Barrières Perméables Réactives (BPR)

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1 Barrières Perméables Réactives (BPR) Returs d expériences, perspectives d applicatin et enjeux de recherche pur le traitement des pllutins métalliques Actualisatin de l état de l art RECORD 2004 RECORD /1A ctbre 2010 RECORD

2 ETUDE N /1A BARRIERES PERMEABLES REACTIVES (BPR) : RETOURS D'EXPERIENCES, PERSPECTIVES D'APPLICATION ET ENJEUX DE RECHERCHE POUR LE TRAITEMENT DES POLLUTIONS METALLIQUES ACTUALISATION DE L'ETAT DE L'ART RECORD 2004 RAPPORT FINAL ctbre 2010 S. COLOMBANO, A. ARCHAMBAULT - BRGM

3 Créée en 1989 à l initiative du Ministère en charge de l Envirnnement, l assciatin RECORD REseau COpératif de Recherche sur les Déchets et l Envirnnement est le fruit d une triple cpératin entre industriels, puvirs publics et chercheurs. L bjectif principal de RECORD est le financement et la réalisatin d études et de recherches dans le dmaine des déchets et des pllutins industrielles. Les membres de ce réseau (grupes industriels et rganismes publics) définissent cllégialement des prgrammes d études et de recherche adaptés à leurs besins. Ces prgrammes snt ensuite cnfiés à des labratires publics u privés. Avertissement : Les rapprts nt été établis au vu des dnnées scientifiques et techniques et d'un cadre réglementaire et nrmatif en vigueur à la date de l'éditin des dcuments. Ces dcuments cmprennent des prpsitins u des recmmandatins qui n'engagent que leurs auteurs. Sauf mentin cntraire, ils n'nt pas vcatin à représenter l'avis des membres de RECORD. Pur tute reprise d infrmatins cntenues dans ce dcument, l utilisateur aura l bligatin de citer le rapprt sus la référence : RECORD, Barrières Perméables réactives (BPR) : Returs d'expériences, perspectives d'applicatin et enjeux de recherche pur le traitement des pllutins métalliques. Actualisatin de l'état de l'art RECORD 2004, 2010, 272 p, n /1A. Ces travaux nt reçu le sutien de l ADEME (Agence de l'envirnnement et de la Maîtrise de l'energie) RECORD, 2010 Etude RECORD n /1A

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5 RESUME Le dcument présente une synthèse de l utilisatin des Barrières Perméables Réactives (BPR) pur le traitement des métaux et/u métallïdes ainsi qu une analyse des freins limitant le dévelppement de cette méthde de dépllutin innvante et les axes de recherche qui permettraient de prmuvir sn dévelppement. L état des lieux de l applicatin de la technique BPR pur le traitement des eaux suterraines plluées par des métaux / métallïdes, mntre que cette technique est bien dévelppée aux Etats-Unis, ntamment pur le traitement des radinucléides et des drainages miniers acides. En Eurpe, peu de cas d applicatins snt recensés ; cependant les quelques cas d études existants mntrent le succès de cette technique et aussi, parfis, des situatins d échecs. Les freins principaux au dévelppement de ces BPR snt : les freins structurels à l innvatin, le manque de cmmunicatins (articles, guides, frum ) et de sites ateliers ainsi que les incertitudes liées au traitement (dimensinnement, cnditins d applicatins, limites de la techniques, matériaux réactifs, perfrmances à lng terme du traitement, cût de cnstructin, d pératin et de maintenance). Les principaux verrus scientifiques pur ce type de BPR snt le clmatage/déclmatage et le relargage (liés aux cnditins hydrgéchimiques mais aussi aux activités hydrbigéchimiques). Le besin de dnnées fiables sur les matériaux utilisables (fer à valence zér, matériaux végétaux u minéraux de faibles cûts) sur les perfrmances à myen et lng terme (clmatage, activité bactérienne, relargage) et sur les cûts, est réel. MOTS CLES Barrière Perméable Réactive, Pllutin, Panache, Métaux, Métallïdes, Eaux suterraines, Prcédé, Traitement in situ, Traitement passif SUMMARY This dcument reviews the use f Permeable Reactive Barriers fr the treatment f metallic and/r metallids cntaminatin. It als deals with the analysis f the resistance t the develpment f that innvative remediatin technlgy and the research pririties that wuld allw its develpment. The verview f the PRB applicatins fr the remediatin f metallic-cntaminated grundwater shws that this technlgy is well develped in the US, in particular fr the treatment f radinuclides and Acid mine Drainage. In Eurpe, few cases have been inventried and the knwn case studies bth illustrate hit and miss. The main resistance factrs t the develpment f these PRB are in relatin with the structural reluctance t innvatin, the lack f cmmunicatin (articles, guidance, frum..) and wrkshp sites, as well as the uncertainty in relatin with the treatment prcess (design and engineering, implementatin cnditins, limitatins f the technlgy, reactive fill materials, lng-term perfrmance, cnstructin, perating and maintenance csts). The key scientific difficulties faced by the PRB technlgy are mainly related the plugging/de-plugging prcess and the release f cntaminants in relatin with the hydrgechemical and the hydrbigechemical cnditins that prevail at the site. The need in reliable data is a real issue. It invlves data n adapted fill materials (zer valence-irn, bilgical materials r cst-effective minerals), n medium t lng-term hydraulic perfrmance (plugging, bacterial activity, releasing prcess) as well as n csts aspects. KEY WORDS Permeable Reactive Barriers, cntaminatin plume, metallic cntaminatin, grundwater, in situ remediatin technlgy, passive treatments. Etude RECORD n /1ª 4

