Fiche descriptive : Restauration naturelle et rétablissement naturel assisté – sédiments

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

Restauration naturelle

La restauration naturelle est une approche de gestion environnementale des sédiments contaminés qui utilise un processus naturel, ou une combinaison de processus naturels, qui entraîne la réduction de la masse, de la toxicité, de la biodisponibilité, de la mobilité, du volume et/ou de la concentration de contaminants et de leurs produits de dégradation dans l’environnement à un niveau acceptable pour protéger la santé humaine et l’environnement.

Les processus de restauration naturelle comprennent une gamme de processus physiques, chimiques ou biologiques qui, dans des conditions favorables, agissent sans intervention humaine. Ces processus in situ comprennent :

  • L’enfouissement (recouvrement) et la dispersion;
  • La sorption et la précipitation;
  • La désintégration radioactive et la stabilisation;
  • La biodégradation;
  • La transformation ou la destruction chimique ou biologique des contaminants.

Rétablissement naturel assisté 

Le rétablissement naturel assisté est une forme de restauration naturelle comprenant la mise en place d’une fine couche de matériau granulaire ou d’un amendement sédimentaire (généralement entre 10 et 20 cm) afin d’accélérer les processus de récupération naturelle. Par cela, on peut rapprocher cette technique à celle du recouvrement. Cependant, si le recouvrement est une barrière immédiate d’exposition aux contaminants, le rétablissement naturel assisté réduit progressivement la concentration des contaminants préoccupants.

Liens Internet :

Mise en œuvre de la technologie

La mise en œuvre de cette technologie peut inclure :

  • La mobilisation, l’accès au site et la mise en place d’installations temporaires;
  • La capture et le déplacement des organismes et de la faune aquatiques habitant la zone de recouvrement prévue (dans la mesure du possible). Voir les activités touchant les espèces en péril;
  • Le contrôle (ou suppression) de la source de contamination;
  • L’évaluation du site afin de déterminer la présence de processus d’assainissement naturels, les processus impliqués (physiques, chimiques et biologiques) et le taux de la restauration naturelle;
  • L’évaluation de la faisabilité d’une technique d’assainissement par restauration naturelle :
    • La tendance à long terme des niveaux de contaminants dans le biote;
    • La tendance à long terme des concentrations de contaminants dans la colonne d’eau (évaluée au cours d’une période typique de faible débit et de forte activité biologique);
    • Les tendances historiques des concentrations de contaminants de surface (dans des carottes de sédiments);
    • La tendance à long terme de la concentration de contaminants dans les sédiments de surface, de la toxicité des sédiments ou de la masse de contaminants dans les sédiments.
  • La mise en place d’une couche de matériaux granulaires ou d’amendements, pour le rétablissement naturel assisté;
  • La mise en place d’un réseau de surveillance à long terme (suivi des sédiments, de l’eau de surface, de l’eau interstitielle et de l’écologie du milieu) établi sur la base des voies de transport potentielles des contaminants et dans le but de suivre la restauration naturelle.

Matériaux et entreposage

La restauration naturelle est une approche passive de gestion environnementale in situ. Elle ne requiert pas de matériaux ou d’entreposage sur le site.

Cependant, pour la conception d’un processus de rétablissement naturel assisté, des sédiments propres ou des amendements sont intégrés afin d’améliorer la restauration naturelle. Dans ce cas, il faut les entreposer, ce qui peut nécessiter un équipement spécialisé pour le transport et la mise en place. Se référer à la section matériaux et entreposage de la fiche descriptive recouvrement.

Résidus et rejets

La méthode d’assainissement de restauration naturelle ne produit pas de déchets à éliminer, sauf si l’on a recours au rétablissement naturel assisté. Ce dernier peut éventuellement générer des résidus ou des rejets. Les matériaux (sédiments propres ou amendements) excédentaires peuvent être réutilisés ou éliminés selon les lignes directrices locales en matière d’élimination des déchets.

