De : Services publics et Approvisionnement Canada
L’oxydation chimique in situ des sédiments contaminés est une technologie basée sur la mise en contact d’un oxydant et des contaminants présents dans les sédiments afin de transformer ceux-ci en formes chimiques moins toxiques ou non toxiques pour la santé humaine et l’environnement.
Cette technologie peut servir à traiter des contaminants oxydables, dont les composés organiques volatils (COV) tels que le dichloroéthylène (DCE), le trichloroéthylène (TCE), le tétrachloroéthène (PCE), le benzène, le toluène, l’éthylbenzène, les xylènes (BTEX) et les composés organiques semi-volatils, tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les biphényles polychlorés (BPC).
Dans la plupart des cas, les produits de dégradation ultimes générés sont l’eau et le dioxyde de carbone, et dans le cas des composés chlorés, le chlore inorganique. Certaines réactions génèrent également de l’oxygène résiduel pouvant favoriser la biodégradation des contaminants résiduels après l’oxydation chimique.
Plusieurs oxydants peuvent être utilisés. Les plus communs sont le permanganate (MnO4-), le peroxyde d’hydrogène (H2O2) avec ou sans fer ferreux (Fe2+) comme catalyseur (réactif de Fenton), le persulfate de sodium (Na2S2O8), le persulfate (S2O82-) et l’ozone (O3).
Cette technologie appliquée in situ au traitement des sédiments n’est actuellement disponible qu’au stade d’essai en laboratoire et de certains projets pilotes, mais s’est avérée efficace dans des conditions contrôlées, correspondant aux caractéristiques particulières des sédiments à traiter.
Liens Internet :
La mise en œuvre de cette technologie peut inclure :
L’entreposage sur le site peut inclure des carburants, des lubrifiants et autres matériaux de chantier requis pour l’opération de la machinerie et de l’équipement pour la mise en œuvre de la technologie.
Des structures d’entreposage, des éléments de manipulation et d’injection pourraient être nécessaires selon le type et la forme de l’oxydant. Habituellement, les oxydants sont présents sous forme liquide ou de sel. Les matières dangereuses entreposées sur le site peuvent inclure des oxydants puissants, des acides ou des bases. La séparation et le confinement de ces produits sont très importants.
En général, les oxydants comme tels ne sont pas inflammables, mais en cas d’incendie, ils peuvent fournir la source d’oxygène nécessaire à la combustion. Ainsi, les agents oxydants devraient être entreposés dans un confinement secondaire, loin des produits inflammables ou combustibles et manipulés selon les recommandations du fabricant.
De plus, les travailleurs devraient porter des équipements de protection individuelle tels que des respirateurs à masque filtrant et des vêtements de protection tout au long des travaux de manipulation et d’injection/application des oxydants.
D’importantes mesures de santé et de sécurité doivent être mises en place sur le site d’entreposage et de préparation des oxydants avant leur distribution dans la zone d’injection. Ces mesures peuvent inclure des réservoirs d’eau propre, des douches oculaires, des bacs de rétention et de confinement des liquides, etc. Le secteur d’entreposage et de manipulation des oxydants doit être clairement balisé et contrôlé.
Comme les sédiments sont traités in situ, peu de déchets sont générés sur le site. Les déchets du site peuvent se composer de détritus de construction typiques, comme des contenants en plastique, auxquels peuvent s’ajouter des absorbants usagés. Les oxydants excédentaires peuvent être retournés au fournisseur de produits chimiques ou éliminés de manière acceptable selon l’autorité réglementaire locale.
Comme les oxydants chimiques sont hydrophiles, ils peuvent être absorbés dans la colonne d’eau pendant l’injection et/ou l’application, et lorsque les oxydants migrent à travers les sédiments. Il convient de veiller à ne pas perdre d’oxydants dans le plan d’eau sus-jacent. Outre la perte d’oxydants, la perturbation des sédiments susceptible de résulter des injections peut entraîner la remise en suspension et la perte de sédiments dans le plan d’eau.
Les injections en profondeur d’oxydants sont également à même de réduire la probabilité de perturbation des sédiments de surface et de perforation de la surface des sédiments due au cheminement préférentiel des oxydants. L’oxydation chimique peut être combinée au recouvrement des sédiments afin de réduire la perte d’oxydants sur les sites contaminés en surface (où une injection en profondeur ne suffit pas à assainir les sédiments).
Certaines réactions d’oxydation peuvent causer une dissociation des contaminants des particules solides et ainsi une dissolution de ces derniers dans l’eau interstitielle. Cela peut entraîner une mise en suspension des contaminants dans la colonne d’eau, en particulier pour les contaminants à la surface des sédiments ou proche de celle-ci.
Les essais pilotes d’oxydation chimique dans les sols ont occasionnellement généré des gaz. La génération de gaz durant le traitement des sédiments est peut-être causée par l’ébullition ou les réactions d’oxydations, susceptible de perturber la surface des sédiments, ce qui cause la remise en suspension des sédiments dans le plan d’eau. Les essais en laboratoire devraient se pencher sur les cas de génération de gaz, et des efforts d’atténuation devraient être envisagés.
