Fiche descriptive : Solidification/stabilisation – in situ

De : Services publics et Approvisionnement Canada

Sur cette page

Description

Les systèmes de solidification/stabilisation in situ sont utilisés pour limiter la propagation des contaminants dans le sol et l’eau souterraine. Toutefois, cette technologie ne prévoit pas le traitement ni l’élimination des matériaux contaminés. Ainsi, ces systèmes conviennent à de nombreux types de contaminants organiques et inorganiques, incluant les liquides en phase non aqueuse (LPNA).

Les systèmes de solidification/stabilisation consistent à mélanger des sols contaminés de faible à forte profondeur avec des stabilisateurs ou des agents liants tels le ciment Portland, le ciment pouzzolanique, les cendres, la chaux, l’argile bentonite, etc. Il faut tenir compte de la compatibilité entre les contaminants et les matériaux utilisés. Les sols et contaminants seront stabilisés chimiquement (stabilisation) et/ou liés physiquement (solidification), ce qui a pour effet de réduire la lixiviation des contaminants. Ces traitements empêchent la migration des contaminants hors site ainsi que l’agrandissement de la zone contaminée.    

La stabilisation implique une transformation des propriétés chimiques des contaminants présents dans la matrice de sols. Les contaminants sont transformés en composés ayant une solubilité dans l’eau, une mobilité et une toxicité inférieures. Dans certaines situations, un agent liant peut être ajouté aux matériaux contaminés pour maximiser le processus de stabilisation.

La solidification implique une transformation des propriétés physiques des sols contaminés par l’ajout d’agents liants qui compactent, modifient la taille des pores et réduisent la conductivité hydraulique de la matrice. Les contaminants sont ainsi piégés dans le mélange sol/agent liant. La solidification ne suscite pas de changement chimique des contaminants.

Il existe deux techniques de solidification et de stabilisation in situ :

la première consiste à mélanger un agent liant/stabilisateur avec les sols contaminés à l’aide d’une tarière ;

la seconde technique utilise un système d’injection à haute pression pour forcer un agent liant/stabilisateur en solution à l’intérieur de la matrice de sols contaminés. Ceci implique la mobilisation de l’agent liant vers les vides interstitiels (pores) du sol en utilisant des tuyaux d’injection de coulis sous haute pression.

Si des éléments volatils sont présents ou s’il y a un risque de production d’émissions gazeuses lors des travaux de stabilisation/solidification, un système de collecte et de traitement des émissions gazeuses peut alors être nécessaire.  

Lien Internet :

Centre for Public Environmental Oversight (CPEO)—Techtree: Stabilization/Solidification—Chemical.

Mise en œuvre de la technologie

Cette technologie est fondée sur le confinement des contaminants dans des blocs monolithiques stabilisés ou solidifiés à haute résistance et à faible perméabilité. Les activités de solidification/stabilisation peuvent inclure :

  • la mobilisation, l’accès au site et la mise en place d’installations temporaires ;
  • la caractérisation et la délinéation de la source de contaminants (sols contaminés, matières résiduelles ou panache des eaux souterraines) ;
  • le mélangeage d’additifs ou d’amendements pour les sols pour stabiliser physiquement, chimiquement ou biologiquement la contamination des sols ;
  • la caractérisation hydrogéologique (la profondeur et l’épaisseur de l’aquitard sous-jacent et la configuration de l’écoulement de l’eau souterraine) ;
  • des essais préliminaires, des tests au banc d’essai et des essais pilotes afin d’obtenir le bon mélange et formules ;
  • des essais de traitement sont généralement requis ;
  • surveillance de la migration de la contamination en provenance des systèmes de solidification/stabilisation.

Le mélange des sols pour la solidification/stabilisation in situ peut être réalisé à l’aide de godets de pelles excavatrices, de mélangeurs à tambour rotatif ou de tarières. Le mélange à l’aide de tarières assure un meilleur contrôle de la qualité et c’est la seule méthode qui permet la stabilisation des matériaux à une profondeur supérieure à 4,5 m sous la plateforme de travail. Des travaux de gestion de l’eau souterraine peuvent être requis afin de permettre le mélangeage des sols sous le niveau de la nappe phréatique.