6 Smmaire 1 Intrductin CADRE GENERAL DE L ETUDE METHODE DE TRAVAIL Barrière Perméable Réactive et métaux/metallïdes CONCEPTS DE BARRIERE PERMEABLE REACTIVE Définitins Différents types de BPR Chix du milieu réactif Les mécanismes de traitement Les étapes du dimensinnement de la BPR IMPLANTATION DES BPR DANS LE MONDE Aperçu mndial En Eurpe Aux USA UTILISATION DES BPR POUR LE TRAITEMENT DES METAUX ET METALLOIDES Cntexte et prblématiques Les réactifs utilisés pur la dépllutin des métaux et métallïdes ASPECTS ECONOMIQUES Cûts de dimensinnement et de mise en place de la BPR Cûts d pératin et de maintenance AVANTAGES ET INCONVENIENTS DES BPR Analyse critique des recherches publiées, des essais sur site et des returs d expérience industriels METHODOLOGIE RETOUR D EXPERIENCE POUR LE TRAITEMENT DE L ARSENIC Cmprtement de l arsenic dans les eaux suterraines et éliminatin Synthèse des returs d expérience pur le traitement de l arsenic Essais de traitement de l arsenic par expérimentatin pilte, prblématique du clmatage du filtre d alumine activée Essais sur site de traitement de l arsenic : étude de la fixatin de l arsenic sur du fer à valence zér et prblématique de dimensinnement de la BPR RETOUR D EXPERIENCE POUR LE TRAITEMENT DU CHROME...39 Etude RECORD n /1A 5

7 3.3.1 Surces de pllutin en chrme, prpriétés et slutins de traitement par BPR Synthèse des returs d expérience pur le traitement du chrme Essais expérimentaux du traitement du chrme, par vie bilgique Essais sur site de traitement du chrme via le fer à valence zér RETOUR D EXPERIENCE POUR LE TRAITEMENT DES RADIONUCLEIDES (URANIUM ) Surces de pllutin en radinucléides, prpriétés et slutin de traitement par BPR Synthèse des returs d expérience pur le traitement des radinucléides Tests en clnne de bi-immbilisatin de l uranium et du technétium Essai expérimental, perfrmance des résines synthétiques Essais sur site de traitement des radinucléides RETOUR D EXPERIENCE POUR LE TRAITEMENT DES DRAINAGES MINIERS ACIDES ET DES POLLUTIONS COMBINEES DE METAUX LOURDS / METALLOÏDES Surces de pllutin en métaux/métallïdes, prpriétés et slutins de traitement Synthèse des returs d expérience pur le traitement des métaux lurds Essai expérimental au labratire, prblématique de la précipitatin et du clmatage Essai expérimental, prblématique de la rembilisatin des métaux Essai sur site : calcite, cmpst et limaille de fer (Aznalcóllar, Espagne) Essai sur site : milieux réactifs rganiques asscié à de la calcite u à des stériles de chaudière (Shilbttle, Grande Bretagne) Identificatin des principaux verrus et freins scientifiques et techniques expliquant le faible dévelppement industriel ETAT DES LIEUX ET METHODOLOGIE FREINS STRUCTURELS A L INNOVATION FREINS A LA MISE EN PLACE DE SITES ATELIERS EN FRANCE FREINS ADMINISTRATIFS ET REGLEMENTAIRES Cadre général de la réglementatin en France La circulaire ministérielle du 8 février FREINS FINANCIERS FREINS TECHNIQUES A LA MISE EN PLACE DE BPR Incertitudes sur le dimensinnement de la BPR Milieux réactifs et perfrmance à lng terme Rembilisatin des métaux Orientatins et axes de recherche adaptés pur permettre l émergence et le dévelppement des BPR pur les métaux/métallïdes CONTEXTE...87 Etude RECORD n /1ª 6

8 5.2 SUIVI DES SITES PILOTES SUR LE LONG TERME OUTILS DE COMMUNICATION : REDACTION DE GUIDES / OUTILS DE CONCEPTION ET DE SURVEILLANCE DES BPR, FORUM Outils actuels de cmmunicatin sur les BPR en Eurpe Guides de cnceptin et de surveillance Prtail internet de diffusin de l infrmatin ETUDE DES PROBLEMATIQUES HYDROGEOLOGIQUES ET DIMENSIONNEMENT ETUDES DE PERTES D EFFICACITE DES FILTRES Suivi de la perfrmance à lng terme Recherche cncernant l évaluatin de la perfrmance à lng terme Prétraitements ETUDE DE LA REGENERATION DES MILIEUX REACTIFS ETUDE DES MILIEUX REACTIFS ET DE LEURS ASSOCIATIONS ETUDE DE L ACTIVITE MICROBIENNE Cnclusins...95 Etude RECORD n /1A 7

