Fiche descriptive : Solidification/stabilisation — ex situ

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

Le procédé de solidification/stabilisation ex-situ est utilisé pour piéger et limiter la migration des contaminants présents dans les sols. Cette technologie ne prévoit pas le traitement ni l’élimination des matériaux contaminés, mais elle diminue leur impact potentiel sur l’environnement.

Le procédé de solidification/stabilisation consiste à mélanger des sols contaminés, présents à faible ou à grande profondeur, avec des stabilisateurs et/ou des agents liants tels que le gypse, la chaux, l’argile bentonite, le ciment Portland et différents additifs comme les pouzzolanes, les cendres volantes, le soufre et du laitier de haut fourneau. Les polymères, les matières organiques (biosolide, fumier et compost) et différents minéraux peuvent aussi servir comme adjuvants au mélange.

La stabilisation implique une transformation des propriétés chimiques des contaminants présents dans la matrice à traiter en diminuant leur solubilité dans l’eau, leur mobilité et, par le fait même, leur toxicité. 

De plus, la solidification implique une transformation des propriétés physiques de la matrice à traiter par l’ajout d’agents liants qui la compactent, modifient la taille de ses pores et réduisent sa conductivité hydraulique. L’ajout d’agents liants peut maximiser le processus de stabilisation.

La technique pour effectuer la solidification/stabilisation ex situ est d’excaver la matrice contaminée, ajouter un agent/stabilisateur, mélanger et laisser au repos (pour la prise, le durcissement et la cure) avant son transport hors site et sa disposition ou sa réutilisation sur le site comme matériau de remblai ou de construction. Le procédé de solidification/stabilisation ex situ peut être effectué dans une usine/centre de traitement ou dans une unité (mobile ou fixe) aménagée sur le site.

Lien Internet :

Mise en œuvre de la technologie

La technologie de solidification/stabilisation ex situ peut inclure : 

  • la mobilisation, l’accès et la préparation au site et la mise en place d’installations temporaires;
  • préparation du site en vue de l’excavation des sols à traiter (défrichage, essouchement, décapage et entreposage de la terre végétale et démolition);
  • l’aménagement de l’usine de traitement ou de l’usine mobile;
  • l’excavation de la matrice à traiter;
  • l’assèchement des excavations (puisards, puits, pointes filtrantes, mur parafouille, etc.);
  • le contrôle de la stabilité des pentes (tirants d’ancrage, bermes, pieux, palplanches, murs berlinois, matériaux contrôlés à faible résistance, etc.);
  • la protection des fondations pour les structures retenues (étaiement, travaux en sous-œuvre, etc.).
  • le transport du sol solidifié et/ou stabilisé pour élimination hors site, ou utilisation comme matériau de remblayage et/ou comme matériau de construction sur le site;
  • la restauration des surfaces (nivellement, asphaltage, ensemencement hydraulique ou plantation).

Matériaux et entreposage

La stabilisation/solidification des sols ex situ requiert l’utilisation de machinerie pour l’excavation de même que des équipements spécialisés fixes ou mobiles pour le traitement des sols. L’entreposage sur le site peut inclure les agents liants et les adjuvants et l’eau nécessaire au procédé, de même que les carburants, lubrifiants et autre matériel de chantier requis pour l’opération de la machinerie ou de l’équipement pour la mise en œuvre du procédé. Des piles temporaires de matériaux contaminés pourraient aussi se trouver sur le site en attendant leur traitement.

Résidus et rejets

Les sols traités ne seraient pas considérés comme des résidus s’ils sont réutilisés comme matériau de remblai sur le site. Il est possible que des poussières soient émises lors des travaux d’excavation, au moment du traitement, et s’il y a mise en pile temporaire. De l’eau additionnée d’additifs pourrait aussi ruisseler lors des travaux. Il existe un risque d’émissions atmosphériques provenant de l’échappement de l’équipement ou d’une volatilisation des contaminants provenant des parois fraiches d’excavation ou des piles temporaires. De l’eau d’exhaure, si l’assèchement de l’excavation est nécessaire, devra être contrôlée et traitée si nécessaire.

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses chimiques

  • pH
  • L'alcalinité
  • La teneur en matière organique
  • La concentration des contaminants présents dans les phases :
    • absorbée
  • La qualité des eaux souterraines en amont et en aval et au droit de la source de pollution si les sols stabilisés sont remis en place :
    • la nature et concentration en contaminants
    • le pH
    • l'oxygène dissous
    • la température
    • la conductivité électrique
    • le contenu en carbone organique total
    • la concentration des métaux

Analyses physiques

  • La teneur en eau du sol
  • L'analyse granulométrique
  • Les caractéristiques physiques du contaminant incluent :
    • la viscosité
    • la densité
    • la solibilité
    • la pression de la vapeur
  • La présence de liquides immiscibles légers ou denses
  • La porosité

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Sans objet.