Les amendements de sol pour la stabilisation in situ inclus des additifs tels que le ciment Portland, le ciment pouzzolanique, l’argile bentonite, les polymères et peut aussi consister de matières organiques (biosolides, fumier et compost), d’amendements pour le contrôle du pH (chaux, cendres de bois et produits de combustion du charbon) ou d’amendements sous forme de minéraux (sable de fonderie, scories d’acier, poussières de four à ciment, cendres volantes et gypse).  

La solidification in situ est habituellement réalisée par l’ajout de ciment Portland seul ou en combinaison avec d’autres additifs tels : scories de hauts fourneaux, poussières de four à ciment, cendres volantes, argile bentonite et charbon activé, pour en nommer quelques-uns. Généralement, la réduction de la perméabilité et l’augmentation de la solidité sont les facteurs les plus importants ; ayant pour objectifs une perméabilité inférieure à 1x10-6 cm/s et une solidité supérieure à 345 kPa. Le processus de solidification peut ou pas incorporer une liaison chimique entre les contaminants toxiques et l’agent liant.  

Cette technologie peut requérir une encapsulation ou un recouvrement, des contrôles techniques et/ou des contrôles institutionnels, particulièrement si les matériaux solidifiés contiennent des contaminants radioactifs, où un recouvrement de sols suffisamment épais pour absorber la radiation gamma est requis.

L’efficacité de la solidification/stabilisation in situ repose sur le succès de l’implantation lors des travaux de construction. Les formules développées basées sur les essais de traitement doivent être réalisées sur le terrain. Il est important d’assurer que les bonnes proportions sont atteintes et qu’un mélangeage suffisant est transmis au matériel.

Matériaux et entreposage

L’entreposage sur le site est généralement limité à de petites quantités de carburant et de lubrifiants (le ravitaillement quotidien se fait souvent à partir d’un réservoir mobile) et diverses fournitures de chantier.

L’entreposage de matériaux utilisés peut inclure des piles d’agents liants (scories de hauts fourneaux, poussières de four à ciment, poussières volantes, argile bentonite, charbon activé, etc.) et/ou des stabilisateurs (ciment Portland, ciment pouzzolanique, polymères, biosolides, fumier, compost, chaux, cendres de bois, produits de combustion du charbon, etc.).

Résidus et rejets

Les sols contaminés stabilisés ne sont habituellement pas considérés comme des résidus, bien qu’ils demeurent in situ. Il y a cependant un risque que des résidus liquides et gazeux s’échappent du système de solidification/stabilisation, toutefois la surveillance et la gestion de ces résidus sont nécessaires dans le cadre de la conception du système de réhabilitation.

Il existe un risque limité de poussière soulevée par le vent provenant des travaux de construction, d’excavation de tranchées ou des piles d’entreposage, laquelle par exemple, pourrait également se déposer directement sur les surfaces en aval du vent (les eaux de ruissellement peuvent également être contaminées par la poussière).

L’eau de ruissellement déviée et recueillie/traitée passe habituellement dans le réseau d’égout pluvial local. 

L’inspection et le suivi réguliers sont requis compte tenu des fuites potentielles en provenance du système de solidification/stabilisation.

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses chimiques

  • Le contenu en carbone organique
  • La concentration des contaminants présents dans les phases :
    • adsorbées
    • dissoutes
    • libres

Analyses physiques

  • L'analyse granulométrique
  • La présence des liquides en phase non aqueuse (légers ou denses)

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Sans objet.

