DRIENCOURT BenoitSAUNIER Célie

BIODÉPOLLUTIONGESTION DES SITES ET SOLS DÉGRADÉS AVEC

DES MICROORGANISMES

UE Mic-32 - Biodépollution - Master Microbiologie 2012/2013Université de Lorraine – Nancy 1

Sommaire

Introduction p.3

Traitement biologique in situ par bioventing p.4

Traitement biologique sur site et hors site par biotertre p.6

Conclusion p.9

Sources

http://alternatificience.blogspot.fr/ - Image première page

http://www2.ademe.fr/ - Données techniques et économiques

http://www.developpement-durable.gouv.fr/ - Données juridiques

http://www.afcec.af.mil/ - Exemple bioventing

http://www.sita.fr/ - Exemple biotertre

http://www.ineris.fr/

http://www.brgm.fr/

http://www.iffo-rme.fr/

Introduction

En 2008, plus de 3 millions de tonnes de terre ont été dépolluées en France. Ces polluants sont des produits chimiques provenant essentiellement de l’industrie. Ils intoxiquent l’environnement et rendent les sols inutilisables. Heureusement, des mesures ont été prises par l’état Français pour controler la pollution de l’environnement. Les missions de mise en sécurité des sites pollués sont encadrées par les dispositions combinées de la loi du 19 juillet 1976 sur « les installation classés pour la protection de l’environnement », et des circulaires successives du ministère de l’écologie dont la dernière en vigueur est celle du 26 mai 2011 intitulée « Cessation d’activité d’une installation classée – Chaîne de responsabilité – Défaillance des responsables ». Ces raisons conduisent les organismes privés et publics à dépolluer ces terres. Pour ce faire, il existe plusieurs façons de procéder. Les traitements physicochimiques, thermiques, biologiques et le confinement.

• Traitement in situ (846 400 tonnes) : Ventilation forcée des sols (645 100 tonnes) Traitement biologique (compris dans "ventilation forcée des sols") Oxydation chimique (115 700 tonnes) Confinement in situ (77 600 tonnes) Stabilisation physico-chimique in situ (8 000 tonnes) Lavage des terres in situ (nd) Phytoextraction (nd) Phytostabilisation (nd)

• Traitement sur site (653 900 tonnes) : Stabilisation physico-chimique sur site (370 900 tonnes) Traitement biologique par biotertre sur site (197 600 tonnes) Ventilation forcée des sols en tertre (compris dans "traitement biologique par biotertre sur site") Confinement sur site (69 000 tonnes) Lavage des terres sur site (12 000 tonnes) Désorption thermique sur site (3 500 tonnes)

• Traitement hors site (1 772 440 tonnes) : Installation de stockage de déchets inertes (867 800 tonnes) Installation de traitement biologique (434 000 tonnes) Installation de stockage de déchets non dangereux (241 200 tonnes) Installation de stockage de déchets dangereux (63 800 tonnes) Installation de désorption thermique (62 600 tonnes) Cimenterie (44 300 tonnes) Installation de stabilisation physico-chimique (33 300 tonnes) Installation d'incinération (17 600 tonnes) Installation de lavage de terres (7 800 tonnes)

40% des terres traitées en 2008 l’ont été grâce à des microorganismes. Le traitement biologique est intéressant pour plusieurs raisons. D’abord parce que les principaux acteurs, les microorganismes, sont déjà présents dans les sols, et par ailleurs parce qu’ils ne présentent pas de risque pour l’environnement. Les microorganismes dégradent les polluants biodégradables tels que les hydrocarbures, de ce fait, ils diminuent leur toxicité.

Le traitement in situ signifie que la terre n’est pas déplacée pour être traitée. Le traitement sur site signifie que la terre excavée est traitée sur les lieux. Le traitement hors site consiste à déplacer la terre vers un site spécialisé afin de la traiter. Chaque manière de procéder a ses avantages et ses inconvénients.

Et pour chaque mode de mise en oeuvre il existe un traitement biologique.