Autre information recommandée pour une caractérisation détaillée

Phase II

  • La présence de récepteurs potentiels
  • La présence d’infrastructures de surface et souterraines 
  • La caractérisation et la délimitation de l’étendue de la contamination
  • Les lithologies et la stratigraphie des sols
  • La caractérisation hydrogéologique
  • La détermination du risque et la surveillance de la migration de la contamination en provenance des systèmes de solidification/stabilisation

Phase III

  • Le volume de sol à traiter
  • La connaissance détaillée de la géologie et de l'hydrogéologie incluant :
    • la direction d'écoulement des eaux souterraines
    • la conductivité hydraulique
    • les fluctuations saisonnières
    • le gradient hydraulique
  • Des essais hydrauliques pour évaluation des débits d’exhaure, si nécessaire
  • L’évaluation de la qualité de l’eau de rejet (si pompage nécessaire)
  • La détermination des voies préférentielles de migration des contaminants si les sols sont réutilisés sur le site
  • La modélisation géochimique et/ou hydrogéologique si les sols sont réutilisés sur le site

Remarques :

Un essai de traitabilité est recommandé pour déterminer le type ainsi que la quantité optimale d’agent liant/stabilisateur à ajouter et valider la stabilité des produits pour plusieurs paramètres chimiques et physiques. Ces essais permettent également d’établir les propriétés géotechniques des matériaux stabilisés.

Applications

La technologie de solidification/stabilisation s’applique seulement aux matrices contaminées solides, comme les sols, les boues et les sédiments. La technologie de solidification/stabilisation est habituellement plus facile à mettre en œuvre dans des sols silteux, sablonneux ou graveleux, contrairement à des sols à forte teneur en argile, puisqu’il est plus facile d’obtenir un mélange uniforme. Les sols contenant de l’argile ont tendance à laisser des lentilles d’argile résiduelles non mélangées et non traitées.

Applications aux sites en milieu nordique

  • La technologie est possible en milieu nordique, cependant, les sites éloignés nécessitent une mobilisation plus importante, ce qui entraîne des coûts de surveillance sur place plus élevés. De plus, la disponibilité des équipements est limitée et les fenêtres de travail sont relativement courtes.
  • Le gel en profondeur et la présence de pergélisol peuvent limiter la profondeur à laquelle le sol peut être excavé en vue d’être traité.
  • Les sols peuvent être traités avec une usine mobile sur place, mais les conditions climatiques pourraient affecter grandement l’opération et l’efficacité.
  • Dans le cas où les matériaux traités ne pourraient être réutilisés sur le site, le transport hors site pourrait s’avérer difficile et très coûteux.

Type de traitement

Type de traitement
Type de traitementS’applique ou Ne s’applique pas
In situ
Ne s’applique pas
Ex situ
S’applique
Biologique
Ne s’applique pas
Chimique
S’applique
Contamination dissoute
Ne s’applique pas
Contamination résiduelle
S’applique
Contrôle
S’applique
Phase libre
S’applique
Physique
S’applique
Résorption
S’applique
Thermique
Ne s’applique pas

État de la technologie

État de la technologie
État de la technologieExiste ou N'existe pas
Démonstration
Existe
Commercialisation
Existe

Contaminants ciblés

Contaminants ciblés
Contaminants ciblésS'applique, Ne s'applique pas ou Avec restrictions
Biphényles polychlorés
S'applique
Chlorobenzène
Ne s'applique pas
Composés inorganiques non métalliques
S'applique
Composés phénoliques
Avec restrictions
Explosifs
S'applique
Hydrocarbures aliphatiques chlorés
Ne s'applique pas
Hydrocarbures aromatiques monocycliques
Ne s'applique pas
Hydrocarbures aromatiques polycycliques
S'applique
Hydrocarbures pétroliers
S'applique
Métaux
S'applique
Pesticides
S'applique

Remarques:

Pour ce qui est des composés phénoliques, seul le pentachlorophénol (PCP) est concerné.

Durée du traitement

Durée du traitement
Durée du traitementS’applique ou Ne s’applique pas
Moins de 1 an
S’applique
1 à 3 ans
Ne s’applique pas
3 à 5 ans
Ne s’applique pas
Plus de 5 ans
Ne s’applique pas

Considérations à long terme (à la suite des travaux d'assainissement)

Si les matériaux traités sont réutilisés sur le site, un suivi à long terme des performances de la solidification/stabilisation ex situ est généralement requis afin de valider le maintien de son efficacité. Le suivi à long terme des performances peut inclure un suivi de la qualité des eaux souterraines pour s’assurer de l’absence de lixiviation des contaminants au droit des zones de sols stabilisées. Le suivi à long terme peut également inclure une évaluation de l’intégrité physique de la zone stabilisée et le maintien de ses propriétés géotechniques dans le temps, l’intégrité de la zone de sol stabilisée peut également être validée par la surveillance à long terme des émissions gazeuses.

Produits secondaires ou métabolites

Il n’y a pas de produits secondaires générés lors de la mise en place de la technologie de solidification/stabilisation ex situ. Cependant, cette technologie ne détruit pas les contaminants et ces derniers sont toujours présents à la suite de leur stabilisation. Ils sont retenus à l’intérieur de la matrice tant que l’intégrité de la matrice est maintenue. 