Autre information recommandée pour une caractérisation détaillée

Phase II

  • La profondeur et l'étendue de la contamination
  • La présence de récepteurs :
    • la présence de récepteurs potentiels
    • la présence d'infrastructures de surface et souterraines
    • le risque de migration hors site

Phase III

  • La stratigraphie du sol
  • La détermination des voies préférentielles de migration des contaminants
  • Le volume de sol à traiter
  • Une modélisation hydrogéologique
  • 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

Remarques :

Comme il n’y a pas de procédures prédéfinies pour ce type traitement, un essai de traitement est nécessaire avant d’effectuer les travaux. Cette étude déterminera le type ainsi que la quantité optimale d’agent liant/stabilisateur à ajouter afin de maximiser la solidification/stabilisation selon le type de matrice et le volume de matériaux contaminés à traiter.

Applications

La technologie de solidification/stabilisation in situ s’applique aux sols contaminés des zones saturée et vadose. Tel que mentionné précédemment, des travaux de gestion de l’eau souterraine pourrait s’avérer nécessaires pour permettre un mélangeage convenable des sols sous le niveau de la nappe phréatique. 

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 puisque c’est plus facile à obtenir un mélange uniforme. Les sols contenant de l’argile ont tendance à laisser des lentilles d’argile résiduelles non mélangées et non traitées.

Les contaminants ciblés sont généralement les métaux et les radicaux libres. L’application de cette technologie a démontré un succès pour le traitement des métaux et des matières radioactives ainsi que les contaminants organiques d’intérêt incluant les composés non volatils et semi-volatils tels que les éthènes chlorés, les composants d’hydrocarbure pétroliers, les biphényles polychlorés, les pesticides ainsi que les dioxines et furannes. Toutefois, le traitement n’a pas été démontré pour les composés organiques volatils. Cette technologie est en constante évolution et pourrait s’appliquer à une gamme élargie de contaminants dans le futur.

Applications aux sites en milieu nordique

Les sites éloignés sont enclins à des coûts élevés de mobilisation et de surveillance sur place, une disponibilité restreinte des équipements et des fenêtres de travail courtes.

L’usage de certains additifs (tels les surfactants) combinés au ciment Portland comme agent de solidification/stabilisation a démontré une aide à la résistance aux impacts des cycles de gel/dégel.

Les cycles fréquents de pluie et de gel/dégel peuvent réduire l’espérance de vie du matériel solidifié/stabilisé et peuvent ainsi augmenter la mobilité des contaminants. 

Le renforcement de contrôles institutionnels, si requis, et la surveillance à long terme peuvent être difficiles et très coûteux. La télémétrie peut être utilisée pour la surveillance des conditions du site à distance. 

Les contrôles institutionnels sont très souvent applicables en régions éloignées nordiques, dans la mesure où l’évaluation des risques tient compte des modes de vie, des cultures et des systèmes écologiques uniques des régions nordiques.

Type de traitement

Type de traitementS’applique ou Ne s’applique pas
In situ
S’applique
Ex situ
Ne s’applique pas
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 technologieExiste ou N'existe pas
Démonstration
Existe
Commercialisation
Existe

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 ciblé.

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

Remarques :

Le temps requis pour le traitement dépend largement de la grandeur de la zone contaminée. Le temps de traitement peut s’étaler de quelques jours à quelques mois dépendamment de divers facteurs spécifiques au site, tels que :

  • la profondeur et volume de la contamination qui requiert le traitement ;
  • la distribution des contaminants ;
  • la méthode de mélangeage ;
  • les caractéristiques des sols souterrains incluant la granulométrie et la densité ;
  • la quantité de machinerie disponible pour le mélangeage sur le site ;
  • le diamètre des tarières (dans le cas de mélangeage avec tarières) ;
  • la présence de services et débris souterrains ;  
  • les conditions météorologiques.  

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

Le suivi à long terme des systèmes de solidification/stabilisation in situ peut être requis afin de valider leur efficacité.

La surveillance à long terme de l’eau souterraine et des émissions gazeuses devrait être réalisée afin de confirmer l’intégrité du système de solidification/stabilisation au fil du temps.

L’usage du site peut être modifié ou des restrictions peuvent être imposées (par exemple, la plantation d’arbres à racines profondes ou d’autres activités sous la surface nécessiteraient une approbation). Il peut être utile d’installer des affiches pour délimiter la zone solidifiée/stabilisée.