Les matériaux (sédiments propres ou amendements) solubles et flottants peuvent s’introduire dans la colonne d’eau durant la mise en place, causant une charge accrue dans la colonne d’eau et une possible migration en aval. La remise en suspension des contaminants dans la colonne d’eau peut se produire pendant la mise en place du recouvrement des sédiments.

Le ruissellement des eaux de surface provenant des matières non protégées peut pénétrer dans le plan d’eau (si l’entreposage n’a pas été correctement organisé). Le ruissellement potentiel devrait être recueilli et traité avant d’être rejeté.

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses biologiques

  • Le dénombrement de la population bactérienne hétérotrophe totale et de la population bactérienne spécifique (selon le ou les contaminants d’intérêt)
  • Caractérisation et dénombrement des organismes aquatiques

Analyses chimiques

  • pH
  • L'alcalinité
  • Concentration en sulfures
  • La concentration des contaminants présents dans les phases :
    • adsorbées
    • dissoutes
    • libres
  • La concentration des nutriments incluant :
    • l'azote ammoniacal
    • les nitrates
    • les nitrites
    • le phosphore total
    • l'azote organique
    • le potassium
  • Potentiel d'oxydoréduction
  • La salinité/conductivité
  • L’oxygène dissous
  • L’analyse des indicateurs de biodégradation des eaux souterraines (oxygène dissous, nitrate, sulfate, fer dissous, méthane)
  • Température
  • Carbone organique total des sédiments et de l’eau interstitielle
  • Conductivité électrique

Analyses physiques

  • La présence des liquides en phase non aqueuse (légers ou denses)
  • Distribution granulométrique des sédiments
  • Propriétés géotechniques des sédiments (densité apparente, plasticité, résistance au cisaillement et cohésion)
  • Stabilité des sédiments

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Essais biologiques

  • Bioessais écotoxicologiques
  • La réalisation d’essais en laboratoire pour vérifier l’efficacité de la biodégradation

Autre information recommandée pour une caractérisation détaillée

Phase II

  • Les conditions climatiques régionales (précipitations, température, etc.)
  • La bathymétrie
  • La caractérisation du milieu physique incluent :
    • Taille du plan d’eau
    • Infuence des marées
    • Régime des glaces
    • Espèces aquatiques
    • Présence de ponts
    • Proximité de structures terrestres et/ou maritimes
  • Caractérisation de l’utilisation actuelle et projetée de l’eau de surface et du plan d’eau en général (incluant le tirant d’eau nécessaire pour les bateaux)
  • La présence d’infrastructures de surface et souterraines 
  • La nature de la contamination et la délimitation de son étendue
  • Les lithologies et la stratigraphie du site
  • Le potentiel d’érosion
  • Le taux de dépôt et le transport des sédiments
  • La caractérisation des processus biologiques qui se produisent, ou se sont produits sur le site, susceptibles d’avoir un effet sur les contaminants, ainsi que sur les récepteurs humains et environnementaux
  • La présence de récepteurs connus et potentiels
  • L’évaluation des conditions biologiques et des facteurs écologiques comme la vulnérabilité de l’habitat, la présence de zones protégées, la présence d’espèces en péril
  • Le taux d’atténuation et de biodégradation in situ

Phase III

  • La détermination des voies préférentielles de migration des contaminants
  • La connaissance détaillée de la géologie et de l'hydrogéologie incluant :
    • la conductivité hydraulique
    • les fluctuations saisonnières
    • le gradient hydraulique
    • La direction d’écoulement de l’eau souterraine et de l’eau de surface
    • Les courants, l’action des vagues et les profils des marées
    • La perméabilité des sédiments
    • Le bilan hydrique
    • L’épaisseur de la colonne d’eau
  • La modélisation géochimique et/ou hydrogéologique
  • L’évaluation des risques d’impacts sur les récepteurs sensibles identifiés
  • Les volumes approximatifs de sédiments contaminés
  • Le bilan de masse en contaminants

Remarques :

Les recommandations d’analyses, d’essais et de caractérisation varient selon la méthode de rétablissement employée au site : transformation chimique, isolation physique, réduction de la biodisponibilité et de la mobilité et, le cas échéant, dispersion. Il ne sera pas nécessaire d’exécuter toutes les analyses à chaque site. Pour en savoir plus au sujet des analyses, des essais et de la caractérisation, se reporter à ESTCP (2009).