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • La technologie de solidification/stabilisation est une technique d’assainissement qui ne contrôle que la migration des contaminants présents dans les sols.
  • La performance des technologies de solidification/stabilisation dépend des caractéristiques du site et ne peut pas ainsi être estimée.
  • Le matériel solidifié/stabilisé peut être susceptible à la lixiviation après un certain temps, dépendamment de certains facteurs comme le climat.
  • Les sels minéraux, les acides ou les bases fortes présents dans la matrice contaminée peuvent interférer avec le processus de solidification/stabilisation.
  • La présence de gros débris ou de blocs peut interférer avec le processus de solidification/stabilisation.
  • Il peut être difficile de formuler un agent liant efficace pour les mélanges hétérogènes de matières résiduelles.
  • Les amendements de sol utilisés pour la stabilisation in situ peuvent avoir un impact sur le pH et sur la teneur organique du sol.
  • Il pourrait s’avérer plus difficile d’excaver des sols contaminés présents en profondeur en vue de les traiter.
  • L’usage du site peut être modifié ou des restrictions peuvent être imposées à la suite de la mise en place de la technologie (par exemple, la plantation d’arbres à racines profondes ou d’autres activités sous la surface qui nécessiteraient une approbation).
  • La solidification/stabilisation réduit l’infiltration de l’eau dans les sols. 
  • Certains processus de stabilisation/solidification augmentent le volume de la matrice traitée.
  • De grandes surfaces sont requises pour le traitement et la mise en piles des matériaux.
  • Les cycles fréquents de pluie et de gel/dégel peuvent réduire l’espérance de vie du matériel solidifié/stabilisé et ainsi, augmenter la mobilité des contaminants.
  • La réutilisation des sols traités comme matériaux de remblai ou de construction devra prendre en considération un changement des propriétés tant géochimiques que géotechniques.
  • Des débits de pompage élevés pour maintenir les excavations au sec peuvent limiter l’applicabilité de cette technologie;
  • La nécessité d’utiliser des mesures de stabilité des pentes et la proximité d’infrastructures peuvent limiter l’applicabilité de cette technologie.
  • L’utilisation de certains agents liants peut provoquer une réaction exothermique (augmentation de température) en présence de certains contaminants tels que l’huile usée ou le goudron. Il y aura alors un potentiel d’augmenter la volatilisation de certains contaminants (émissions gazeuses).

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

Le tamisage des sols pourrait être nécessaire afin de séparer les fractions de particules de sols non contaminées et réduire la quantité de matériaux à traiter.

Traitements secondaires requis

  • Les émissions gazeuses recueillies (si applicable) devront possiblement être traitées à l’aide d’un système de récupération avant d’être rejetées dans l’atmosphère;
  • Les eaux d’exhaure (si applicable) devront être traitées avant d’être rejetées.

Exemples d'application

Les liens suivants fournissent des exemples d’application :

Performance

  • Cette technique peut traiter jusqu’à 100 m3/j selon les conditions environnementales du site de traitement.
  • Les concentrations en contaminants dans les lixiviats peuvent être diminuées de 95 % et plus après la stabilisation des sols.

Mesures pour améliorer la durabilité de la technologie et/ou favoriser l’assainissement écologique

  • Réalisation d’essais de traitabilité pour optimiser le mélange et réduire les besoins en amendements chimiques.
  • Utilisation d’énergie renouvelable et d’équipement à faible consommation d’énergie pour l’implantation de la technologie.
  • Optimisation du calendrier afin de favoriser le partage des ressources et réduire le nombre de jours de mobilisation.
  • Considération pour les matériaux disponibles localement et/ou recyclés dans la conception du système.
  • Utilisation de matières résiduelles ou de sous-produits dérivés des procédés industriels, si appropriée, comme additifs ou amendements (par exemple : poussières de four à ciment issues de la fabrication de ciment).
  • Optimalisation du procédé pour réduire les déchets et les produits consommables.
  • Prise en compte des changements climatiques nécessaire pour l’étape de conception et lors de l’élaboration du programme de suivi à long terme des performances.
  • Utilisation de l’eau d’exhaure dans le procédé de stabilisation des sols pour réduire les besoins en eau et réduire les rejets.
  • Utilisation de liants à faible teneur en carbone et à faible empreinte écologique (faibles émissions de GES et faible demande en énergie pour leur production).
  • Utilisation de l’approche TRIAD pour la planification et l’exécution des étapes de caractérisation du site afin d’optimiser les efforts en caractérisation et réduire l’empreinte écologique de ces travaux.
  • Implantation de la technologie et remise en état du site qui optimisent la protection des habitats écologiques et/ou améliorent la qualité de ces habitats.

Impacts potentiels de l'application de la technologie sur la santé humaine

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Références

Auteur et mise à jour

Fiche rédigée par : Mahaut Ricciardi-Rigault, M.Sc., MCEBR

Mise à jour par : Martin Désilets, B.Sc., Conseil national de recherches

Date de mise à jour : 1 avril 2008

Dernière mise à jour par : Nathalie Arel ing., M.Sc., Frédéric Gagnon CPI., Sylvain Hains ing., M.Sc., Golder Associés Ltée

Date de mise à jour : 2 mars 2022

Version :
1.2.4