Produits secondaires ou métabolites

Il n’y a pas de produits secondaires générés lors de l’application de la technique de solidification/stabilisation in situ. Les contaminants ne sont pas dégradés par le traitement et ces derniers sont toujours présents sur le site après le traitement. Les contaminants sont immobilisés à l’intérieur de la matrice et ils ne sont pas inclinés à migrer tant et aussi longtemps que l’intégrité de la matrice solidifiée/stabilisée 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.
  • La performance des technologies de solidification/stabilisation dépend des caractéristiques du site et ne peut pas ainsi être estimée.
  • La profondeur des contaminants peut limiter certains types de processus d’application. Le mélangeage à l’aide de tarières est limité à des profondeurs inférieures à 30 mètres. Les coûts peuvent devenir prohibitifs à des profondeurs supérieures à 18 mètres.   
  • Le mélange du béton avec de l’huile usée et du goudron peut annuler le processus d’hydratation du ciment, ce qui nécessitera l’ajout d’un agent pour contrer cet effet. Il y aura alors un potentiel de création de chaleur qui augmentera la volatilisation de certains contaminants (émissions gazeuses).
  • Le matériel solidifié/stabilisé peut être susceptible à la lixiviation après un certain temps.
  • Cette technique s’applique aux sols contaminés des zones saturée et vadose. Comme mentionné précédemment, la gestion d’eau souterraine peut être requise, ce qui augmentera le coût de l’ensemble du projet.
  • 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.
  • L’hétérogénéité du sol peut limiter la profondeur d’application du processus de solidification/stabilisation.
  • Les amendements de sol utilisés pour la stabilisation in situ peuvent avoir un impact sur le pH et sur la teneur organique du sol.
  • L’injection et le mélangeage de liant doivent être contrôlés afin de minimiser la propagation des contaminants dans les zones non contaminées.
  • La surveillance de l’eau souterraine et des émissions gazeuses fait partie de la conception du système de solidification/stabilisation.
  • L’usage du site peut être modifié ou des restrictions peuvent être imposées (par exemple, la plantation d’arbres à racines profondes ou d’autres activités sous la surface nécessiteraient une approbation). Il peut être utile d’installer des affiches pour délimiter la zone solidifiée/stabilisée.
  • L’exposition de la matrice stabilisée aux intempéries peut se solder par une capacité réduite de conserver les matériaux immobiles.
  • La solidification/stabilisation in situ réduit l’infiltration d’eau dans les sols à la suite du ruissellement de surface et des précipitations. 
  • Certains processus augmentent le volume de la matrice traitée (souvent le double du volume initial).
  • La profondeur des contaminants peut limiter certains types d’applications : la livraison des agents réactifs et le mélangeage efficace sont difficiles et l’échantillonnage de confirmation peut être encore plus difficile.
  • Les composés organiques volatils ne sont généralement pas immobilisés par cette technique.
  • Ces processus peuvent ne pas être efficaces pour certains composés organiques (composés organiques semi-volatils et pesticides) qui peuvent entraver la liaison chimique des stabilisateurs ou la liaison mécanique des agents liants.
  • Certaines matières résiduelles sont incompatibles avec les variations de ce processus. Des essais de traitement sont généralement requis.
  • Les matériaux solidifiés peuvent compromettre l’usage futur du site.

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

Le tamisage des sols afin de séparer les fractions de particules de sols non contaminées pourra réduire la quantité de matériaux à traiter.

L’ajout d’agents de liaison spécifiques peut maximiser la solidification et la stabilisation de la matrice traitée.

Un système de récupération des émissions gazeuses peut être nécessaire si le traitement accroît la volatilisation de contaminants.

Traitements secondaires requis

Les eaux souterraines doivent faire l’objet d’une surveillance à long terme pour assurer qu’il n’y a pas de lixiviation de contaminants en provenance des zones traitées.

