental Laboratory, Pr. D. Kosson) s'inscrit dans le cadre du projet de thèse avec un séjour scientifique de plusieurs mois.

Soil remediation and decontamination is a growing demand and comes with high stakes in terms of public health and environmental protection. Landfill of excavated soil from civil engineering construction, contaminated with sulfate and or heavy metals, obeys to strict regulation. The more the soil is considered dangerous, the more the regulations for landfill or valorization are stringent thus making the management of such waste costly. The Solidification / Stabilization (S/S) of the contaminants with hydraulic binders is an interesting path of valorization, for economic and environmental considerations. Since many years, LafargeHolcim (LH) develops solutions for soil remediation. Efficient binders have already been patented for Sulfates, Pb, Zn , and for more complex cases such as oxyanions that are commonly observed in industrial polluted sites (Cr, Mo, Sb, Se). However, for oxyanions some optimization is still needed to cope with redox conditions. All the more, environmental regulations vary from one country to another, and especially the way to assess the durability of these treated material. A better understanding of the sensitivity of these material to exposure conditions (acidic, carbonation, redox,) is necessary, to optimize the S/S recipe in order to fulfill local environmental regulation. The Geosciences Dpt. of MINES ParisTech (French high education institution in engineering) has acquired an international recognition in the development of multiphase reactive transport modeling (HYTEC code) and application to hazardous and radioactive waste management, environmental impact, water resource decontamination, geomaterial durability... Objectives of the Ph.D: • Part 1) Review and optimization of existing S/S mix design for oxyanions; • Part 2) Parameter sensitivity vs. granularity, hydric context pH, redox transient stage, carbonation; • Part 3) Optimization of S/S process vs. a) the leaching procedures used in local regulations (Europe, North America, ), b) the exposure scenarios (landfill, re-use). The S/S soil optimization, leaching experiments, possibly including a small-scale pilot, and aqueous/solid phase characterizations will be performed in the LH Research Center. The modeling of the leaching tests and long-term exposure scenarios will be developed at MINES ParisTech. Collaboration with the US Vanderbilt School of Engineering (Environmental Laboratory, Pr. D. Kosson) is part of the PhD project with a scientific stay of several months.