De : Services publics et Approvisionnement Canada
Il y a séquestration de contaminants dans les sédiments lorsque des amendements sont incorporés aux sédiments et absorbent les contaminants, altérant ainsi les caractéristiques physiques ou chimiques de ces derniers pour réduire leur dispersion dans la zone biologiquement active. Elle vise à prévenir, dans la mesure du possible la biodisponibilité et la mobilité des contaminants et, par conséquent, leur absorption par les organismes benthiques et les organismes aquatiques. Les processus intervenant dans la séquestration des contaminants sont l’adsorption à la surface des amendements, la formation de complexes stables et la précipitation à l’état solide. À l’heure actuelle, la plupart des techniques de séquestration n’ont pas dépassé le stade des études pilotes.
La démarche la plus fréquente, en matière de séquestration, fait appel au charbon actif pour fixer les substances chimiques hydrophobes susceptibles de bioaccumulation et de bioamplification dans l’environnement. La recherche expérimentale et les études sur le terrain portant sur l’ajout de charbon actif aux sédiments ont démontré qu’on réussissait ainsi à réduire la biodisponibilité et la concentration des contaminants dans l’eau interstitielle des sédiments, de même que, par voie de conséquence, leur mobilité. En ce qui concerne les métaux, la réduction de la mobilité et la biodisponibilité provient de la précipitation ou de la sorption, qui diminue la solubilité. Par ces processus de sorption, différents composés, comme les minéraux d’apatite, peuvent immobiliser de nombreux ions métalliques contenus dans les sédiments (Pb, Ba, Cd, Co, Cu, Mg, Mn, Th, U, Zn, etc.).
Les études pilotes ont démontré que l’application de charbon actif à des sédiments contaminés par des composés organiques hydrophobes a peu d’effet sur la stabilité et la résistance au cisaillement des sédiments de surface et n’entraîne guère de réduction de la mobilité et de l’activité dans le biote local. On pourrait en conclure que cette technologie n’a pas d’effet négatif à court terme sur la santé de la communauté benthique. On ignore toutefois quels seront les effets à long terme, puisqu’aucune application à grande échelle de la séquestration n’a encore été réalisée. Plusieurs facteurs ont une incidence sur le succès des amendements par séquestration, dont le pH, le potentiel redox (potentiel de réduction d’une substance chimique), le type de contaminant, la capacité d’échange cationique (capacité de rétention de cations d’une matrice), le type de sédiments, etc.
La solidification et la stabilisation constituent une technologie de rechange à la séquestration et exigent le recours à des agents qui, comme le béton, sont aptes à rassembler et à immobiliser les sédiments. Cette technologie se distingue de la séquestration en soi, car les contaminants demeurent dans leur état d’origine (ils ne sont pas précipités, ni rendus plus stables); on réduit plutôt leur mobilité et leur biodisponibilité en modifiant le milieu qui les entoure. Pour l’instant, la solidification ou stabilisation in situ n’a été appliquée qu’aux sols (voir la fiche d’information Solidification/stabilisation – in situ), mais on y a aussi eu recours ex situ pour le traitement de sédiments extraits par excavation ou dragage (se reporter à la fiche d’information .Solidification/stabilisation – ex situ).
Integrated Environmental Assessment and Management. 2015. Traitement in situ avec du charbon actif
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ieam.5630020107/full
EPA des États-Unis 2013. Recours à des amendements pour l’assainissement in situ à des sites où la décontamination est financée par le fonds Superfund.
https://clu-in.org/download/contaminantfocus/sediments/In_situ_AmendmentReportandAppendix_FinalApril2013.pdf
Le processus de traitement des sédiments contaminés par séquestration a été démontré utilisant du charbon actif pour fixer les substances chimiques et du béton pour la solidification et la stabilisation. Les deux techniques n’ont pas été examinées au-delà des études pilotes et il faudra approfondir la recherche pour la mise au point d’un processus complet de séquestration des contaminants dans les sédiments. Pour les contaminants organiques, les amendements les plus fréquemment utilisés sont le charbon actif et les argiles organiques (bentonite modifiée avec des amines afin d’atteindre environ 30 à 35 % de carbone organique). Pour les métaux, on utilise le plus souvent des substances avec une forte capacité d’échange cationique telles que l’apatite (minéral composé de phosphate de calcium), la zéolite (minéraux aluminosilicatés) et la sépiolite (minéral composé de silicate de magnésium). Les argiles organiques pourraient également être efficaces pour la séquestration de certains métaux. Le charbon actif et les minéraux utilisés pour l’immobilisation des métaux sont des matériaux dont le coût est relativement abordable.