Applications

En général, la restauration naturelle peut s’appliquer à la plupart des environnements aquatiques et à la plupart des contaminants. La restauration naturelle présente un potentiel de succès plus grand lorsque la zone contaminée est bien définie, la source de contamination est retirée et contrôlée, le taux d’érosion est inférieur au taux de déposition des sédiments et les contaminants ont tendance à se biodégrader. Le contexte recherché est celui d’une concentration de contaminants dans les sédiments de surface et le biote qui diminuent naturellement dans le temps.

Applications aux sites en milieu nordique

  • Cette approche de gestion peut être utilisée à des endroits éloignés, sans services ni électricité.
  • 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 climat froid a généralement un impact négatif sur les processus de biodégradation des contaminants –, le temps de demi-vie des contaminants sera plus long comparativement à celui dans un climat tempéré.
  • En raison des difficultés à obtenir des résultats d’analyse en temps opportun, il peut être nécessaire de procéder au dépistage sur le terrain, de planifier des interventions progressives et/ou de mettre en place une approche de gestion des risques.
  • Le climat froid peut avoir un impact sur les réactions avec les amendements. Le temps de réaction ou l’efficacité du traitement pourrait être compromis.
  • La technologie peut nécessiter l’imposition de restrictions et/ou de limitations sur la consommation alimentaire d’organismes du plan d’eau. Par exemple, les communautés locales pourraient compter sur les espèces aquatiques pour leur alimentation et des restrictions pourraient présenter des impacts significatifs sur ces communautés.

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
S’applique
Chimique
S’applique
Contamination dissoute
S’applique
Contamination résiduelle
S’applique
Contrôle
Ne s’applique pas
Phase libre
Ne s’applique pas
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
Avec restrictions
Chlorobenzène
S'applique
Composés inorganiques non métalliques
Avec restrictions
Composés phénoliques
Avec restrictions
Explosifs
Avec restrictions
Hydrocarbures aliphatiques chlorés
Avec restrictions
Hydrocarbures aromatiques monocycliques
S'applique
Hydrocarbures aromatiques polycycliques
Avec restrictions
Hydrocarbures pétroliers
S'applique
Métaux
Avec restrictions
Pesticides
Avec restrictions

Remarques:

Les restrictions concernant les contaminants exigent la présence de processus naturels donnés (la sédimentation, par exemple) ou le recours au rétablissement naturel assisté.

Durée du traitement

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

Remarques :

La restauration naturelle est considérée comme une technologie commercialisée puisque’elle a été réalisée avec succès dans le cadre de plusieurs projets d’assainissement de sites contaminés. Le rétablissement naturel assisté est une méthode commercialisée pour certains amendements et à l’étape des essais pour d’autres.

En fonction des caractéristiques spécifiques au site (comme le type et la quantité de contaminants, de la superficie et de la profondeur du site contaminé, du type de sédiments et de la condition physique du site), le temps requis pour le traitement peut s’étaler pendant plusieurs années, voire des décennies.

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

Si la restauration naturelle atteint les objectifs d’assainissement, il y aura peu ou pas de considérations à long terme.

Il y a un risque d’exposition renouvelée là où la sédimentation a entraîné l’enfouissement des contaminants sous des sédiments propres. Pour prévenir toute perturbation de ceux-ci, il pourrait être nécessaire d’avoir recours à des mesures de contrôle institutionnelles comme les restrictions à la navigation. En présence de sédimentation, on doit aussi envisager un suivi additionnel à la suite de fortes intempéries ou turbulences dans le milieu (inondations, séismes, etc.).