Remarques :
Jusqu’à présent, aucune mise en œuvre à grande échelle pour les sédiments in situ n’a été complétée. L’oxydation chimique s’applique à une vaste gamme de contaminants, dont les contaminants organiques, et à tout contaminant susceptible de s’oxyder. Certains essais sur les sédiments ont donné de bons résultats pour le traitement du TCE et des BTEX . Des essais en laboratoire indiquent un succès similaire pour le traitement du DCE et du PCE , des HAP et des BPC . L’oxydation chimique s’applique à la contamination adsorbée sur la phase solide et/ou dissoute dans l’eau interstitielle ainsi qu’à l’assainissement de la contamination en phase libre, de la manière indiquée par les essais en laboratoire.
À la suite de l’injection de l’oxydant dans les sédiments, la persistance de l’oxydant dans la matrice de sédiments est importante puisqu’elle a une incidence directe sur sa capacité à atteindre les contaminants. Par exemple, le MnO4- est relativement persistant (> 3 mois), ce qui permet une meilleure diffusion à travers les sédiments. Au contraire, le H2O2 est très labile (se transforme en l’espace de minutes ou d’heures), et sa diffusion se limitera à une zone plus restreinte autour du site d’injection.
La technologie s’applique aux endroits abritant des environnements sensibles, où l’enlèvement ou l’encapsulage seraient nuisibles, comme les terres humides et les zones comportant un benthos sensible. L’oxydation chimique restant tout de même une technologique pouvant être toxique pour certains organismes, des essais en laboratoire devraient avoir lieu préalablement, sur l’absorption et la réaction du benthos. D’autant plus lorsque les injections d’oxydants sont réalisées en surface ou près de la surface.
Remarque :
L’oxydation chimique s’est avérée une technologie viable pour l’assainissement du sol et de la contamination de l’eau souterraine. L’assainissement des sédiments par l’oxydation chimique fait l’objet de très nombreuses études et est traité dans la documentation scientifique. Cependant, on dispose de peu d’examens techniques et d’études de cas.
Les calendriers proposés ci-dessus sont théoriques. Le calendrier de traitement est largement tributaire du nombre d’applications, du délai requis entre les applications et des chances que les contaminants connaissent un effet de rebond. De plus, toute limite imposée quant au moment de l’application (comme éviter les applications durant les périodes sensibles pour le biote aquatique) augmentera la durée globale du traitement requis pour l’assainissement.
Une surveillance à long terme peut être nécessaire, notamment lorsque la distribution optimale de l’oxydant chimique est difficile. Les essais pilotes de l’oxydation chimique dans les sols ont indiqué un potentiel d’effet de « rebond » des contaminants. Un lien de causalité a été établi avec le mélange hétérogène de l’oxydant dans la matrice, qui laisse des zones/horizons de faible perméabilité (par exemple, du limon ou de l’argile) non traitées. Un comportement similaire à l’effet rebond observé dans le traitement des sols est anticipé dans le traitement des sédiments avec cette technologie. De plus, les réactions d’oxydation peuvent favoriser une désorption importante des contaminants des sédiments vers le milieu aqueux avec un risque de migration de ces contaminants transférés à la phase dissoute. Ces phénomènes accentuent également les risques de contaminer à nouveau les zones traitées.
Dans la plupart des cas, les produits de dégradation générés sont l’eau et le dioxyde de carbone et, dans le cas des composés chlorés, le chlore inorganique. L’oxydation avec l’ozone (O3) et le peroxyde d’hydrogène (H2O2) accroît également la teneur en oxygène de la matrice, ce qui est susceptible d’accélérer la biodégradation des contaminants résiduels. Certaines réactions d’oxydation sont exothermiques (par exemple, H2O2), de sorte qu’elles peuvent augmenter la désorption et la dissolution des contaminants adsorbés sur la phase solide. Il arrive que les réactions exothermiques aient un effet positif sur l’efficacité du traitement, mais elles peuvent également favoriser un transfert significatif des contaminants dans la colonne d’eau. Qui plus est, une oxydation incomplète des contaminants peut engendrer des intermédiaires toxiques. Par exemple, la dégradation partielle des HAP peut produire des phénols, des aldéhydes, des acides carboxyliques, des cétones et des quinones (Ukise et al. 2013), qui sont très toxiques pour certains animaux vivant dans la zone benthique, tels que les poissons et la sauvagine (Grung et al. 2016).
