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 ...
Publié le : samedi 24 septembre 2011
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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 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 LES TESTS DE LIXIVIATION............................................................................................... 51
I.5 CONCLUSION.................................................................................................................... 52
CHAPITRE II: DESCRIPTION DES CARACTERISTIQUES DU SOL ........................54
II.1 GRANULOMETRIE ........................................................................................................... 54
II.2 HUMIDITE....................................................................................................................... 55
II.3 TENEUR EN HAP ............................................................................................................ 55
II.4 TENEUR EN PHENOL........................................................................................................ 56
7II.5 CARBONE ORGANIQUE TOTAL (COT) ............................................................................ 57
II.6 CARACTERISATION DE LA NATURE DU SOL AU MICROSCOPE ENVIRONNEMENTAL A
BALAYAGE ELECTRONIQUE (MEB) ....................................................................................... 57
II.7 LE POUVOIR TAMPON DU SOL.......................................................................................... 60
II.8 CONCLUSION .................................................................................................................. 61
CHAPITRE III: APPLICATIONS DES TESTS CLASSIQUES DE LIXIVIATION A
L’ETUDE DE LA MOBILITE DES HAP..................................................................
III.1 PRINCIPAUX TESTS DE LABORATOIRE DANS LE DOMAINE DE LA LIXIVIATION ................ 62
III.2 LIXIVIATION 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 PERCOLATION EN COLONNE........................................................................................... 73
III.3.1 Protocole ............................................................................................................... 73
III.3.2 Résultats et commentaires..................................................................................... 74
III.4 COMPARAISON ENTRE LES RESULTATS OBTENUS PAR LES TESTS DE LIXIVIATION
CLASSIQUES........................................................................................................................... 75
III.5 CONCLUSIONS 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 OBJECTIFS 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 MISE EN ŒUVRE 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 DETERMINATION DE LA DISTRIBUTION DES TEMPS DE SEJOUR (DTS) .......................... 84
IV.4 DESCRIPTIONS DES PROTOCOLES................................................................................... 87
8IV.4.1 Etude des vitesses de relargage dans le système................................................... 87
IV.4.2 Renouvellements séquentiels ................................................................................. 89
IV.4.3 Percolation ............................................................................................................ 89
IV.5 CONCLUSION................................................................................................................. 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 ETUDE 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 MISE 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 MOBILITE 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 et q sur le relargage des HAP dans la phase c
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
9V.3.5 Synthèse des résultats menées sur la fraction solubilisée..................................... 133
V.4 MOBILITE 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 CONCLUSION ................................................................................................................ 152
CONCLUSION GENERALE .............................................................................
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES....................................................................
ANNEXES.............................................................................................


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