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La désorption thermique : redonner vie aux sols pollués 

02.02.2021

Les sols des sites industriels notamment, parfois fortement pollués, nécessitent un traitement de fond avant de pouvoir être reconvertis.
Les enjeux sont importants, tant pour la préservation de l’environnement que pour la viabilité du projet qui prendra place sur le site.
En matière de dépollution, de multiples solutions existent qui sont souvent longues et coûteuses à appliquer.
La désorption thermique présente en la matière des avantages indéniables expliquant son utilisation de plus en plus fréquente.
Revenons sur les essentiels d’une méthode qui est améliorée par des apports scientifiques.

 

Valgo expert en désorption thermique

Valgo intervient sur les sites et sols pollués avec la technique de la désorption thermique

 

 

Comprendre la désorption thermique 

Le principe de dépollution 

 

La désorption thermique est un procédé visant à extraire les polluants volatils, semi-volatils, ou autres organiques, du sol par application de chaleur. Sous l’effet d’une température pouvant avoisiner les 300°C, les molécules vont se séparer de la matrice minérale et se volatiliser. Un procédé spécifique permettra enfin au polluant d’être extrait du sol sous la forme gazeuse (vapeur d’hydrocarbures), puis piégé dans des dispositifs créés sur mesure 

L’atout majeur de cette méthode est qu’elle permet d’éliminer un polluant sans avoir besoin d’exporter hors du site l’ensemble des sols souillés, ce qui représenterait une logistique difficile à mettre en œuvre, un coût exorbitant et ne ferait en outre que déplacer la pollution. Le sol reste en place mais est purgé de toute la pollution volatilisée. 

La désorption thermique est particulièrement adaptée à l’extraction des hydrocarbures, qu’ils soient lourds (goudrons, HAP) ou légers (benzène, xylène par exemple). Elle sera, de façon non exhaustive, également efficace pour extraire les huiles, pesticides et autres dioxines. 

 

Les spécificités liées au traitement 

 

Nous pouvons identifier trois facteurs principaux qui rendent la dépollution d’un sol délicate à réaliser : 

  • Chaque site ou sol pollué à traiter est unique et doit faire l’objet d’une étude préalable, afin de déterminer ce qu’il renferme. L’inconnu est toujours de mise, car l’activité humaine antérieure peut avoir laissé des vestiges ayant de réelles conséquences sur l’application de chaleur. Ainsi des fondations anciennes peuvent être enterrées à diverses profondeurs, ou des objets inattendus sont susceptibles de demander la plus grande prudence ou nécessiter une extraction (engins explosifs, fûts enterrés, canalisations, cuves…)  
  • Les sols ne sont pas homogènes dans leur composition, et notamment les couches successives de terres, roches, présence de liquides et gaz vont là encore impacter le traitement par désorption thermique. Les différents constituants ne réagiront pas de la même manière à la chaleur, l’ordre des couches sera variable d’un site à un autre, etc. Tous ces points seront portés dans l’étude personnalisée servant à définir le protocole unique d’approche.  
  • Le sol contient ordinairement de l’eau, beaucoup d’eau : 100 à 200 grammes par kilo de terre. Elle sera la première matière à se volatiliser en une vapeur qu’il faudra récupérer et évacuer. Des condenseurs sont présents sur les sites à dépolluer afin d’évacuer cette masse redevenue liquide une fois refroidie, mais il s’agit d’un processus coûteux. Deux fois plus d’énergie est nécessaire pour chauffer l’eau que pour chauffer le sol, l’ingénierie doit permettre de réduire l’effort et le besoin en matériel de cette étape indispensable, mais qui n’est qu’un préalable à l’enlèvement de la pollution.

Devant une telle complexité, la dépollution in-situ exige la mise en place de process rigoureux et l’intervention de spécialistes expérimentés.

 

L’application de la désorption thermique 

 

Un procédé de dépollution des plus efficaces 

 

Pour en revenir aux bienfaits de cette technique, il convient de préciser qu’elle est rapide, peu envahissante et qu’elle permet un nettoyage complet et en profondeur des sols pollués. Ce qui explique son succès auprès de donneurs d’ordres pressés et désirant un résultat optimal. 

En particulier, la désorption thermique demande une faible emprise au sol, ce qui permet bien souvent au propriétaire du site de poursuivre l’activité au côté de la dépollution. La construction de fondations, voire l’activité d’une unité de production peuvent ainsi, et sous certaines conditions de sécurité, perdurer. Une fois l’installation de dépollution en place, plus aucune allée et venue logistique ou de moyen lourd n’est nécessaire, réduisant ainsi l’interférence de la dépollution sur le site. 

L’efficacité du traitement va dépendre d’un grand nombre de facteurs liés aux propriétés du sol, à la concentration en polluants et à leur nature. Mais le rendement épuratoire est des plus élevé et la concentration finale en polluants est faible, comparé à d’autres méthodes. Ajoutons que la désorption thermique permet de traiter plusieurs dizaines de tonnes de sols par heure, ce qui en fait le traitement le plus rapide au regard des résultats obtenus. 