9 Liste des figures Figure 1 Schéma de définitin d une Barrière Perméable Réactive, seln Pwell and al., USEPA, Figure 2 Différents types de BPR, seln ITRC, Figure 3 Schéma de principe du prcédé panneau-drain de SOLETANCHE-BACHY Figure 4 Relatin générale entre la slubilité des principaux métaux et le ph (ITRC, 2005) Figure 5 Sectin schématique d une BPR de fer mntrant les principaux prcédés géchimiques (Rehl, 2004) Figure 6 Techniques de traitements in situ des eaux suterraines utilisées aux USA pur la dépllutin des sites dits «priritaires» de 1982 à 2005 (US EPA, 2007) Figure 7 - Micrphtgraphie électrnique du PANSIL, un matériau réactif cnstitué de sables de quartz recuvert d un plymère, pur la fixatin de l uranium dans les eaux suterraines (Rehl, Bryant et al., 2003) Figure 8 Cmparaisn des cûts de cnstructin et de maintenance de deux techniques de dépllutin des eaux suterraines : BPR et «pmpage-traitement» (Meggyes et al., 2000) Figure 9 Variatin de la cncentratin en arsenic en fnctin de la prfndeur en septembre 2006 (en bleu) et en juillet 2007 (en ruge), seln Wilkin et al., EPA Figure 10 Figures de crrsins et précipités présents sur les granules de fer, micrscpie électrnique à balayage, seln Wilkin et al., EPA Figure 11 Schéma des réactins bilgiques de réductin du chrme VI Figure 12 Schéma de l installatin (Bni and Sbaffni, 2008) Figure 13 Evlutin de la cncentratin en Cr (VI) (Bni and Sbaffni, 2008) Figure 14 Dispsitin du panache de pllutin en chrme du site de Elizabeth City (Wilkin et al., 2003) Figure 15 Cncentratins en chrme et ph dans la partie «transect 1» de la BPR (Wilkin et al., 2003) Figure 16 : Mise en place de la BPR sur le site de Haardkrm au Danemark (RTDF, 2001) Figure 17 Phtgraphie du test en clnne du site de Oak Ridge (Michalsen et al., 2007) Figure 18 Schéma de la clnne utilisé (Phillips et al., 2008) Figure 19 Evlutin des cncentratins en entrée et srtie de clnne et de la masse cumulée retenue dans la résine (Phillips et al., 2008) Figure 20 Phtgraphies lrs de la mise en place du pilte de la BPR de Pécs en Hngrie (Csövári et al., 2004) Figure 21 Prfil transversal du pilte de la BPR de Pécs en Hngrie (Csövári et al., 2004) Figure 22 Effet de la BPR sur les cncentratins en calcium (à gauche) et en uranium (à drite) sur le site de Pécs en Hngrie (Csövári et al., 2004) Figure 23 Cmpsitin de la barrière perméable réactive et emplacement des murs imperméables (USDOE, 2006) Figure 24 Représentatin des curbes d is-cncentratin dans la phase slide : pur l uranium (mg/kg) (à gauche) et le calcium (g/kg) (à drite) (Mrrisn, 2003) Figure 25 Cnductivité hydraulique myenne par zne de la barrière perméable réactive (USDOE, 2005) Figure 26 Schéma de la BPR de Oak Ridge Y12 (FRTR, 2002) Figure 27 Synthèse des principales réactins dans le filtre (Curcelles, 2007) Figure 28 Variatin de la cnductivité hydraulique en fnctin du vlume filtré (Curcelles, 2007) 71 Etude RECORD n /1ª 8