Le recours à la restauration naturelle comporte un autre risque, à savoir la redistribution possible des contaminants en aval hydraulique, qui accroît les risques hors site, tout en diminuant les concentrations sur site, donnant ainsi une fausse impression que les objectifs d’assainissement sont atteints ou en voie d’être atteint. Une surveillance étroite de la qualité de l’eau et des sédiments pendant la période d’assainissement permet de rapidement mettre en évidence ce problème et des mesures pourront être prises pour empêcher le transport des contaminants hors de la zone en restauration.

Produits secondaires ou métabolites

La biodégradation des hydrocarbures aromatiques monocycliques ainsi que des hydrocarbures pétroliers ne génère généralement pas de produits secondaires ou de métabolites plus toxiques que le composé d’origine. Elle génère des produits inoffensifs tel le dioxyde de carbone et de l’eau. 

Cependant, en fonction des conditions du site et des caractéristiques des contaminants, des produits de dégradation intermédiaires parfois plus dangereux peuvent se former. De plus, les processus de biodégradation des contaminants peuvent induire des changements dans les conditions géochimiques du milieu et augmenter la mobilité de certains paramètres chimiques.

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • La restauration naturelle et le rétablissement naturel assisté ne conviennent pas aux situations suivantes :
    • Risques immédiats modérés ou graves pour la santé humaine et celle des récepteurs écologiques puisque les objectifs d’assainissement sont réalisables dans une période relativement longue;
    • Lieux où la contamination n’est pas bien délimitée dans l’ensemble des matrices contaminées;
    • Site où l’érosion des sédiments est probable;
    • Lieux où la source de la contamination est toujours active et/ou non-contrôlée;
    • Sites dont le taux d’érosion est supérieur au taux de dépôt de sédiments;
    • Contaminants non biodégradables ou qui se transforment en formes plus toxiques;
    • Endroits où l’on trouve des munitions explosives non explosées (UXO), comportant un risque de détonation accidentelle.

 

  • La restauration naturelle et le rétablissement naturel assisté présentent des défis dans les circonstances suivantes :
    • Profondeur et débit de l’eau non adéquats avec le rétablissement naturel assisté, comme pour d’autres traitements in situ (voir fiche descriptive recouvrement);
    • Température froide, car diminue l’efficacité de la technologie;
    • Biodisponibilité des contaminants limitée;
    • Travaux de démonstration requis complexes et coûteux selon les types de contaminants;
    • Perception négative de la part du public, causée par une fausse réputation de la restauration naturelle comme étant une approche de type « ne rien faire »;
    • Mesures de contrôle institutionnelles nécessaires.

 

  • La restauration naturelle et le rétablissement naturel assisté peuvent présenter les effets indésirables suivants :
    • Potentiel de réintroduction des contaminants dans l’environnement (après une perturbation importante des sédiments);
    • Potentiel de migration de l’enclave de contamination (transport des sédiments);
    • Sous-produits de dégradation parfois plus nocifs et toxiques que les composés d’origine;
    • Habitats sensibles pouvant être endommagés de manière irréversible par l’assainissement.

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

Il a été démontré que d’autres technologies pourraient permettre d’accroître l’efficacité de la restauration naturelle et réduire le temps nécessaire à atteindre les objectifs d’assainissement visés, ce sont notamment les suivantes :

  • Dragage, excavation ou recouvrement de sédiments contaminés comportant un risque élevé à la santé humaine et à l’environnement;
  • Application d’une mince couche (entre 10 et 20 cm) de sédiments propres ou d’amendements (rétablissement naturel assisté);
  • Installation de structures hydrauliques pour le contrôle du débit d’eau et de la turbulence (murs de pierres, barrage, digue, etc.) pour hausser le taux de déposition des sédiments.

Traitements secondaires requis

Aucun traitement secondaire n’est requis si les niveaux de réduction des risques sont atteints.