 

 

valgo utilise la désorption thermique sur site pour dépolluer

Valgo expert en désorption technique place des brûleurs sur les sites contaminés pour effectuer une dépollution des sols

 

 

La séparation des matières 

 

Le procédé en lui-même se divise en plusieurs étapes globales : 

  • la chauffe du sol, jusqu’à une température choisie devant permettre la volatilisation des polluants ciblés ; 
  • l’aspiration, pour extraire les gaz ainsi formés ; 
  • le refroidissement, afin que les polluants extraits sous forme de gaz reprennent leur forme initiale (liquide pour être stockés en bidons ou visqueux par exemple pour un hydrocarbure) ; 
  • Une destruction par oxydation thermique peut être envisagée dans certains cas 
  • Sinon, un passage dans un ou plusieurs filtres à vapeurs et à gouttelettes sera nécessaire ; 
  • le processus se termine le plus souvent par une filtration au charbon actif, en vue d’exempter totalement l’air relâché de résidus de polluants. 

 

La récupération des polluants 

 

Précisons que la pollution présente dans les sols ne représente que quelques grammes par kilo traité. La logistique entourant la dépollution thermique est donc réduite, et un unique camion suffit le plus souvent à évacuer les matières retirées. Ce point joue en faveur de cette méthode qui ne nécessite pas de déplacer le sol pollué et évite ainsi une logistique fastidieuse et coûteuse. 

Les polluants sont ensuite recyclés ou valorisés si possible, ou confiés à des unités spécialisées pour leur stockage ou leur destruction.

 

Une approche scientifique nécessaire 

 

Des tests préalables 

 

Pour mener à bien les différentes étapes décrites et préparer le travail sur le terrain, un travail minutieux en laboratoire est de mise, servant notamment à fixer des objectifs de températures à atteindre en fonction des matières contenues dans les sols. 

 

Valgo suit les températures sur site avant de mettre en place la désorption thermique

 

 

De nombreuses questions se poseront, qui pourront trouver réponses lors de tests : 

  • Quelle température est nécessaire pour évaporer tel mélange de polluants ? 
  • Quelle sera la capacité de tel ou tel sol à absorber la chaleur ? 
  • L’association de tel et tel matériau ou polluant a-t-elle un impact sur la température de dégradation ? (par exemple le charbon peut retenir le polluant) 
  • A quelle température va s’extraire chaque polluant, afin de récupérer chacun au bon moment et avec le bon matériel ? 
  • Quels matériaux font barrière à la chaleur appliquée ? 
  • Comment récupérer la vapeur polluante dans les différents cas de figure ? 

Grâce à des protocoles miniaturisés mis en place en laboratoire, les équipes spécialisées vont définir des règles qui seront encore à adapter, car chaque site reste unique, mais guideront l’action et limiteront les difficultés rencontrées.  

Des plages de températures à appliquer seront définies de manière générale, puis ajustées sur le terrain en fonction de la résistance du sol à la diffusion de la chaleur notamment. Pour le client, ce travail préalable limite le temps passé sur site et donc le coût de la dépollution.

 

Essaies en laboratoire avant que Valgo lance la désorption thermique sur site

Valgo effectue des essais préalables en laboratoire avant de décontaminer un site ou un sol pollués avec la technique de la désorption technique

 

L’approche sur site 

 

Avant toute intervention sur le site, des techniques sont utilisées afin d’enrichir les connaissances sur diverses composantes du sol. Par imagerie radar, par exemple, on cherche à obtenir une image représentant les différentes hétérogénéités naturelles ou artificielles.  

Il incombe alors aux spécialistes de définir la nature des éléments représentés, en fonction de la densité, de la forme et de la façon de réfléchir les ondes envoyées. Les hypothèses ne pourront parfois être vérifiées qu’empiriquement, mais appelleront à la prudence ou au contraire rassureront sur la facilité d’accomplissement de la désorption thermique 

En cas de doute, l’équipe de dépollution pourra procéder par étapes, installant au départ un seul point d’extraction afin de vérifier le résultat obtenu. 

 

L’expérience et l’expertise pour réduire les coûts

 

Engranger l’expérience avant tout 

 

Travailler sur des matières enfouies jusqu’à plusieurs mètres sous le sol engendre donc par nature beaucoup d’incertitudes. La manière la plus efficace de réduire les coûts de telles opérations consiste en l’accumulation de données, regroupant toute l’expérience acquise lors des désorptions thermiques précédentes.  

L’enjeu est de comprendre les interactions entre les matériaux, d’apprendre comment va se comporter tel polluant absorbé dans une autre matière, et d’en retenir la leçon. L’expertise accumulée par les hommes de terrain est inestimable, mais nous pouvons aujourd’hui aller plus loin en confiant une masse considérable de données à l’intelligence artificielle. 

 

Créer des modèles d’application 

 

De puissants ordinateurs utiliseront les données recueillies depuis des années, pour mettre au point des modèles servant à conseiller les experts sur les futurs sites à dépolluer. En fonction des matériaux trouvés et de la disposition profonde du sol, le modèle choisi par l’ordinateur doit permettre d’appliquer une désorption thermique qui ne nécessitera plus, sur site, que certains ajustements.  

Le modèle conseillera par exemple sur le meilleur point d’application de la chaleur, ou sur les outils à utiliser, et à quel moment. Avec l’objectif sous-jacent d’optimiser l’intervention afin d’en réduire au maximum le coût financier.  

En définitive, la désorption thermique s’avère souvent la meilleure solution pour le nettoyage complet d’un site ayant supporté une activité industrielle très polluante. Elle ne génère ni odeur, ni déchet et sa rapidité d’exécution est appréciée des donneurs d’ordre. Gageons que la technologie, en progression constante, améliorera encore son efficacité dans un futur proche. 

Recueil de données avant l'application de la désorption technique sur site, mise en place par Valgo

Avant application de la désorption technique, Valgo expert en site et sols pollués, développe de modélisation préalables

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