10 Figure 29 Plan schématique de la BPR de type Funnel and Gate d Aznalcóllar en Espagne (Blzicc et al., 2001) Figure 30 : Cupe schématique de l emplacement de la BPR à la base du terril, site de Shilbttle (Bwden et al., 2005) Figure 31 : Emplacement des deux trnçns de BPR et des tris milieux réactifs, site de Shilbttle (Bwden et al., 2005) Liste des tableaux Tableau 1 Liste des BPR en France Tableau 2 Principaux réactifs utilisés dans le traitement des métaux et métallïdes par BPR (EPRI, 2006) Tableau 3 - Milieux réactifs utilisés pur le traitement des pllutins en arsenic, bre, chrme, sélénium, mlybdène et antimine (EPRI, 2006) Tableau 4 Résumé des différentes techniques de cnstructin des BPR (d après Gavaskar et al., 2000) Tableau 5 Cmparaisn des cûts myens de quelques matériaux réactifs (Rehl et al., 2005) Tableau 6 Cûts des différents matériaux réactifs de fer (Brnstein, 2005) Tableau 7 Quelques milieux réactifs utilisés pur le traitement de l arsenic via les BPR et sites d applicatin Tableau 8 Liste (nn exhaustive) de sites dcumentés pur lesquels une BPR a été mise en place pur le traitement de l arsenic Tableau 9 Descriptin du site pilte ASARTO de traitement de l arsenic par du fer à valence zér.37 Tableau 10 Quelques milieux réactifs utilisés pur le traitement de l arsenic via les BPR Tableau 11 Liste (nn exhaustive) de sites dcumentés pur lesquels une BPR a été mise en place pur le traitement du chrme Tableau 12 Descriptin du site de Elizabeth City de traitement du chrme par du fer à valence zér46 Tableau 13 Descriptin du site de Klding de traitement du chrme par du fer à valence zér Tableau 14 Quelques milieux réactifs utilisés pur le traitement des radinucléides via les BPR Tableau 15 Liste (nn exhaustive) de sites dcumentés pur lesquels une BPR a été mise en place pur le traitement des radinucléides Tableau 16 Caractéristiques des eaux suterraines du Centre de Recherche In situ de Oak Ridge54 Tableau 17 Cmpsitin des eaux utilisée pur les tests (Phillips et al., 2008) Tableau 18 Descriptin du site pilte de Pécs de traitement de l uranium par du fer à valence zér58 Tableau 19 Descriptin de la BPR du site de Mnticell Tableau 20 Bilan des cncentratins en entrée et srtie de la BPR de Mnticell pur les principaux plluants (USDOE, 2006) Tableau 21 Descriptin de la BPR du site de Y-12 Pathway pur le traitement de l uranium par du fer à valence zér Tableau 22 Descriptin du site de Cañn City, USA de traitement de l uranium et de mlybdène par du fer à valence zér Tableau 23 Liste (nn exhaustive) de sites dcumentés pur lesquels une BPR a été mise en place pur le traitement des pllutins cmbinées de métaux Tableau 24 Descriptin du site pilte d Aznalcóllar (Espagne) pur le traitement d une pllutin acide par un mélange de cmpst, calcite et limaille de fer Etude RECORD n /1A 9

11 Tableau 25 Descriptin de la BPR de l ancienne huillère de Shilbttle (Grande Bretagne) pur le traitement d une pllutin acide par un mélange de cmpst, purin et calcite u stériles de chaudière75 Liste des annexes Annexe 1 Liste des acrnymes utilisés Annexe 2 Références bibligraphiques Annexe 3 Tableaux des milieux réactifs et des métaux/métallïdes traités (EPRI, 2006) Annexe 4 Enquête réalisée auprès des acteurs natinaux en Annexe 5 Dimensinnement Annexe 6 Présentatin détaillée des exemples : Retur d expérience pur le traitement de l arsenic151 Annexe 7 Présentatin détaillée des exemples : Retur d expérience pur le traitement du chrme167 Annexe 8 Présentatin détaillée des exemples : Retur d expérience pur le traitement des radinucléides (uranium ) Annexe 9 Présentatin détaillée des exemples : Retur d expérience pur le traitement des drainages miniers acides et des pllutins cmbinées de métaux lurds Etude RECORD n /1ª 10

12 1 Intrductin 1.1 CADRE GENERAL DE L ETUDE Parmi l ensemble des techniques passives de traitement/restauratin des eaux suterraines superficielles plluées, les Barrières Perméables Réactives (BPR) suscitent un intérêt très frt depuis un peu plus de 15 ans. Les premiers uvrages d échelle industrielle (Amérique et Eurpe du Nrd) nt été réalisés au début des années Cnsciente de l intérêt crissant de cette technlgie, l assciatin française d industriels RECORD (Réseau Cpératif de Recherche sur les Déchets) a mandaté une première étude en 2004 sur l état de l art sur ce sujet. Celle-ci a permis de mettre en évidence que les BPR nt été jusqu à présent essentiellement dédiées au traitement des slvants chlrés (54 % des réalisatins industrielles en Eurpe) alrs que les BPR destinées à traiter les eaux suterraines plluées par les métaux/métallïdes ne représentent que 7 % des cas rencntrés (surce : Etat de l art sur les Barrières Perméables Réactives (BPR) Réalisatins, expériences, critères décisinnels et perspectives mars 2004). L bjectif de l étude, bjet du présent rapprt, est d apprfndir les perspectives d applicatin des BPR pur le traitement de nappes plluées par des métaux et/u métallïdes, et acides. Pur se faire, l étude se dérule de la manière suivante : analyse critique des recherches publiées, des essais sur site et des returs d expérience industriels (paragraphe 2), identificatin des principaux verrus, freins scientifiques et techniques expliquant le faible dévelppement industriel dans ce dmaine (paragraphe 3), présentatin des rientatins de recherche les plus adaptées pur permettre l émergence et le dévelppement de technlgies innvantes relatives à ce dmaine (paragraphe 4). 1.2 METHODE DE TRAVAIL Pur la réalisatin de cette synthèse, de nmbreuses surces de dnnées nt été cnsultées : Bibligraphie (publicatins scientifiques et techniques, brevets, sites internet). Cnsultatin directe (centres de recherche, rganismes institutinnels, bureaux d étude et de cntrôle, maîtres d œuvre, clients). Cette démarche de cnsultatin directe n a cncerné que les principaux acteurs natinaux. Analyse des principaux prjets natinaux et/u eurpéens en curs. Recherche des travaux des réseaux natinaux et/u eurpéens existants. Analyse de l expérience nrd américaine (US-EPA, ). Les résultats btenus cncernent des dmaines scientifiques très variés (hydrgélgie, géchimie, analyses technic-écnmiques, dimensinnement, axes de recherche ) et un vlume imprtant de dnnées a été btenu, surtut cncernant les travaux de recherche aux Etats-Unis. Le présent dcument ne peut pas faire une synthèse de l ensemble des sites pur lesquels la technique BPR est appliquée pur la dépllutin des métaux/métallïdes, et de l ensemble des résultats scientifiques sur site u au labratire (étude des milieux réactifs, taux de précipitatin, clmatage ). Le présent dcument synthétise dnc les principaux résultats btenus dans le but de mettre en exergue l état actuel de la technique BPR pur le traitement des métaux/métallïdes, les freins au dévelppement de cette technique et les axes de recherche à mettre en œuvre pur permettre sn émergence. Les références bibligraphiques et les sites internet cnsultés snt présentés en Annexe 2. Etude RECORD n /1A 11

