De : Services publics et Approvisionnement Canada
La vitrification est une technique de restauration qui utilise l'électricité pour chauffer à des températures élevées (1600 à 2000 0C) des sols ou des boues excavées, afin de produire une matière vitreuse inerte. Les contaminants inorganiques contenus dans les matières solides sont incorporés dans la matière vitrifiée et les contaminants organiques sont détruits par pyrolyse ou alors volatilisés et récupérés dans un système d'extraction et de traitement des vapeurs. Le produit vitrifié qui est chimiquement stable et résistant au lessivage peut être utilisé dans la composition de matériaux de construction ou de remblayage. La matière vitrifiée peut aussi être entreposée ou rejetée dans l'environnement, selon le degré de stabilité et de toxicité.
Il existe deux procédés de vitrification : au plasma et à l'arc électrique. Dans le procédé de vitrification au plasma, la matrice contaminée est mise dans un four rotatif. En tournant, le matériau contaminé est maintenu aux parois du four par la force centrifuge, et passe au travers d'un faisceau de plasma (gaz ionisé) produit par des flambeaux stationnaires. Lorsque la vitesse de rotation diminue, la matière en fusion coule doucement vers une ouverture dans le fond du four. Le procédé à l'arc électrique consiste à chauffer le matériau contaminé dans une fournaise à l'aide d'électrodes au carbone. Dans les deux cas, la matière en fusion produite sort de la fournaise ou du four et refroidit pour former la matière vitrifiée inerte.
La technique de vitrification permet de traiter simultanément des matières contaminées avec des composés organiques et inorganiques. L'« U.S. Department of Energy » a développé un système transportable. Ce système est actuellement à l'essai.
Source :
Les sols, les boues, les sédiments excavés ou les résidus miniers sont d’abord tamisés pour séparer et retirer (ou broyer) les matériaux surdimensionnés (plus de 60 mm de diamètre). Si la teneur en eau est trop élevée, un séchage peut être nécessaire.
Dans le procédé de vitrification au plasma, la matrice contaminée est placée dans un four rotatif. En tournant, les matériaux contaminés sont maintenus aux parois du four par la force centrifuge et passent au travers d’un faisceau de plasma (gaz ionisé) produit par des flambeaux stationnaires. Lorsque la vitesse de rotation diminue, la matière en fusion formée coule vers une ouverture située au fond du four.
Dans le procédé à l’arc électrique, les matériaux contaminés sont chauffés dans une fournaise à l’aide d’électrodes au carbone. La matière en fusion est aussi récupérée à la base de la fournaise.
Dans les deux cas, la matière en fusion produite est refroidie pour former la matière vitrifiée inerte.
Lors de la vitrification, les gaz dégagés doivent être traités avant d’être rejetés dans l’atmosphère. Le traitement des gaz peut être réalisé par adsorption sur charbon activé granulaire, par condensation ou par oxydation thermique. Le processus d’oxydation thermique utilise des oxydeurs à flamme directe, sans flamme ou catalytiques.
La mise en œuvre d’une réhabilitation par vitrification ex situ peut inclure :
La méthode d’excavation et de ségrégation des matériaux contaminés requiert de l’équipement de construction et des méthodes de génie civil et de terrassement conventionnelles ou habituellement disponibles. L’entrepreneur peut créer des piles temporaires de matériaux contaminés en attendant le traitement. Il faut couvrir les piles de sol pour empêcher les poussières d’être dégagées de même que pour limiter le ruissellement de particules contaminées en cas d’intempérie.
La mise en place de la vitrification requiert l’installation de certains équipements spécialisés. De l’équipement commercial transportable est disponible pour le processus de traitement. Des produits chimiques peuvent être nécessaires comme additifs dans le processus de vitrification et mélangés aux matériaux contaminés préalablement au traitement.
L’électricité nécessaire peut être fournie par l’intermédiaire d’une remorque contenant des générateurs au diesel dans les cas où la construction d’une connexion au réseau électrique serait irréalisable.
