Fiche descriptive : Injection d’air chaud

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

L’injection d’air chaud est une technologie de réhabilitation in situ qui s’applique au niveau de la zone vadose du sol et permet d’augmenter la température du milieu afin de favoriser la volatilisation des contaminants organiques. L’injection d’air chaud permet l’enlèvement des composés organiques volatils et semi-volatils (solvants, certains pesticides et certains hydrocarbures pétroliers) présents en phases résiduelle et libre. Les composés organiques qui sont volatilisés sont récupérés par un système d’extraction des vapeurs, installé au pourtour des puits d’injection d’air chaud, puis acheminés vers un système de traitement. L’injection d’air chaud est particulièrement efficace dans les sols homogènes ayant une perméabilité et une conductivité hydraulique élevées.

La majorité des composés organiques volatils nécessitent l’injection d’air chaud à une température entre 50 °C et 100 °C, mais certains cas spéciaux peuvent nécessiter l’atteinte de températures au-dessus de 120 °C.

Liens Internet

  • In situ thermal remediation of contaminated sites – A technique for the remediation of sources zones.
  • 4.10 Thermal Treatment - FRTR Remediation Technologies Screening Matrix and Reference Guide, Version 4.0
  • Analysis of Selected Enhancements for Soil Vapor Extraction (EPA-542-R-97-007 sept 1997) – Clu-in org - US EPA

Mise en œuvre de la technologie

Un système d’injection d’air chaud comprend l’installation d’un réseau de puits, de tranchées, de drains perméables ou d’autres structures permettant d’injecter de l’air dans la zone vadose. Le réseau de puits d’injection est conçu pour que toute la zone à traiter soit aérée et nécessite que la zone d’influence de chaque puits se chevauche. Lorsque de l’air est injecté, des points de surveillance sont installés pour s’assurer qu’il n’y a aucune migration de vapeur nocive. Des compresseurs ou des ventilateurs à air sont utilisés pour injecter l’air sous pression.

L’air et les vapeurs qui sont extraits sont généralement soumis à un traitement avant d’être rejetés dans l’atmosphère. Les vapeurs du sol sont généralement humides, la vapeur extraite est souvent dirigée vers un séparateur gaz-liquide connecté au système d’extraction et au système de traitement des vapeurs. Les systèmes de traitement sont généralement composés d’unités de combustion (oxydation thermique, oxydation catalytique) ou de filtration/adsorption (charbon actif, biofiltration).

La mise en œuvre de cette technologie peut inclure :

  • la mobilisation, l’accès au site et la mise en place d’installations temporaires?;
  • l’aménagement de points d’injection d’air (puits, tranchées, drains ou autre)?;
  • L’installation d’un système d’injection d’air composé de ventilateurs individuels ou d’un ventilateur central et d’un ensemble de conduites de distribution?;
  • l’installation d’un système de chauffage?;
  • l’installation d’un système d’extraction composé de conduites de transport de vapeur, d’un système d’aspiration et, au besoin, de contrôles des émissions atmosphériques?;
  • le traitement de l’air et/ou des vapeurs?;
  • le démantèlement des équipements et le retrait des points d’injection et d’extraction, si applicable.

Matériaux et entreposage

  • Cette technologie est mise en place au moyen de méthodes et d’équipements traditionnels et couramment disponibles pour des travaux d’aménagement et d’installation de puits?;
  • Les unités de traitement peuvent être construites sur place ou préalablement assemblées et acheminées dans des conteneurs d’expédition, des remorques ou sur des palettes?;
  • Les équipements nécessitent la mise en place d’une source d’énergie?;
  • La construction et l’aménagement ont généralement peu d’impact et nécessitent peu d’entreposage sur le site.

Résidus et rejets

La mise en place du système pourrait mener à la gestion de sols contaminés résultant des activités de forage ou d’excavation. Dans ce cas, ces sols doivent être éliminés hors site.

Les déchets générés sont infimes et dépendent des types de contrôle des émissions atmosphériques utilisés. Le traitement des vapeurs extraites est généralement requis avant leur rejet dans l’atmosphère. Les systèmes de contrôle des émissions atmosphériques les plus courants utilisent du charbon actif granulaire ou un procédé d’oxydation (avec ou sans catalyseur). Les sorbants de traitement de l’air utilisés peuvent devoir être récupérés ou éliminés hors site de manière périodique.