Traitement biologique in situ par bioventing

Autres dénominations usuelles : traitements biologiques in situ, biodégradation in situ, biodécontamination in situ.

Principe

Stimulation du métabolisme des microorganismes par l’apport d’oxygène pour dégrader les polluants du sol en place.

La biodégradation est stimulée par l’apport d’oxygène aux bactéries en place. La ventilation est assurée par injection d’air ou par pompage dans le sol. L’air est injecté dans les zones les plus contaminées de manière à optimiser la biodégradation et de limiter la volatilisation des polluants dans l’atmosphère. L’extraction de l’air se fait en périphérie du site.

La mise en oeuvre in situ est possible lorsque le site est encore en activité et que les pollutions sont profondes (> 5m) et très étendues (> 1ha). Cette technique bon marché permet de dépolluer un sol en minimisant l’impact sur le site.

Polluants visésLe bioventing permet de dépolluer un sol de contaminants volatils mais aussi de

composés plus lourds. Ces polluants doivent être partiellement ou totalement métabolisables par les microorganismes. Les composés organiques ou xénobiotiques sont les principales cibles du bioventing : les hydrocarbures pétroliers et aromatiques polycycliques (HAP), les solvants chlorés et divers composés comme les alcools, les glycols, les cétones, les phénols, les cyanures, les polychlorobiphényls (PCB) et polychlorophénols (PCP) et enfin les pesticides.

LimitesPar rapport à la mise en oeuvre in situ il faudra vérifier que la profondeur des

polluants est supérieure à 1,5m de la surface pour prévenir les dégagements volatils. La possibilité d’approvisionner le site en électricité est nécessaire.

Les polluants non biodégradables ne sont pas métabolisables par les microorganismes. Les substances à dégrader doivent se trouver en équilibre. Les hydrocarbures en phase liquide non aqueuse ne sont pas directement dégradables.

Les sols doivent être homogènes et la pollution, uniformément répartie.

Le volume des sols à traiter doit dépasser 350m3 pour un rendement économiquement intéressant.

Données économiquesEn 2008, la quantité de sols traités par venting a été estimée à 645 100t. Soit 75%

des techniques in situ et 20% de l’ensemble des techniques. En 2002 le tonnage total de cette technique était de 206 000t et en 2006 de 454 600t.

Coûts : 5 à 35€/tonne. L’investissement initial correspond à l’installation des puits et des structures. Le coût de mise en oeuvre important est lié à la consommation d’énergie et au traitement des gaz extraits. À long terme les coûts sont réduits. La maintenance est très réduite et se résume au suivi de la dépollution du sol et des gaz.

ExempleL’armée de l’air américaine a dépollué plusieurs terrains grâce à cette technique. Les

polluants étaient des carburants. Le faible coût et la faible maintenance ont été les arguments clé dans le choix de cette technique.

Système de bioventing utilisé à l’Air Force Base de Kelly aiu Texas.

Schématisation du procédé bioventing employé par l’armée.

Traitement biologique sur site ou hors site par biotertre

Autre dénomination usuelle : biopile.

Principe

Stimulation du métabolisme des microorganismes par la mise en tertre des sols afin de les dépolluer.

Les sols excavés sont placés en tas sur site ou hors site. Les paramètres comme la concentration en oxygène, l’humidité du sol et la teneur en nutriments et microorganismes sont mesurés. L’aération à l’intérieur du biotertre est assurée par une aspiration continue de l’air au travers de tuyaux perforés parcourant l’intérieur et connectés à un ventilateur. Une membrane imperméable ou une semelle de ciment sous le tas de terre prévient la pollution du terrain sur lequel le bioertre est installé. Cela permet la collecte et le recyclage des lixiviats.

Le sol est préparé au préalable pour obenir une homogénéité dans la granulométrie. Cette étape permet de supprimer les pierres et d’ajouter des sels nutritifs (biostimulation) et des microorganismes (bioaugmentation). Cet enrichissement permet d’augmenter le rendement et la vitesse du traitement. L’ajout de compost (25 à 35% en masse) permet d’aérer le sol et de favoriser la croissance des microorganismes.