Comme les techniques de séquestration sont relativement nouvelles, on continue de chercher d’autres options d’amendement et d’optimisation du site. Notons particulièrement que Wällstedt et al. (2008) ont observé un accroissement de la séquestration de différents métaux (Al, As, Cd, Co, Fe, Mn, Ni et Zn) après un ajout de chaux, tandis que Gibney et Nüsslein (2007) ont découvert que certains composés arsénieux pouvaient être séquestrés grâce à la respiration, dans les communautés microbiennes.
Le traitement de sédiments contaminés par l’intermédiaire de la séquestration se fait en plusieurs étapes :
isoler les sédiments contaminés en supprimant ou redirigeant l’eau de surface sus-jacente. Cela doit se faire à l’avance quand la solidification/stabilisation in situ et le mélange mécanique sont requis et que l’on aura probablement besoin de la machinerie nécessaire pour l’installation de palplanches en acier et de batardeaux, ainsi que de pompes. Pour plus de précisions sur l’extraction de l’eau de surface, se reporter à la fiche d’information Excavation (dans le sol asséché) et élimination hors site — Sédiments;
placer les amendements choisis sur la surface des sédiments contaminés; les recherches, jusqu’ici, ont porté sur l’injection, le mélange mécanique et le dépôt en vrac;
mélanger les amendements au besoin. Cela peut se faire à l’aide de machines ou par voie naturelle (bioturbation). La solidification/stabilisation in situ peut exiger le recours à des mélangeurs ou tarières de grandes dimensions qui s’enfoncent à la verticale dans les sédiments, injectent les additifs et mélangent le tout. Il faudra répéter cette opération plusieurs douzaines de fois pour couvrir la totalité de la zone visée;
si les lieux sont fortement soumis à l’érosion ou si les amendements sont de faible masse volumique apparente, ceux-ci devront éventuellement être recouverts d’un matériau de remblayage propre pour prévenir les pertes ou la remise en suspension;
surveiller la zone traitée dès la fin de l’application des amendements pour déterminer avec certitude s’il y a eu une réduction de la biodisponibilité et de la mobilité des contaminants;
ajouter encore des amendements, au besoin;
si les amendements sont appliqués dans le sol asséché, faire suivre le traitement du démontage des structures retenant l’eau et de la réintroduction de l’eau de surface. Procéder lentement pour prévenir la remise en suspension des matériaux et la perte d’amendements dans la colonne d’eau.
On stocke sur place les amendements sélectionnés, soit éventuellement le charbon actif, le ciment, la poussière de four, la chaux, l’argile organique et les nutriments, comme l’apatite. Les amendements doivent être conservés dans un contenant hermétique, selon les recommandations du fabricant. On prendra soin d’éviter les pertes attribuables à la présence de poussières ou au contact avec les précipitations.
Les projets de séquestration génèrent peu de déchets; le cas échéant, il s’agira le plus souvent de déchets de construction (lubrifiants en quantités négligeables et contenants usagés), du confinement des amendements et d’absorbants carrés utilisés. Les rejets consisteront éventuellement en amendements demeurés en suspension dans la colonne d’eau et de résidus de contaminants remis en suspension pendant le mélange. Pour éviter ces rejets et prévenir la formation de poussière, tous les amendements amoncelés doivent être recouverts et, dans la mesure du possible, mélangés aux sédiments à l’état sec.
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.
Remarques :
Des essais en laboratoire sur les sédiments provenant du site à l’étude sont recommandées afin de déterminer :
On recommande de réaliser une évaluation des impacts de l’advection des eaux souterraines, si celles-ci doivent être traitées.
