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Suivi des métaux et métalloïdes dans les effluents de centres de stockage de déchets : spéciation etdevenir des composés de l’arsenic et de l’étain dans les lixiviats et les biogazAuteur : Pauline PINEL-RAFFAITINLaboratoire de Chimie Analytique Bio-Inorganique et EnvironnementDirecteur de thèse : Professeur Martine Potin-Gautier La gestion des déchets ménagers et assimilés constitue l’un métaux et métalloïdes. Les travaux de thèse se sont plusdes enjeux majeurs de notre société. Les centres de stockage particulièrement focalisés sur l’arsenic et l’étain. Dans les déchets,de déchets (CSD), qui sont les voies de gestion les plus usitées l’arsenic est majoritairement présent dans les verres et lesdans le monde, peuvent être considérés comme des réacteurs composants métalliques tandis que l’étain est présent en tantchimiques et biologiques complexes. Au cours de la dégradation que métal dans les produits manufacturés métalliques, maisdes déchets, deux effluents sont produits : les lixiviats et les aussi en tant que composés organométalliques dans debiogaz. Le contact entre les effluents et l’écosystème environnant nombreuses formulations de plastiques, en particulier les PVC.est en théorie évité grâce aux aménagements qui garantissent Leur abondance dans les effluents, leur existence sous formel’étanchéité des casiers contenant les déchets, et grâce à la de nombreux composés, la toxicité avérée de certaines formesprésence de canalisations qui permettent de ...

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DÉCHETS - REVUE FRANCOPHONE D’ÉCOLOGIE INDUSTRIELLE - CAHIER SPÉCIAL DU NUMÉRO 44 - DÉCEMBRE 2006 - REPRODUCTION INTERDITE

La gestion des déchets ménagers et assimilés constitue l’un

des enjeux majeurs de notre société. Les centres de stockage

de déchets (CSD), qui sont les voies de gestion les plus usitées

dans le monde, peuvent être considérés comme des réacteurs

chimiques et biologiques complexes. Au cours de la dégradation

des déchets, deux effluents sont produits : les lixiviats et les

biogaz.Le contact entre les effluents et l’écosystème environnant

est en théorie évité grâce aux aménagements qui garantissent

l’étanchéité des casiers contenant les déchets, et grâce à la

présence de canalisations qui permettent de collecter les

effluents. Les risques de diffusion du biogaz à travers la couche

de terre végétale et les risques de fuite de lixiviat au fond des

casiers ne peuvent cependant pas être négligés. Le suivi de

ces effluents est donc nécessaire, aussi bien pour prévenir les

risques sanitaires et environnementaux que pour en améliorer

le traitement.

Parmi les métaux et métalloïdes présents dans les lixiviats et

les biogaz, certains éléments comme l’arsenic, l’étain, le chrome

ou encore le mercure font l’objet d’une mention particulière

dans le registre européen des rejets et transfert de polluants.

Ils sont caractérisés par une persistance dans l’environnement

sous différentes formes chimiques avec des toxicités très

variables. Il apparaît donc nécessaire de réaliser une analyse de

ces espèces en plus de la détermination élémentaire pour une

meilleure évaluation des impacts environnementaux liés aux

métaux dans les lixiviats et les biogaz.

Ce projet, soutenu par l’Agence de l’environnement et de la

maîtrise de l’énergie (ADEME),s’appuie sur la collaboration avec

deux CSD aquitains. De part leur différence de taille

(30 000 t/an et 15 0000 t/an), de déchets enfouis (déchets

ultimes ou ordures ménagères brutes), de localisation

géographique et de gestion, ces deux CSD ont permis de

prendre en compte la variabilité des effluents dans le suivi des

métaux et métalloïdes. Les travaux de thèse se sont plus

particulièrement focalisés sur l’arsenic et l’étain.Dans les déchets,

l’arsenic est majoritairement présent dans les verres et les

composants métalliques tandis que l’étain est présent en tant

que métal dans les produits manufacturés métalliques, mais

aussi en tant que composés organométalliques dans de

nombreuses formulations de plastiques, en particulier les PVC.

Leur abondance dans les effluents, leur existence sous forme

de nombreux composés,la toxicité avérée de certaines formes

chimiques ainsi que les compétences spécifiques du laboratoire

ont motivé l’étude approfondie de ces deux éléments.