Schéma type d’un biotertre

Le mode d’apport d’air et le type de dégradation varient. Les variantes reposent sur l’apport d’air par extraction ou insufllation et par le type de dégradation : bioaugmentation ou biostimulation. Les biotertres sont essentiellement aérobies. Les autres variantes de traitement biologique sur site sont le compostage (mélange des sols pollués et d’amendements organiques) et le landfarming (étalement des sols pollués sur un support imperméable puis labour pour favoriser la biodégradation aérobie).

Polluants visésLe biotertre permet de dégrader les produits pétroliers de type essence et HAP, les

COHV, SCOV, pesticides. Le rendement varie selont le polluant (voir tableau).

Pourcentages Nombre de semaines

Essence 99 8 à16

Ensemble des HAP (99 % naphtalène, 60 % benzo(a)pyrène) 90 14 à 16

Mazout 70 à 90 14 à 16

Huiles et lubrifiants 60 à 90 14 à 16

Pentachlorophénol 90 à 95 14 à 16

Performances de traitement selon le type de polluant.

LimitesLa mise en oeuvre d’un traitement sur site ou hors site nécessite l’excavation des

terres (profondeur de la pollution inférieure à 5 m) et le traitement hors site nécessite un transport vers le centre de traitement.

La durée du traitement est de 4 à 6 mois en moyenne mais varie de 2 mois à 1 an. Elle dépend de la concentration en polluants, de la composition du sol, de la biodégradabilité des polluants et des objectifs fixés.

Données économiquesEn 2008, la quantité de sols traités par biotertre sur site a été estimée à 197 600t.

Soit 30% des techniques sur site et 6% de l’ensemble des techniques. En 2002 le tonnage total de cette technique était de 153 000t et en 2006 de 197 500t.

En 2008, la quantité de sols traités par biotertre hors site a été estimée à 434 000t. Soit 25% des techniques hors site et 13% de l’ensemble des techniques. En 2002 le tonnage total de cette technique était de 227 300t et en 2006 de 376 100t.

Globalement, le traitement en biotertre représente 20% de l’ensemble des techniques.

Coûts : 15 à 60 €/tonne sur site et 45 à 95€/tonne hors site. La filière hors site a la particularité de ne pas avoir de coûts directement liés à l’investissement. Les installations hors site étant amorties au fil des missions. Néanmoins la constitution du tertre est coûteuse, notamment sur site. Le traitement en lui même ne nécessite pas de maintenance spécifique, c’est l’apport d’air, de nutriments et le traitement des lixiviats collectés qui engendre un coût important. Lorsque le volume de terres et plus faible et lorsque la surface du site est importante il est préférable de pratiquer le landfarming.

ExempleLe site de Jeandelaincourt (Meurthe et Moselle, 54) de la filiale SITA FD du groupe

Suez est une plateforme de traitement des terres polluées. La marque Biocentre a été déposée et repose sur le principe du biotertre hors site.

Plaquette de présentation du brocédé Biocentre de SITA FD

Le site ouvert en 1998 traite les sols pollués par des hydrocarbures provenant principalement de la région. Le site a une capacité de nominale de traitement de 32 000t/an. En alliant les meilleures techniques de traitement, le site assure une dépollution maximale et un rendement optimal.

Présentation du site de Jeandelaincourt (54) – Biocentre en numéro 6

ConclusionQuelque soit le mode de mise en oeuvre, il existe une solution de traitement

biologique pour dépolluer un sol. Hélas pour certains cas, le coût est trop élevé. Effectivement, à 95€ par tonne pour un biotertre, il peut être préférable de choisir une autre solution. Mais lorsque le traitement in situ est possible, c’est la solution préférée. Malgré les risques d’échappement de gaz, il préserve la structure du sol et le coût très intéressant.

Il ne reste plus qu’à améliorer ces méthodes écologiques en sélectionnant les meilleures souches de microorganismes afin de dégrader un plus grand spectre de polluants, et à développer des équipements plus performants pour tirer le maximum du pouvoir de ces organismes méconnus.