L’assainissement des sites dans les environnements du Nord pose des défis particuliers. Les sites sont intrinsèquement éloignés et parfois difficiles d’accès. La majorité de l’équipement requis pour l’assainissement des sites doit être transportée par bateau ou avion, généralement en provenance d’endroits situés à des centaines de kilomètres, et à prix fort. Les restrictions climatiques (p. ex. les températures froides et l’état des glaces) et les brefs créneaux saisonniers pour l’exécution des travaux peuvent limiter les options d’assainissement.
Le traitement des sédiments contaminés peut exiger que l’on impose des restrictions à la consommation humaine des organismes indigènes. Cela peut avoir un effet négatif sur les populations locales, qui comptent sur les mammifères aquatiques (p. ex. les phoques et les baleines) et les poissons comme une importante source de nourriture. L’ensemble de ces facteurs peut changer l’approche et les options d’assainissement pour les régions éloignées.
La machinerie requise pour étendre les amendements et les mélanger aux sédiments est similaire à celle qu’on utilise en agriculture aux mêmes fins. Il pourrait être nécessaire d’utiliser aussi une tarière de grandes dimensions pour incorporer les amendements dans des sédiments enfouis profondément. Dans les régions nordiques, il peut être difficile de trouver les machines d’épandage et de mélange requises; le recours à la séquestration serait alors impossible.
Comme la séquestration est une technologie d’assainissement qui n’a été étudiée que dans des modèles de laboratoire et d’études pilotes, ses effets à long terme dans les sites restent en général inconnus. Les gestionnaires de site peuvent améliorer leurs prévisions de succès à long terme en s’assurant que la contamination est bien délimitée en superficie et en profondeur et en veillant à la surveillance du site et à l’apport de prompts rajustements.
La séquestration rend toute interaction impossible pour les contaminants et les empêche d’être absorbés par les organismes benthiques et la végétation aquatique, ce qui prévient la biodégradation et la biotransformation en formes moins toxiques. Les sites restent néanmoins vulnérables à une nouvelle contamination si des sédiments contaminés enfouis plus profondément sont découverts ou si les conditions ambiantes à cet endroit se modifient (un changement du pH peut, par exemple, nuire à l’efficacité des sorbants chimiques). Il faut donc assurer un suivi à long terme du site pour s’assurer que cela ne se produit pas et vérifier le maintien de la séquestration et du confinement.
Dans le cas de la solidification/stabilisation, les contaminants sont rendus immobiles. Ils ne sont donc pas susceptibles de se lessiver au gré des variations environnementales, telles que la bioturbation (c’est-à-dire le mélange de la couche supérieure des sédiments avec les organismes benthiques) et l’érosion causée par les vagues. On doit procéder à une inspection visuelle régulière pour veiller à ce que le recouvrement des sédiments solidifiés demeure en place et s’efforcer de prévenir les pertes de contaminants sous l’effet des forces d’érosion. Un suivi à long terme pourrait également mettre au jour des situations de contaminations répétées imputables à la sédimentation.
Il n’y a pas de produits secondaires générés lors du traitement par séquestration in situ de contaminants se trouvant dans les sédiments. Les contaminants sont toujours présents dans la matrice traitée, mais ils sont immobilisés et leur disponibilité est réduite significativement. Si la conception du projet fait en sorte que la stabilité des sédiments par rapport à l’érosion est maintenue ou améliorée, la migration des contaminants séquestrés par les agents réactifs devrait être marginale et leur disponibilité devrait demeurer minimale. Il est possible que les réactions engendrées par l’amendement puissent modifier le pH et le potentiel redox des sédiments, ce qui pourrait avoir un effet sur la biodisponibilité d’autres contaminants.
Dans le cas de la solidification/stabilisation, les amendements sont de type alcalin et augmentent le pH général des sédiments. Les contaminants peuvent réagir à ce changement; ils sont cependant promptement rendus immobiles, ce qui réduit considérablement leur disponibilité, du point de vue de l’interaction environnementale et de l’absorption.
Il est difficile d’incorporer et de distribuer également les agents réactifs pour atteindre toute la contamination.
Le traitement des contaminants enfouis profondément est problématique, car le mélange mécanique pourrai tne pas réussir à les atteindre.