13 En parallèle, une enquête a été réalisée auprès de certains prestataires de service et de certains bureaux d études représentatifs de la prfessin. Cette enquête, dnt le questinnaire est présenté en Annexe 4, a fait l bjet de peu de retur, ce qui témigne du faible taux d utilisatin de la technique. L intégratin de ces résultats est présentée dans le rapprt. Etude RECORD n /1ª 12

14 2 Barrière Perméable Réactive et métaux/metallïdes 2.1 CONCEPTS DE BARRIERE PERMEABLE REACTIVE Définitins Une Barrière Perméable Réactive (BPR) est une technique de traitement in situ des eaux suterraines, elle est définie de la manière suivante en 1998 (Pwell and al., USEPA, 1998) : An emplacement f reactive materials in the subsurface designed t intercept a cntaminant plume, prvide a flw path thrugh the reactive media, and transfrm the cntaminant(s) int envirnmentally acceptable frms t attain remediatin cncentratin gals dwngradient f the barrier. Le traitement à l aide de BPR est une technique de traitement passive, qui utilise les éculements suterrains naturels et ne nécessite pas l utilisatin d un système de pmpage pur la récupératin des eaux plluées. La BPR est cnstituée d'une zne perméable au sein de laquelle s'écule un panache d eaux suterraines plluées sus l'actin d'un gradient hydraulique naturel. Cette zne perméable est cnstituée d'un matériau réactif puvant dégrader, mdifier u adsrber les plluants. La charge plluante présente dans les eaux suterraines en aval de la barrière est abaissée. Figure 1 Schéma de définitin d une Barrière Perméable Réactive, seln Pwell and al., USEPA, 1998 Le terme de barrière est utilisé pur illustrer le rôle de barrière vis-à-vis des plluants, mais la BPR n est pas une barrière au flux d eau suterraine. Au cntraire la BPR dit être plus perméable que le milieu naturel encaissant de manière à ne pas mdifier significativement le flux des eaux suterraines. Le cncept de BPR a été dévelppé au début des années 1990 par l Université de Waterl, le premier essai pilte a été installé en 1991 à Brden (Ontari) pur le traitement d un panache de slvants chlrés. Le premier essai à échelle réelle a été installé en 1994 à Sunnyvale en Califrnie, également pur le traitement de slvants chlrés (Brnstein, 2005). Etude RECORD n /1A 13

15 Initialement, le cncept de BPR a dnc été testé pur le traitement des pllutins en cmpsés rganiques chlrés, à l aide d un réactif de granules de fer à valence zér. Des essais de labratire nt d abrd été effectués, suivi de test piltes puis d applicatin à des sites pllués. Les cmpsés chlrés snt réduits seln le prcessus chimique de déchlratin réductive : les granules de fer à valence zér snt thermdynamiquement instables et servent de dnneurs d électrns, permettant de réduire les espèces xydées Différents types de BPR Les deux principales cnfiguratins de BPR snt les suivantes : Le système de mur cntinu u tranchée cntinue u «cntinuus wall» (Figure 2b) : il s agit d un mur perméable et réactif sur tute sa lngueur. Cette cnfiguratin dit intercepter le panache de pllutin sur tute sa sectin ; Le système de «Funnel and Gate» u prte filtrante (Figure 2a) : cette cnfiguratin fait cnverger le panache de plluant vers des prtes, réacteurs de traitement. La figure 2 illustre d autres cnfiguratins de BPR utilisées actuellement : BPR cnstruite par une cntinuité de puits d injectin de réactif (Figure 2c), Cellules réactives cnstituées par des cllecteurs passifs : ces réservirs à paris étanches cntiennent des matériaux réactifs et une u plusieurs prtes (Figure 2d). Figure 2 Différents types de BPR, seln ITRC, 2005 Dans le cadre du dévelppement d un nuveau prcédé de cnstructin de pari drainante, SOLETANCHE-BACHY a breveté un système de réalisatin de prtes filtrantes, nmmé panneaudrain (Figure 3). Le principal avantage de cette technique réside dans le fait que les filtres snt cnstitués de cartuches amvibles remplies de matériau réactif. Grâce à ce prcédé, les pératins de maintenance deviennent beaucup plus simples et ne nécessitent pas le remplacement cmplet de Etude RECORD n /1ª 14