Il a été démontré que des réactifs amélioraient l’efficacité du traitement par divers oxydants. Les réactifs comprennent les catalyseurs, qui accélèrent la réaction chimique, les acides, qui stimulent la réaction en abaissant le pH, et les stabilisateurs, qui empêchent une réaction précoce avec le contenu organique. Par exemple, Feo et al. (2014) ont jumelé le peroxyde d’hydrogène avec un catalyseur à rayons UV pour un assainissement amélioré des sédiments contaminés par le décabromodiphényléther (déca-BDE) et Yang et al. (2015) ont démontré une meilleure dégradation des esters phtaliques dans les sédiments des rivières avec les oxydants Fe3O4 et S2O82- combinés, en parallèle avec des processus d’assainissement électrocinétique, afin de faciliter l’occurrence de la réaction. La stabilité des amendements employés peut être accrue par des modifications de leurs caractéristiques physiques, comme l’ajout de liants ou d’agents alourdis, dans le but de réduire les occurrences de remise en suspension et de perte d’amendements en raison de la migration de l’eau en dehors du site. Par ailleurs, il est possible de combiner l’oxydation chimique à d’autres méthodes telles que le recouvrement in situ, la biodégradation, la séquestration ou la restauration naturelle, dans le but d’améliorer l’efficacité du traitement.
Aucun traitement secondaire n’est requis si les concentrations cibles du contaminant sont atteintes. Cependant, après le traitement, il est possible de voir les concentrations de contaminants augmenter de nouveau (phénomène appelé « effet de rebond »). Dans ces circonstances, des phases additionnelles d’injection d’oxydants sont parfois nécessaires. Le rebond se produit lorsque les oxydants n’atteignent pas toute la contamination, ou lorsque les oxydants sont épuisés avant que toute la contamination n’ait été traitée.
Les liens suivants présentent des exemples d’applications :
Le rendement rapporté dans la littérature pendant les essais en laboratoire des sédiments contaminés ou des sédiments naturels enrichis reconstitués dans le laboratoire a indiqué une réduction de plus de 90 % des concentrations en HAP et en BPC . L’essai pilote effectué sur le terrain (Thomas et al. 2008) n’a indiqué aucune dégradation importante des contaminants organiques (hydrocarbures pétroliers), même si des concentrations de 20 g de peroxyde par kg de sédiments ont été utilisées. De surcroît, la mobilisation des métaux contenus dans les sédiments a été observée dans l’eau interstitielle. Le rendement de cette technique à grande échelle est donc incertain à ce stade-ci.
L’efficacité des oxydants à dégrader les contaminants dépend de plusieurs facteurs : le pH des sédiments, la teneur en matières organiques, la présence de carbonates et de sulfures, la taille des particules, la température, la conductivité des sédiments ainsi que le dosage des réactifs. La technologie est encore en phase de démonstration, sa performance à grande échelle est à démontrer. Des essais en laboratoire sont également requis afin de déterminer si les objectifs d’assainissement sont réalisables avec cette technologie.
Le tableau ci-contre présente les voies d’exposition mineures et majeures potentielles pour la santé humaine.
Déclencheurs des voies d’exposition (étapes de l’assainissement)
Milieu de résidence ou de transport
Voies d’exposition du public (sur place et hors site)
Surveillance
Mesures d’atténuation selon le milieu de résidence ou de transport
Préparation du site
Injection/applications des amendements
Poussières
Inhalation de poussières
Suivi des poussières
Vapeurs
Eau de surface
Eau souterraine
Animaux et plantes
Sédiments
Inhalation de vapeurs
Suivi de la qualité de l’air ambiant
Processus chimiques et géochimiques
(ruissellement des oxydants)
Ingestion d’eau potable
Consommation d’aliments traditionnels
Suivi de la qualité des eaux de surface
(migration/lixiviation des oxydants)
Suivi de la qualité des eaux souterraines
Animaux et plantes (incluant les poissons, les mollusques et crustacés et la faune sauvage)
Suivi de la qualité des sédiments
Suivi des tissus d’animaux et de plantes
À très faibles doses, la plupart des oxydants chimiques ont peu d’incidence sur la vie aquatique et benthique. Toutefois, à de plus fortes doses, les agents oxydants risquent de nuire aux communautés aquatiques et benthiques, ce qui pourrait accroître les taux de mortalité. Les organismes benthiques de plus petite taille ont une moindre capacité à supporter l’ajout d’oxydants et sont plus sujets à la mortalité précoce, comparativement aux organismes de plus grande taille et aux poissons. Les doses devraient donc être dictées par les volumes de contaminants et la capacité des organismes benthiques indigènes à supporter l’application d’oxydants. Lorsque la dose d’oxydant requise est supérieure à la quantité tolérable par la communauté benthique indigène, les oxydants peuvent être appliqués en couches minces consécutives, ce qui laisse du temps pour le rétablissement des milieux benthiques entre chaque application.
Fiche rédigée par : Bruno Vallée M.Sc, LVM inc.
Mise à jour par : Ashley Hosier, P.Eng. Royal Military College of Canada
Date de mise à jour : 8 décembre 2016
Dernière mise à jour par : Juliette Primard, Frédéric Gagnon and Sylvain Hains. WSP Canada Inc.
Date de dernière mise à jour :31 mars 2024