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses physiques

  • L'analyse granulométrique
  • Les caractéristiques physiques du contaminant incluent :
    • la viscosité
    • la densité
    • la solibilité
    • la pression de la vapeur
  • La présence des liquides en phase non aqueuse (légers ou denses)

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Essais physiques

  • Essais de perméabilité à l’air
  • Relevé des vapeurs
  • Évaluation du rayon d’influence
  • Évaluation du débit d'injection de l'air
  • Évaluation des conditions d’opération (pression/extraction)

Essais hydrogéologiques

  • Essais avec traceur

Remarque : Des essais sur le terrain pour mesurer la conductivité hydraulique au niveau de la barrière gelée ainsi que le rayon d'influence des tubes frigorifiques sont nécessaires avant de procéder à l'installation d'une barrière gelée.

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
  • Le type de recouvrement en surface

Phase III

  • La stratigraphie du sol
  • Une modélisation hydrogéologique
  • La connaissance détaillée de la géologie et de l'hydrogéologie incluant :
    • les fluctuations saisonnières
    • le niveau piézométrique

Remarques :

Des essais sur le terrain sont recommandés afin d’évaluer l’efficacité de cette technologie et de déterminer le schéma d’installation des puits d’injection, le rayon d’influence des puits d’injection, la température d’injection, le débit d’injection ainsi que le design d’un système d’extraction des vapeurs adapté aux conditions spécifiques du site.

Applications

  • TraitemenIn situ des sols de la zone vadose?;
  • S’applique aux contaminants organiques volatils (solvants chlorés et hydrocarbures aromatiques monocycliques) et semi-volatils (certains pesticides et hydrocarbures pétroliers) présents en phases résiduelle et libre?;
  • Efficace dans les dépôts meubles homogènes.

Applications aux sites en milieu nordique

L’injection d’air chaud n’est pas toujours appropriée dans les régions éloignées qui n’ont pas facilement accès aux services publics ou à de la main-d’œuvre locale pouvant assurer le fonctionnement et l’entretien du système. Le froid extrême peut nuire à la volatilisation des composés se trouvant à faible profondeur, mais la température des sols plus profonds est relativement constante tout au long de l’année. Les systèmes nordiques ont généralement besoin de techniques adaptées au climat, tenant compte notamment du gel profond du sol, des changements saisonniers de conditions du sol et des longues périodes sans intervention de l’exploitant du système, sans ravitaillement en carburant et sans enlèvement des sorbants.

Type de traitement

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
Ne s’applique pas
Contamination dissoute
Ne s’applique pas
Contamination résiduelle
S’applique
Contrôle
Ne s’applique pas
Phase libre
S’applique
Physique
Ne s’applique pas
Résorption
S’applique
Thermique
S’applique

État de la technologie

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

Contaminants ciblés

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

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
S’applique
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)

Aucune

Produits secondaires ou métabolites

L’injection d’air n’est pas une technique destructive, elle ne génère aucun produit secondaire, car les contaminants sont transférés de la phase aqueuse à la phase gazeuse.

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • La technique d’injection d’air chaud s’applique à la zone vadose seulement?;
  • La température de l’air injecté doit être sélectionnée avec soin pour éviter les explosions?;
  • La présence de bâtiments ou d’infrastructures près du site contaminé peut exiger la surveillance de l’intrusion de vapeurs dans les bâtiments?;
  • L’injection d’air peut provoquer une infiltration de vapeurs dans certaines voies préférentielles comme les drains de fondation, les tranchées destinées aux services publics, etc.?;
  • La technologie n’est pas applicable à une contamination inorganique?;
  • Ne s’applique pas aux sols ayant une teneur en eau élevée?;
  • Ne s’applique pas aux sols très hétérogènes?;
  • L’injection d’air chaud peut être coûteuse.

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

L’efficacité du traitement peut être accrue par l’ajout de la fracturation du sol pour augmenter la circulation d’air et la perméabilité des sols (fracturation hydraulique ou pneumatique), ou en scellant la surface du sol pour éviter le «?court-circuitage?».