Il est essentiel de réaliser un mélange complet et uniforme des amendements et des sédiments, afin de favoriser le transfert de masse et l’immobilisation des contaminants. Il n’est pas facile de réaliser le mélange in situ tout en réduisant au minimum la libération et la remise en suspension.
Diminution de la disponibilité des contaminants pour les microorganismes, entraînant une diminution de la biodégradation naturelle des contaminants organiques.
Certains paramètres comme le pH, la teneur en matière organique, le type de contaminants, la capacité d’échange cationique et le type de sédiment peuvent limiter l’efficacité de la séquestration.
La plupart des amendements ont une capacité déterminée de séquestration des contaminants. Selon leur volume, la quantité d’amendements nécessaire à l’atteinte des objectifs d’assainissement peut donc être très grande.
Il est possible que les contaminants séquestrés se libèrent ou soient transportés vers un autre site en raison des conditions physiques et chimiques de l’environnement. La sorption de certains métaux, par exemple, peut s’inverser en présence d’autres métaux (en raison d’un échange cationique ou d’une modification du pH ou du potentiel redox).
Il demeure possible que, par ingestion, les organismes benthiques soient exposés aux sédiments contaminés après séquestration. Il faut assurer un suivi permanent des sédiments (y compris par des essais biologiques) pour établir le succès de la méthode.
La technologie en est encore au stade du développement; les cas d’utilisation sur le terrain sont donc rares et n’ont pas permis d’établir avec certitude les volumes d’amendements nécessaires et les paramètres d’application. Des études à long terme sont nécessaires pour mettre au point les normes d’utilisation dans un objectif d’assainissement, de même des processus précis et les motifs du recours à cette technologie.
On en sait encore peu sur l’efficacité à long terme de la séquestration comme méthode d’assainissement.
Aucune dégradation de la contamination.
Méthode d’une efficacité relative pour les contaminants volatils, notamment les COV.
Comporte un volet important de mélange, ce qui n’est possible que si le lit de sédiments est exposé (sol asséché).
Entraîne la perte complète de la communauté benthique.
Le mélange mécanique des amendements (si nécessaire) entraîne la destruction des organismes benthiques et des habitats existants.
Il peut aussi causer la remise en suspension des sédiments.
Possibilité de mobilisation de la contamination (bien que séquestrée) par les courants vers des zones moins contaminées.
Une perturbation physique de la couche supérieure de sédiments peut libérer des contaminants non traités auparavant enfouis plus profondément.
L’application d’amendements peut avoir une incidence sur la croissance et la diversité des plantes aquatiques et du benthos dans le site.
L’érosion peut entraîner la libération de contaminants autrefois séquestrés.
La séquestration peut être utilisée concurremment avec d’autres technologies in situ de façon à réduire davantage la disponibilité des contaminants. Choi et al. (2009), par exemple, ont démontré qu’il était possible de combiner l’adsorption à l’aide de charbon actif et la déchloration à l’aide d’agents réactifs, soit, dans leur cas, le fer/palladium (Fe/Pd), pour dégrader les BPC. L’utilisation de charbon actif faciliterait la désorption des BPC, les rendant ainsi disponibles pour réagir par réduction avec les agents de déchloration. La séquestration peut traiter des sédiments résiduels à la suite d’un dragage environnemental. Elle peut aussi être utilisée en combinaison avec d’autres technologies in situ, par exemple la biodégradation et le recouvrement, si on y fait appel pour traiter la fraction non séquestrée des contaminants.
Aucun traitement secondaire n’est requis si les objectifs d’assainissement ont été atteints. Sinon, la séquestration peut être combinée avec un recouvrement in situ (avant le recouvrement ou comme processus actif dans le matériel de recouvrement), la biodégradation, l’oxydation chimique ou l’atténuation naturelle (optimisée ou non). Toutefois, l’interaction entre ces méthodes/processus doit être bien maîtrisée pour assurer la réussite du projet.
