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

Jouannin Frédéric

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Extrait

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 sta