La technique d’injection d’air chaud est efficace uniquement lorsqu’il est possible d’assurer l’écoulement de l’air dans le sol. Afin d’étendre leur efficacité en dessous de la nappe phréatique, il est possible de renforcer ces techniques au moyen de méthodes d’assèchement ou de barbotage (injection d’air sous la nappe phréatique pour oxygéner les eaux souterraines ou extraire les contaminants de la zone saturée afin de les transporter vers la zone non saturée dans un courant de bulles). Les technologies de restauration biologique in situ telles que la biostimulation sont complémentaires à la technique d’injection d’air chaud lorsque la température atteinte est inférieure à 40 °C.

Traitements secondaires requis

L’injection d’air chaud doit être combinée à un système d’extraction et de traitement des vapeurs.

Exemples d'application

Les sites suivants fournissent des exemples d’application :

Performance

Plusieurs données concernant la performance de la technologie d’injection d’air chaud in situ sont disponibles sur l’Internet. Par exemple, un rapport traitant de différentes technologies de traitement thermique fournit des données concernant une contamination au trichloroéthène et au carburéacteur (jet fuel). Dans ce cas précis de réhabilitation d’un site situé à Ottawa (Canada), cette technologie combinée à un traitement d’extraction de vapeur a été efficace pour réduire la contamination en carburéacteur pouvant atteindre 23 000 mg/kg, à des concentrations variant de non détectable à 215 mg/kg pour un volume de 200 m3 de sol, en 90 jours (U.S.A. EPA,1997).

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

  • Optimisation de la taille des équipements?;
  • Optimisation du calendrier afin de favoriser le partage des ressources et réduire le nombre de jours de mobilisation?;
  • Utilisation d’énergie renouvelable et d’équipement à haute efficacité énergétique?;
  • Utilisation de biofiltres pour le traitement de l’air qui permet de réduire la demande énergétique et la génération de déchets;
  • Prévoir un temps de traitement plus long pour éviter le fonctionnement dans des conditions hivernales, éliminant ainsi le besoin d’hiverniser le système tout en diminuant les quantités d’énergie requises?;
  • Traitement sur le site des eaux de condensation et des eaux purgées provenant des conduites d’air?;
  • Limite du nombre de visites sur le terrain en utilisant la télémétrie pour la surveillance à distance des conditions du site?;
  • Recouvrir la surface des sols pour limiter la perte de chaleur à l’atmosphère.

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

Poussière

S’applique

Surveillance des émissions à la source (choix des paramètres, des types d’échantillons et du type d’intervention [fonction de la source, du risque ou des exigences locales])

Émissions atmosphériques/de vapeurs — sources ponctuelles ou cheminées

S’applique

Surveillance des émissions (choix des paramètres et des niveaux d’intervention en fonction de la source, du risque et des exigences locales)

Émissions atmosphériques/de vapeurs — sources non ponctuelles

S’applique

Modélisation des effets de l’injection d’air, validation du modèle et surveillance de la migration des vapeurs du sol

Air/Vapeur — sous-produits

Ne s’applique pas

S. O.

Ruissellement

Ne s’applique pas

S. O.

Eau souterraine — déplacement (hydraulique)

Ne s’applique pas

S. O.

Eau souterraine— mobilisation chimique/géochimique

Ne s’applique pas

S. O.

Eau souterraine— sous-produits

Ne s’applique pas

S. O.

Accident/défaillance — dommages aux services publics

S’applique

Vérification des dossiers et obtention de permis préalables à l’exécution des travaux de forage ou d’excavation, élaboration de procédures spéciales d’excavation ou de forage et des interventions d’urgence

Accident/Défaillance — fuite ou déversement

S’applique

Examen des risques, élaboration de plans d’intervention en cas d’accident et d’urgence, surveillance et inspection des conditions dangereuses

Accident/Défaillance — incendie/explosion (vapeur inflammable)

S’applique

Examen des risques, élaboration de plans d’intervention en cas d’accident et d’urgence, surveillance et inspection des conditions dangereuses

Autre — manipulation des sols contaminés ou autres solides

S’applique

Examen des risques, élaboration de plans d’intervention en cas d’accident et d’urgence, surveillance et inspection des conditions dangereuses

Références

Auteur et mise à jour

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

Mise à jour par : Josée Thibodeau, M.Sc, Conseil national de recherches

Date de mise à jour : 1 mars 2008

Dernière mise à jour par : Nathalie Arel, P.Eng., M.Sc., Christian Gosselin, P.Eng., M.Eng. and Sylvain Hains, P.Eng., M.Sc., Golder Associés Ltée

Date de mise à jour : 22 mars 2019

Version :
1.2.2