16 la prte filtrante. De plus, les cartuches peuvent être cnnectées en série u en parallèle, ce qui permet d ptimiser le temps de cntact entre le plluant et le matériau rétenteur de manière à ce que les réactins chimiques sient ttales. Enfin, précisns que la pssibilité de mettre en place des cartuches de différentes natures permet de traiter plusieurs plluants en même temps (Curcelles, 2007). Nus ntns qu en France, une grande partie des axes de recherche sur les matériaux réactifs des BPR est mis en œuvre dans le cadre de la technique panneau-drain de SOLETANCHE-BACHY. Figure 3 Schéma de principe du prcédé panneau-drain de SOLETANCHE-BACHY Chix du milieu réactif La sélectin du u des matériaux réactifs utilisés dans les BPR dépend du plluant et des mécanismes de fixatin de ce plluant (dépllutin). Les principales caractéristiques à prendre en cmpte pur chisir le milieu réactif de la BPR snt les suivantes (Brnstein, 2005) : Réactivité : le taux de réactin et la cnstante d équilibre du/des plluant(s) avec le matériel réactif snt utilisés pur déterminer le temps de résidence nécessaire, et dnc les dimensins de la BPR. Stabilité : le milieu réactif dit être efficace durant une péride suffisante de manière à atteindre les bjectifs de dépllutin fixés. Une fis qu il a été mis en place, le milieu réactif est difficile à manipuler en cas de perte d efficacité (clmatage), de plus ces manipulatins supplémentaires entrainent des cûts qui n avaient pas été prévus (excepté pur les BPR à cartuches remplaçables, type panneau-drain ). Dispnibilité et cûts : Le milieu réactif dit être dispnible et à un cût raisnnable pur que la technique reste écnmiquement avantageuse. Perfrmance hydraulique : La perméabilité du matériel réactif dit être égale u supérieure à celle de l aquifère de manière à minimiser les mdificatins de l éculement. Cmpatibilité envirnnementale : le matériel réactif dit être bien cmpris de manière à minimiser les interactins avec les eaux suterraines. Des sus-prduits indésirables ne divent pas être créés lrs des réactins avec le panache de pllutin. Etude RECORD n /1A 15

17 2.1.4 Les mécanismes de traitement Le milieu réactif de la BPR est à l rigine de un u plusieurs mécanismes de traitement des eaux suterraines, les quatre prcédés basiques, pur le traitement des pllutins inrganiques snt les suivants (ITRC, 2005) : Cntrôle du ph et précipitatin ; Oxyd-réductin ; Adsrptin et échange d ins ; Activatin bilgique. L bjectif de base des milieux réactifs des BPR est de dégrader u d immbiliser directement le u les plluants cibles, u bien de mdifier les cnditins des eaux suterraines pur détruire u immbiliser le u les plluants cibles. Cntrôle du ph et précipitatin Le cntrôle du ph permet de juer sur la mbilité de nmbreux plluants et peut être une technique de traitement efficace. La mdificatin du ph est utilisée depuis de nmbreuses années pur le traitement des pllutins minières en métaux lurds (drainage acide minier u DMA) et peut être appliquée au traitement par BPR pur les pllutins métalliques. La slubilité des métaux dépend du ph (Figure 4), du ptentiel redx, des cncentratins en espèces réactives et des cinétiques de réactins. Dans le cas d une BPR de fer à valence zér, la crrsin du fer entraîne la frmatin de radicaux hydrxyles, l augmentatin du ph et la précipitatin de certains cmpsés cmme les carbnates. Dans certains cas, cette réactin peut être négative pur l efficacité du milieu réactif car elle va tendre à clmater la BPR. Cependant, dans le cas d une BPR à réactif nn ferreux, l ajut de fer à valence zér peut permettre de cntrôler le ph et les équilibres des carbnates. Certaines cnceptins de BPR prennent en cmpte un prétraitement avec du fer pur prtéger la BPR d intenses minéralisatins. Les matériaux qui peuvent être utilisés dans les BPR pur cntrôler le ph snt les calcaires, les matériaux à base de chaux, le cmpst et des matériaux cnstitués de carbnes rganiques (ITRC, 2005). Figure 4 Relatin générale entre la slubilité des principaux métaux et le ph (ITRC, 2005) Les matériaux à base de calcaire et d apatite snt également des milieux réactifs utilisés pur les réactins minérales de précipitatin des métaux sus frme hydrxydes u carbnates (Brnstein, 2005). Etude RECORD n /1ª 16

