Etude de la mobilité des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) contenus dans un sol industriel

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TABLE DES MATIERES INTRODUCTION .....................................................................................CHAPITRE I: LA MOBILITE DES COMPOSES ORGANIQUES HYDROPHOBES DU TYPE HAP DANS LES MATRICES POREUSES DE TYPE SOL........................... 20 I.1 PROPRIETES DES SOLS ...................................................................................................... 20 I.1.1 Porosité.................................................................................................................... 21 I.1.2 Type d’eau dans la zone saturée.............................................................................. 22 I.1.3 Masse volumique 22 I.1.4 Teneur en eau........................................................................................................... 23 I.1.5 Perméabilité............................................................................................................. 23 I.2 ORIGINES ET PROPRIETES DES HAP.................................................................................. 24 I.2.1 Nomenclature des HAP............................................................................................ 24 I.2.2 Origine des HAP dans l'environnement................................................................... 25 I.2.3 Propriétés physico-chimiques 26 I.2.4 Biodégradabilité ...................................................................................................... 27 I.3 ASPECTS RELATIFS A LA ...

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CHAPITRE I: LA MOBILITE DES COMPOSES ORGANIQUES HYDROPHOBES DU TYPE HAP DANS LES MATRICES POREUSES DE TYPE SOL........................... 20  I.1 P ROPRIETES DES SOLS ...................................................................................................... 20 I.1.1 Porosité .................................................................................................................... 21  I.1.2 Type d’eau dans la zone saturée .............................................................................. 22  I.1.3 Masse volumique...................................................................................................... 22  I.1.4 Teneur en eau........................................................................................................... 23  I.1.5 Perméabilité ............................................................................................................. 23  I.2 O RIGINES ET PROPRIETES DES HAP..................................................................................24 I.2.1 Nomenclature des HAP............................................................................................ 24  I.2.2 Origine des HAP dans l'environnement................................................................... 25  I.2.3 Propriétés physico-chimiques .................................................................................. 26  I.2.4 Biodégradabilité ...................................................................................................... 27  I.3 A SPECTS RELATIFS A LA MOBILITE DES HAP DANS LES SOLS ........................................... 29 I.3.1 Aspects hydrodynamiques – Transport d’un soluté non réactif en milieu poreux saturé ................................................................................................................................ 29  I.3.1.1 Modélisation de l’écoulement convectif dispersif ............................................ 29 I.3.1.2 Modèle des réacteurs en cascade ...................................................................... 33 I.3.1.3 Comparaison entre les deux approches............................................................. 34 I.3.2 Aspects physico-chimiques relatifs à la mobilité des HAP dans un sol................... 34  I.3.2.1 Solubilité ........................................................................................................... 34 I.3.2.2 Processus de sorption/désorption ...................................................................... 36 I.3.2.3 Processus de dissolution ................................................................................... 43 I.3.2.4 Influence des paramètres physico-chimiques sur les mécanismes de transfert des HAP en phase liquide et sur la solubilité des HAP................................................ 45 I.3.2.5 Transport particulaire........................................................................................ 50 I.4 L ES TESTS DE LIXIVIATION ............................................................................................... 51 I.5 C ONCLUSION .................................................................................................................... 52 CHAPITRE II: DESCRIPTION DES CARACTERISTIQUES DU SOL ........................54  II.1 G RANULOMETRIE ........................................................................................................... 54 II.2 H UMIDITE ....................................................................................................................... 55 II.3 T ENEUR EN HAP ............................................................................................................ 55 II.4 T ENEUR EN PHENOL ........................................................................................................ 56
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TABLE DES MATIERES
 
 
II.5 C ARBONE O RGANIQUE T OTAL (COT) ............................................................................ 57 II.6 C ARACTERISATION DE LA NATURE DU SOL AU MICROSCOPE ENVIRONNEMENTAL A BALAYAGE ELECTRONIQUE (MEB) ....................................................................................... 57 II.7 L E POUVOIR TAMPON DU SOL .......................................................................................... 60 II.8 C ONCLUSION .................................................................................................................. 61 CHAPITRE III: APPLICATIONS DES TESTS CLASSIQUES DE LIXIVIATION A L’ETUDE DE LA MOBILITE DES HAP ................................................................. III.1 P RINCIPAUX TESTS DE LABORATOIRE DANS LE DOMAINE DE LA LIXIVIATION ................ 62 III.2 L IXIVIATION EN MILIEU DISPERSE .................................................................................. 64 III.2.1 Cinétiques de mise en solution .............................................................................. 64  III.2.1.1 Protocole......................................................................................................... 64 III.2.1.2 Résultats et commentaires .............................................................................. 65 III.2.2 Isotherme de désorption par renouvellements séquentiels ................................... 66  III.2.2.1 Protocole......................................................................................................... 66 III.2.2.2 Résultats et commentaires .............................................................................. 67 III.3 P ERCOLATION EN COLONNE ........................................................................................... 73 III.3.1 Protocole ............................................................................................................... 73  III.3.2 Résultats et commentaires ..................................................................................... 74  III.4 C OMPARAISON ENTRE LES RESULTATS OBTENUS PAR LES TESTS DE LIXIVIATION CLASSIQUES ........................................................................................................................... 75 III.5 C ONCLUSIONS ............................................................................................................... 77 CHAPITRE IV: CONCEPTION D’UN OUTIL EXPERIMENTAL POUR L’ETUDE DE LA MOBILITE DES POLLUANTS ORGANIQUES HYDROPHOBES (HAP) DANS DES MILIEUX POREUX DE TYPE SOL .......................................................... IV.1 O BJECTIFS ET SOLUTIONS TECHNIQUES PROPOSEES DANS LE CAHIER DES CHARGES ...... 78 IV.1.1 Mode de contact solide/liquide.............................................................................. 78  IV.1.2 Contrôle du temps de contact solide/liquide ......................................................... 78  IV.1.3 Dispositifs de séparation solide/liquide ................................................................ 80  IV.1.4 Contrôle de la température ................................................................................... 80  IV.1.5 Protection de la dégradation des HAP par la lumière.......................................... 81  IV.1.6 Phase initiale ......................................................................................................... 81  IV.2 M ISE EN Œ UVRE DU TEST .............................................................................................. 82 IV.2.1 Mise en place du sol .............................................................................................. 82  IV.2.2 Mise en route ......................................................................................................... 83  IV.2.3 Paramètres du batch percolant ............................................................................. 83  IV.3 D ETERMINATION DE LA D ISTRIBUTION DES T EMPS DE S EJOUR (DTS) .......................... 84 IV.4 D ESCRIPTIONS DES PROTOCOLES ................................................................................... 87  8
 