La vitrification produit des résidus solides (matière vitrifiée inerte). Leur entreposage, leur gestion et leur élimination ou réutilisation dépendent du type de contaminants qui a été traité. Le tout doit être réalisé en fonction des normes et lois applicables.
Les rejets gazeux produits lors de la vitrification sont traités. Les matériaux adsorbants usés (charbon activé granulaire) ou les autres produits utilisés dans ce traitement doivent être récupérés et disposés hors site, dans un centre autorisé.
Sans objet.
Remarques :
Lorsque certains contaminants ne peuvent pas être traités par la technique de vitrification, des essais de traitabilité sont requis. Il faut aussi déterminer la nécessité et le type d’additifs à ajouter aux matériaux contaminés afin de produire une matière vitrifiée inerte. Finalement, il est essentiel de déterminer la composition de la matière vitrifiée qui sera produite afin d’en prévoir l’usage, l’entreposage ou la disposition.
La matière vitrifiée est très résistante au lessivage et est plus dure que du ciment. La technique de vitrification permet de traiter la contamination inorganique et organique simultanément. Le « U.S. Department of Energy » a développé un système transportable.
Les sites éloignés sont sujets à des coûts élevés de mobilisation et de surveillance, une disponibilité limitée d’équipement et des périodes de travail courtes. Comme cette technique de réhabilitation nécessite des équipements considérables et complexes et une consommation élevée en énergie, la vitrification n’est pas bien adaptée aux milieux nordiques et éloignés.
Si les matériaux vitrifiés sont réutilisés sur le site comme matériaux de remblai, le secteur en aval du site doit être suivi après l’application du traitement pour s’assurer qu’aucun contaminant ne se dégage du matériau vitrifié.
Des additifs, tels que des sables riches en borosilicate, et favorisant la formation d’une matière vitrifiée inerte, sont parfois mélangés à la matière contaminée avant le procédé de vitrification.
Les sites suivants fournissent des exemples d’applications :
Plusieurs essais du système de vitrification ex situ ont été effectués pour traiter les sols provenant de plusieurs sites situés aux États-Unis (par exemple : Oak Ridge, TN, and Washington, DC). Ces essais ont démontré que la technologie de vitrification ex situ est applicable et efficace. Le système de vitrification transportable est parfois utilisé sur les sites contaminés sous la supervision du U.S. Department of Energy.
Poussière
S’applique
Surveillance des conditions favorables à la dispersion lors de l’excavation des sols à traiter et du tamisage, si applicable
Émissions atmosphériques/de vapeur – sources ponctuelles ou cheminées
Surveillance des émissions (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 vapeur – sources non ponctuelles
Air/vapeur – sous-produits
Ruissellement
Contrôle au périmètre des piles de matériaux, si applicable
Eau souterraine – déplacement
Ne s’applique pas
S. O.
Eau souterraine – mobilisation chimique/géochimique
Surveillance de la qualité de l’eau souterraine (applicable si les matériaux vitrifiés sont utilisés comme matériaux de remblai)
Eau souterraine – sous-produit
Accident/défaillance – dommage aux services publics
Vérification des dossiers et obtention des permis préalables aux travaux d’excavation, élaboration de procédures d’excavation et d’intervention d’urgence
Accident/défaillance – fuite ou déversement
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
Autre – assèchement, décontamination de l’eau, rejets mineurs d’eaux usées
Surveillance des rejets (choix des paramètres, des types d’échantillons et du type d’intervention) et contrôle de l’efficacité de la collecte et du traitement
Autre – manipulation des sols, boues et/ou sédiments contaminés
Autre – exposition aux matières radioactives lors de l’excavation et la manipulation des matériaux à traiter et lors de la gestion des matériaux vitrifiés
Fiche rédigée par : Josée Thibodeau, M.Sc, Conseil national de recherches
Mise à jour par : Martin Désilets, B.Sc., Conseil national de recherches
Date de mise à jour : 27 novembre 2013
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