Essais sur le terrain du mélange avec le charbon actif et de la stabilisation in situ — Rapport final — États-Unis, DTIC (en format PDF)
Étude pilote sur le charbon actif (2006) — Projet de la rivière Grasse, Massena, État de New York
Solidification in situ de sédiments peu consistants extraits d’une rivière (2005), port de New York/New Jersey
Solidification/stabilisation des étangs de goudron de Sydney (2008), Sydney Tar Ponds Agency, Sydney (N.-É.), Canada
Les performances lors d’essais pilotes rapportés dans la littérature atteignent plus de 90 % de réduction des concentrations de BPC dans l’eau et 80 % dans les tissus des organismes, quand on utilise le charbon actif (Patmont et al. 2009). Lors d’essais en laboratoire, l’apatite ainsi que des argiles organiques ont permis de retirer plus de 80 % des métaux lourds en solution (Knox et al. 2007). Aucun essai à grande échelle n’a été réalisé pour vérifier les effets de facteurs environnementaux sur l’efficacité générale de la séquestration des contaminants ; l’agence EPA des États-Unis (2013) donne cependant des précisions au sujet des amendements les plus prometteurs dans ce domaine.
La solidification/stabilisation à base de ciment est assujettie au même processus d’érosion que les matériaux de construction de ce type. L’évaluation de la performance du traitement des sols par solidification montre qu’après dix ans, on a atteint des normes supérieures aux attentes (agence EPA des États-Unis 2009). En revanche, on ne dispose guère d’informations sur le rendement à long terme de cette technologie dans le cas de la contamination de sédiments. On doit assurer une surveillance pour repérer toute mobilisation renouvelée des contaminants.
On a récemment entrepris de vérifier l’efficacité de différentes sources de charbon actif, notamment sous l’angle de la durabilité des options de réutilisation (biomasse résiduelle, biocharbon, fractions de déchets organiques provenant des procédés industriels, etc.). La sélection d’un amendement existant durable pour la séquestration contribuera à réduire l’empreinte carbone des activités d’assainissement d’un site. Gustaffson et al. (2016), notamment, ont découvert que le charbon actif renouvelable issu des procédés industriels de fabrication du papier kraft donnait d’aussi bons résultats, en matière de sorption, que l’anthracite conventionnel utilisé dans l’eau et avec des sédiments ensemencés par des HAP.
On peut réduire au minimum la libération et la remise en suspension potentielles des contaminants en choisissant la méthode d’application (injection directe, isolation des sédiments à l’aide de caissons ou imprégnation des agents réactifs nécessaires dans le matériau solide). Ces techniques ont toutes démontré une diminution de la remise en suspension des amendements, comparativement au mélange mécanique.
L’utilisation de sorbants comme le charbon actif pour séquestrer la contamination a démontré peu d’effets sur la communauté benthique environnante, quoique certaines études ont conclu à une diminution de la croissance de la végétation. Les méthodes d’application pourraient jouer un rôle plus important en ce qui a trait aux répercussions sur l’écosystème aquatique, car le mélange mécanique exerce souvent des effets très importants sur la communauté benthique supérieure. Avant de perturber les sédiments par un brassage mécanique, il faut scruter les lieux à la recherche d’organismes et d’habitats sensibles qui pourraient devoir être extraits ou interdire le recours à cette méthode à la surface des sédiments.
La solidification/stabilisation entraîne la destruction complète de la communauté benthique. Les sédiments traités ne procurent pas le nécessaire pour la remise en état des habitats ; il faut donc les recouvrir d’un matériau de remblayage propre pour favoriser le rétablissement du benthos.
Grandes voies d’exposition et 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, niveaux de mesures et démarches d’atténuation
Traitement in situ
Sorbants (charbon actif, argile organique, minéraux) et agents de solidification/stabilisation (ciment Portland, chaux, poussière de four)
Contact avec la peau, inhalation de particules et ingestion accidentelle
Éducation du personnel concernant la sécurité et fourniture d’un équipement de protection individuel approprié et de matériel de protection (p. ex., absorbants carrés), au besoin. Suivi des mesures en place pour l’entreposage et la manipulation en toute sécurité afin de réduire au minimum l’exposition, tel que l’énoncent les fiches techniques sur la sécurité du matériel.
Fiche rédigée par : Bruno Vallée M.Sc, LVM inc.
Dernière mise à jour par : Bruno Vallée, M.SC., LVM inc. and Ashley Hosier, Ing., Collège militaire royal
Date de mise à jour : 12 décembre 2016