Avant toute analyse de spéciation,l’analyse élémentaire permet

d’évaluer les teneurs totales en métaux et métalloïdes. Du fait

de la nature complexe des lixiviats, leur analyse s’avère délicate

et souffre d’un manque de protocole standardisé.Une approche

complète a été mise en place pour examiner l’influence des

différentes étapes du traitement des échantillons de lixiviats sur

la détermination des teneurs élémentaires en métaux et

métalloïdes.La validation du protocole a été réalisée à l’aide d’un

matériau de référence de laboratoire. Ce matériau, qui est en

fait un lixiviat, est représentatif des échantillons réels. Son

évaluation a permis de réaliser un contrôle qualité sur l’analyse

des métaux et métalloïdes dans les lixiviats. Des précautions

concernant la température de stockage,l’aération et la filtration

des échantillons ont été proposées afin d’assurer une plus

grande justesse dans l’évaluation des teneurs en métaux dans

ces matrices complexes. La méthodologie a ensuite été

appliquée au suivi saisonnier d’un CSD. La mise en évidence de

contaminants métalliques majeurs tels que l’arsenic, le chrome,

l’antimoine et l’étain,a été effectuée en évaluant l’enrichissement

relatif des métaux dans les lixiviats par rapport aux eaux de

pluies et aux eaux souterraines.

Suivi des métaux et métalloïdes dans les effluents

de centres de stockage de déchets : spéciation et

devenir des composés de l’arsenic et de l’étain

dans les lixiviats et les biogaz

Auteur : Pauline PINEL-RAFFAITIN

Laboratoire de Chimie Analytique Bio-Inorganique et Environnement

Directeur de thèse : Professeur Martine Potin-Gautier

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DÉCHETS - REVUE FRANCOPHONE D’ÉCOLOGIE INDUSTRIELLE - CAHIER SPÉCIAL DU NUMÉRO 44 - DÉCEMBRE 2006 - REPRODUCTION INTERDITE

En tenant compte de ces premiers résultats, les études de

l’arsenic et de l’étain ont été traitées en deux temps. Tout

d’abord, les efforts se sont concentrés sur la mise en place de

protocoles analytiques spécifiquement adaptés à la

détermination des espèces chimiques de ces deux éléments

dans les lixiviats. La technique de chromatographie liquide

haute performance, couplée à la spectrométrie de masse à

plasma induit,a été appliquée pour la spéciation de l’arsenic dans

les lixiviats. Une préparation d’échantillon douce (dilution et

filtration) s’est avérée suffisante pour l’identification et la

quantification des espèces d’arsenic. La méthode de séparation

par échange de cation a permis la détection de six espèces

d’arsenic (deux inorganiques et quatre organiques) dans

différents échantillons de lixiviat. La large gamme de

concentration des espèces (de 0,2 µg(As)/L à 250 µg(As)/L)

et leur répartition illustrent la grande variabilité de ces effluents.

Par ailleurs,la détermination simultanée de composés méthylés,

éthylés et butylés d’étain a été rendue possible par la mise en

place d’une méthode de couplage entre la chromatographie en

phase gazeuse et la spectrométrie de masse à plasma induit.

Les trois étapes majeures du protocole de traitement des

échantillons ont été soigneusement optimisées (extraction

sous champ micro-ondes, dérivation des espèces et séparation

chromatographique).Jusqu’à neuf espèces organostanniques ont

été détectées dans les échantillons des différents lixiviats avec

des concentrations variant de 0,01 µg(Sn)/L à 6,5 µg(Sn)/L.

Dans un second temps, le travail a consisté à examiner le

devenir et les transferts des composés de l’arsenic et de l’étain

au sein du système complexe constitué par les lixiviats et les

biogaz. Après un bilan sur la composition des deux effluents,

deux échelles temporelles ont été considérées pour suivre

l’évolution des concentrations des composés organométalliques :

l’échelle annuelle avec le suivi saisonnier des lixiviats d’un CSD

et l’échelle pluri-annuelle avec l’évaluation de l’impact de l’âge

des déchets sur la composition des deux effluents. Cette

approche complémentaire a abouti à la proposition des

mécanismes de biométhylation et de bioéthylation comme

sources principales pour les espèces d’arsenic et d’étain

nouvellement formées dans le massif de déchets. Le bilan est

cependant contrasté pour ces deux éléments.En effet,alors que

pour l’arsenic les réactions d’alkylation successives tendent à

diminuer la toxicité des espèces, elles ont tendance pour l’étain

à générer des composés de plus en plus toxiques. L’estimation

des facteurs d’émission de l’étain et de l’arsenic dans

l’atmosphère et dans les milieux aquatiques prend donc toute

son importance dans le cadre d’une évaluation des risques

environnementaux et sanitaires liés à cette filière de traitement

des déchets.