Exemples d'application

Les liens suivants présentent des exemples d’application :

Performance

La performance de la restauration naturelle et le temps nécessaire varient en fonction du rythme de sédimentation, de la dispersion des contaminants dans les sédiments, de la bioturbation ainsi que des processus de séquestration et de biodégradation des contaminants. Par exemple, la restauration naturelle aboutit plus rapidement dans les milieux de dépôt nets, où les sédiments contaminés sont ensevelis sous une couche de nouveaux sédiments propres. La performance dépend également des technologies conjointement utilisées et des méthodes d’accélération des processus (mise en place d’un recouvrement en couche mince, présence d’ouvrages favorisant la sédimentation, etc.).

La restauration naturelle est une option de gestion généralement peu coûteuse comparativement aux technologies de traitement actives ou intrusives. Toutefois, elle s’échelonne sur plusieurs années, ne permet pas toujours d’atteindre l’objectif de réhabilitation et peut limiter la réutilisation du terrain pour d’autres types d’activités.

Les gestionnaires de site doivent être disposés à modifier leurs prédictions de performance et à envisager le recours à d’autres technologies si les résultats s’écartent considérablement de leurs prévisions originales.

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

La restauration naturelle est, de par sa nature, une technologie d’assainissement plus durable qu’un traitement actif. Cependant on peut considérer les points suivants 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 mise en œuvre de la technologie;
  • Diminution de la consommation de carburant (et utilisation de l’énergie renouvelable, lorsque disponible) pour les véhicules et la machinerie lourde;
  • Optimisation du calendrier afin de favoriser le partage des ressources et réduire le nombre de jours de mobilisation;
  • Capture et déplacement des espèces en péril et des habitats sensibles susceptibles d’être affectés par les travaux;
  • Utilisation de bancs d’emprunt locaux pour l’approvisionnement en matériaux de recouvrement (si applicable);
  • Utilisation de la télémétrie pour la surveillance à distance des traitements secondaires, si applicable, afin de limiter le nombre de visites sur le terrain;
  • Revue des données historiques et optimisation du programme de suivi afin de réduire le nombre d’échantillons requis et les efforts d’échantillonnage.

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

Impacts potentiels sur la santé humaine

Les incidences de la restauration naturelle sur la santé humaine et celle de l’environnement sont le fruit de l’exposition à des contaminants que contient déjà le milieu et qui demeurent en place en même temps que le site s’approche des objectifs d’assainissement. Si l’exposition des personnes dépasse les seuils acceptables, on peut, pour la réduire, combiner la restauration naturelle à d’autres techniques de gestion du risque (par exemple, mesures de contrôle institutionnelles interdisant l’accès au site) ou des technologies de cloisonnement (par exemple, rétablissement naturel assisté, recouvrement).

Impacts potentiels sur le milieu aquatique

Le recouvrement par une mince couche de sédiments peut modifier la concentration des sédiments qui, à son tour, altérera l’offre d’aliments et de nutriments pour les organismes aquatiques et benthiques. Par la même occasion, la structure des habitats et le recouvrement protecteur peuvent s’en trouver transformés. Ces changements pourraient entraîner une mortalité et compliquer le rétablissement des habitats et des colonies dans le site.

Les effets négatifs du rétablissement naturel assisté peuvent être atténués grâce à une caractérisation exhaustive du site et au déplacement des espèces en danger ou menacées et des habitats connexes. Le recours à des matériaux similaires aux sédiments d’origine favorisera le rétablissement des communautés benthiques et accélérera le retour de l’activité biologique du site. Par ailleurs, l’ajout d’éléments de grandes dimensions et notamment de rochers procurera un abri aux organismes aquatiques et benthiques et accroîtra la probabilité de survie.

Références

Auteurs et mises à jour

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 : 2 janvier 2017

Dernière mise à jour par : Juliette Primard, Frédéric Gagnon and Sylvain Hains. WSP Canada Inc.

Date de dernière mise à jour :31 mars 2024

Version :
1.2.7.1