18 Oxyd-réductin Certains atmes cmme le carbne, l azte, l xygène, le sufre, le fer u le manganèse snt des éléments clefs des réactins d xyd-réductin. La présence de ces éléments dans les eaux peut dnc entraîner des réactins d xyd-réductin et la transfrmatin chimique des plluants (xydatin, réductin, et éventuellement précipitatin). Certaines BPR utilisent l ajut d un réducteur (u d un xydant) pur prvquer des réactins d xyd-réductin. Cette technique de dépllutin est nmmée «manipulatin redx in situ (in situ redx manipulatin)». Les matériaux utilisés pur cntrôler les réactins d xyd-réductin snt : le fer, le cmpst, le dithinite de sdium (pur réduire le chrme hexavalent), le sulfure d hydrgène, l acétate et de nmbreux carbhydrates (ITRC, 2005). Le fer à valence zér reste le réducteur le plus utilisé pur le traitement des métaux tels l uranium u le chrme. La Figure 5 présente les évlutins chimiques principales liées au mécanisme de réductin pur une BPR de fer à valence zér (Rehl, 2004). Figure 5 Sectin schématique d une BPR de fer mntrant les principaux prcédés géchimiques (Rehl, 2004) La réductin peut être bitique (réalisée par des bactéries sulfat-réductrices par exemple). Dans ce cas, la BPR dit apprter des nutriments pur faire crître la masse bactérienne (matière rganique végétale, cmpst, sciure ). La précipitatin a lieu par réductin avec des dnneurs d électrns cmme les sulfates dissus. Ce mécanisme est détaillé dans la partie sur l «activatin bilgique». Adsrptin et échange d ins Le charbn activé granulaire (granular activated carbn), très utilisé en technique de dépllutin, a dnné des résultats limités pur la technique de BPR (ITRC, 2005). L utilisatin de zélite pur favriser les réactins d échanges d ins a été un succès pur la dépllutin du strntium-90 radiactif dans les eaux suterraines (site de Chalk River Labratire au Canada et site de West Valley, New Yrk aux USA). Les zélites mdifiées par un surfactant nt été utilisées pur favriser la réductin de certains métaux. Des matériaux argileux u des xyhydrxydes peuvent également être utilisés cmme milieux d adsrptin. Les clefs de l utilisatin de matériaux d adsrptin dans les BPR snt la sélectin de matériaux relativement hydrphbes, inslubles, et maniables. Les matériaux qui snt bidégradables n nt pas une lngévité imprtante et ceux qui absrbent l eau peuvent limiter les réactins de surface qui snt à la base de l adsrptin. Les réactins ptentielles de désrptin u d échange d ins inverse divent être également cnsidérées dans le chix du matériau. Le remplacement fréquent du matériel dit être pris en cmpte dans la cnceptin de la BPR. Etude RECORD n /1A 17

19 Les matériaux utilisés pur l adsrptin snt les suivants (liste nn exhaustive) : charbn d s, charbn activé granulaire, cmpsés phsphatés (incluant l apatite et ses dérivés), zélites (clinptiltite), charbn, turbe, résines synthétiques, autres surces de carbnes (sciures de bis ), sable vert de fnderie, etc (ITRC, 2005). Du fer à valence zér u des xyhydrxydes ferriques peuvent également être utilisés. Dans ce cas, le prcédé est suvent accmpagné de précipitatins (Brnstein, 2005). La capacité d adsrptin de tris matériaux (fer à valence zér, phsphates, xyhydrxydes ferriques) et a été cmparée sur le site pilte de Fry Canyn à Utah (USA), site présentant une pllutin en uranium. L expérimentatin mntre que le fer à valence zér présente les meilleures capacités d adsrptin (Brnstein, 2005). L échange d ins est un prcédé réversible pur lequel un in en slutin remplace un in similaire à la surface d un slide. La zélite naturelle est un matériau échangeur d ins mais il existe également des résines rganiques synthétiques échangeuses d ins. Les zélites présentent une surface de cntact imprtante facilitant à la fis les échanges d ins mais également l adsrptin (Brnstein, 2005). Activatin bilgique L utilisatin de réactins bilgiques au sein de BPR a été décrite dès 1998 et cntinue d être recnnue cmme un traitement efficace des eaux suterraines. Les prcédés bilgiques mettent suvent en jeux différentes étapes pur la réductin u la destructin d un plluant. Les principaux avantages des BPR bilgiques snt les suivants : le prcessus de dépllutin peut s étendre tut autur de la barrière (et nn uniquement limité à la gémétrie de la barrière) ; la BPR bilgique peut traiter un panache de divers plluants de caractéristiques chimiques différentes. Les matériaux utilisés dans les BPR bilgiques snt les suivants (sans prendre en cmpte les techniques d injectin directe de micr-rganismes) : cmpsés slides libérant de l xygène u de l hydrgène, surces gazeuses d xygène u d hydrgène, surces de carbne slides u liquides (sciure de bis ), cmpst, carbne rganique granulaire, etc (ITRC, 2005) Les étapes du dimensinnement de la BPR Des investigatins divent être réalisées pur définir les caractéristiques de la pllutin et des eaux suterraines. Les paramètres cruciaux snt les prpriétés hydrauliques, le type et la cncentratin des plluants, la masse ttale de plluants et la cmpsitin géchimique des eaux suterraines (Rehl, 2004). Les études de faisabilité divent nécessairement prendre en cmpte les étapes suivantes : chix de la méthde de dépllutin (mécanisme de fixatin/dégradatin du plluant) et milieu réactif ; expérimentatin «batch tests» et/u tests en clnne (et autres études permettant de déterminer quantitativement le taux de dépllutin) ; estimatin du temps de résidence ; calcul de l épaisseur de la zne réactive. Le test de «traitabilité» en labratire est essentiel car il évalue l efficacité du milieu réactif dans un envirnnement hydrgélgique et hydrgéchimique cmparable au site pllué. Des facteurs cmme le ph, Eh, la cncentratin en ins peuvent affecter l efficacité des milieux réactifs (effets de cmpétitin entre ins, cnditins xyd-réductrices ) ainsi que le taux de clmatage du matériau par réactin avec les ins naturels des eaux suterraines (EPRI, 2006). Il est dnc essentiel de prcéder à des essais en labratire avant de dimensinner la BPR. Etude RECORD n /1ª 18