Les émissions gazeuses recueillies devront possiblement être traitées avant d’être rejetées dans l’atmosphère.

Exemples d'application

Les liens suivants fournissent des exemples d’application :

United States Environmental Protection Agency. 2000. Innovative Remediation Technologies: Field-Scale Demonstration Projects in North America, 2nd Edition, Year 2000 Report. EPA 542-B-00-004.

Cement Association of Canada. Remediation Technology: Solidification/Stabilization.

Bates, E. and Hills C. 2015. Stabilization and Solidification of Contaminated Soil and Waste: A Manual of Practice. Hygge Media.

Performance

Les performances de divers stabilisateurs et agents liants sont bien documentées ; ayant fait leurs preuves pour prévenir la migration des contaminants tout en étant facilement applicable à faible coût.

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

Utilisation d’énergie renouvelable et d’équipement à faible consommation d’énergie pour la construction du système. 

Optimisation de l’échéancier afin de favoriser le partage des ressources et réduire le nombre de jours de mobilisation.

Réduction des visites de site par l’usage de la télémétrie pour la surveillance à distance des conditions du site.

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 appropriés, comme additifs ou amendements (poussières de four à ciment issues de la fabrication de ciment).

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

Non disponible pour cette fiche

Références

Naval Facilities Engineering Service Center. Remediation Technology Online Help. Solidification/Stabilization In situ. (le document n’est plus disponible en ligne)

United States Navy. Naval Facilities Engineering Command. Engineering and Expeditionary Warfare Center. Solidification & Stabilization In situ.  

United States Federal Remediation Technologies Roundtable. 2002. Remediation Technologies Screening Matrix and Reference Guide, Version 4.0. Solidification/Stabilization.

United States Environmental Protection Agency. 2000. Innovative Remediation Technologies: Field-Scale Demonstration Projects in North America, 2nd Edition, Year 2000 Report. EPA 542-B-00-004

United States Environmental Protection Agency. 1996. Stabilization/Solidification Processes for Mixed Waste. EPA 402-R-96-014.

Association canadienne du ciment. 2016. Réhabilitation de sites contaminés.

Hettiarachchi, G.M; Pierzynski, G.M. and Ransom, M.D. 2000. In situ Stabilization of Soil Lead Using Phosphorus and Manganese Oxide.

Jayaram, V., Marks, M. D., Schindler, R. M., Olean, T. J. and Walsh, E. In situ Soil Stabilization of a Former Manufactured Gas Plant (MGP) Site. International Containment & Remediation Technology Conference and Exhibition. 10—13June 2001, Orlando, Florida, United States.

Gilliam, T.M. and Wiles, C.C. 1996. Stabilization and Solidification of Hazardous, Radioactive and Mixed Wastes—3rd Volume. ASTM Publication 04-012400-56. ISBN:0-8030-2020-6.

Spence, R.D. and Shi, C. 2004. Stabilization and Solidification of Hazardous, Radioactive and Mixed Wastes. Lewis Publishers/CRC Press. ISBN: 1-5667-0444-8

United States Environmental Protection Agency. 2012. A Citizen’s Guide to Capping. EPA 542-F-12-004

National Research Council — Committee on Source Removal of Contaminants in the Subsurface — Water Science and Technology Board — Division on Earth and Life Studies, National Academies Press. 2004. Contaminants in the Subsurface.   ISBN: 978-0-309-09447-4.

United States Environmental Protection Agency. 2007. The Use of Soil Amendments for Remediation, Revitalization and Reuse. EPA 542-R-07-013.

Bates, E. and Hills C. 2015. Stabilization and Solidification of Contaminated Soil and Waste: A Manual of Practice. Hygge Media.

Auteur et mise à jour

Fiche rédigée par : Martin Désilets, B.Sc., Conseil national de recherches

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 : Daniel Charette, P.Eng., eng., Jan McNicoll, M.Sc., P. Geo., exp Services Inc.

Date de mise à jour : 31 mars 2017

Date de modification :