IV.4.1 Etude des vitesses de relargage dans le système................................................... 87  IV.4.2 Renouvellements séquentiels ................................................................................. 89  IV.4.3 Percolation ............................................................................................................ 89  IV.5 C ONCLUSION ................................................................................................................. 89 CHAPITRE V: APPLICATION DU BATCH PERCOLANT A L’ETUDE DE LA MOBILITE DES POLLUANTS ORGANIQUES HYDROPHOBES (HAP) PRESENTS DANS DES SOLS INDUSTRIELS – APPROCHE METHODOLOGIQUE ................... 91  V.1 E TUDE DE LA MOBILITE DES HAP................................................................................... 91 V.1.1 Identification des mécanismes de relargage vers la phase liquide ........................ 91  V.1.2 Influence de paramètres physico-chimiques sur les vitesses de relargage vers la phase liquide....................................................................................................................92  V.1.3 Evolution du relargage au cours du temps ............................................................. 94  V.2 M ISE EN EVIDENCE D UNE FRACTION SOLUBILISEE ET D UNE FRACTION PARTICULAIRE DANS LES CONDITIONS EXPERIMENTALES DU BATCH PERCOLANT .......................................... 95 V.2.1 Résultats.................................................................................................................. 96  V.2.2 Conclusion .............................................................................................................. 99  V.3 M OBILITE DE LA FRACTION SOLUBILISEE ........................................................................ 99 V.3.1 Identification du mécanisme contrôlant le relargage des HAP dans la phase liquide lors d'un contact avec le sol ................................................................................. 99  V.3.1.1 Concentrations expérimentales stationnaires (à l'équilibre) .......................... 100 V.3.1.2 Calcul théoriques des concentrations à l'équilibre à 25°C dans l'eau............ 101 V.3.1.3 Modèle de dissolution du premier ordre pour le batch percolant.................. 105 V.3.2 Justification de l’utilisation du cosolvant méthanol ............................................. 107  V.3.2.1 Théorie sur la solubilisation des composés hydrophobes dans des mélanges binaires. ...................................................................................................................... 108 V.3.2.2 Application de la théorie de solubilisation des composés hydrophobes utilisant les mélanges binaires sur le sol étudié ....................................................................... 109 V.3.3 Influence des paramètres L/S, T°, f c et q sur le relargage des HAP dans la phase liquide............................................................................................................................. 112  V.3.3.1 Influence du rapport L/S et validation du modèle de dissolution.................. 113 V.3.3.2 Influence du cosolvant................................................................................... 117 V.3.3.3 Influence de la température ........................................................................... 119 V.3.3.4 Influence du débit .......................................................................................... 125 V.3.3.5 Conclusion : mèthode d’estimation graphique (abaque) de la concentration stationnaire ................................................................................................................. 126 V.3.4 Evolution du relargage suite à des renouvellements séquentiels des éluats ........ 128  V.3.4.1 Résultats ........................................................................................................ 129 V.3.4.2 Conclusion..................................................................................................... 132
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..........................................S.XENENA..............................................................................
 
V.3.5 Synthèse des résultats menées sur la fraction solubilisée..................................... 133  V.4 M OBILITE DE LA FRACTION PARTICULAIRE ................................................................... 134 V.4.1 Détermination de la nature des particules au MEB environnemental ................. 135  V.4.2 Influence de paramètres physico-chimiques sur le relargage des HAP sous forme particulaire..................................................................................................................... 137  V.4.2.1 Influence de la bioréactivité .......................................................................... 138 V.4.2.2 Influence des sels dissous dans la phase liquide ........................................... 140 V.4.2.3 Influence de la masse de sol en contact avec la phase liquide ...................... 142 V.4.2.4 Influence du débit .......................................................................................... 147 V.4.3 Evolution du relargage des HAP particulaires au cours du temps ...................... 151  V.5 C ONCLUSION ................................................................................................................ 152
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................ION GENECONCLUS....LERA........................................................................EFERCNERB SEILBIOGRAPHIQUES.....................
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