20 2.2 IMPLANTATION DES BPR DANS LE MONDE Aperçu mndial En 2002, 94 sites équipés d une u plusieurs BPR étaient recensés dans le mnde, dnt 75 sites recensés en Eurpe, aux Etats-Unis et au Canada (Curcelles, 2007). En ce qui cncerne la nature des plluants traités, il s agissait principalement de slvants chlrés (56% des cas), de métaux (22%) et d hydrcarbures armatiques (12%). En 2005, envirn 120 BPR à réactif de fer snt présentes dans le mnde, dnt 83 snt utilisées sur site réel (ITRC, 2005). En 2008, plus de 200 mises en place de BPR nt mntré que cette technlgie peut être écnmiquement avantageuse et techniquement efficace pur traiter une grande variété de plluants (Wilkin and al., EPA 2008) En Eurpe Sur les 23 sites de traitement par BPR recensés en Eurpe en 2002 (Curcelles, 2007), la majrité (9) snt recensés en Allemagne et seulement 3 en France. Les 3 sites recensés en France snt détaillés dans le Tableau 1, une seule BPR cncerne le traitement spécifique des métaux, il s agit de la BPR de Neuville-en-Ferrain qui traite le chrme VI. Ville Site Operateur Plluants Type de barrière Réactif Année de mise en fnctinnement Neuville en Ferrain A22 Slétanche Bachy Slétanche Bachy Slétanche Bachy Chrme VI Tranchée cntinue Panneaudrain Prtes filtrantes Granules Ecsl Charbn actif Charbn actif 1994 Auby Ckerie HAP 1998 Brest Lagune de déballastage HCT+phénls+métaux lurds 2002 Tableau 1 Liste des BPR en France En Eurpe, le premier prjet a été dévelppé en 1994 (A22 en France) pur la dépllutin du chrme VI. De nmbreux prjets de BPR nt été dévelppés en Allemagne à partir de 1998, mais la plupart cncernent le traitement de pllutins rganiques. Actuellement en Eurpe, et principalement en Allemagne, les BPR relatives au traitement des eaux suillées par les métaux/métallïdes snt essentiellement au stade pilte et de R&D Aux USA C est aux USA que la technique de traitement des eaux suterraines par BPR s est dévelppée au milieu des années 1990, principalement avec les travaux de diverses rganisatins guvernementales, cmme l US EPA. En 2007 (US EPA, 2007), les techniques de dépllutin les plus utilisées aux USA pur les sites dits «priritaires» (Natinal Pririties List Sites) snt, pur le traitement in situ des eaux suterraines, les suivantes : «air sparging», biremédiatin, traitement chimique, BPR et extractin multi-phases. Sur un nmbre ttal de prjets de dépllutin de 254 (années 1982 à 2005), 9% des prjets snt réalisés à l aide de BPR (sit 24 prjets). Plus de la mitié des prjets de dépllutin des eaux suterraines in situ utilisent les techniques de biremédiatin (28%) et de «air sparging» (29%). Etude RECORD n /1A 19

21 La dépllutin in situ des eaux suterraines des métaux et métallïdes est principalement réalisée à l aide des techniques de traitements chimiques et de BPR. Sur 24 prjets de traitement par BPR, 6 prjets (25%) cncernent le traitement des métaux et métallïdes (Figure 6). Pur les sites dits «priritaires» aux USA, le premier essai de BPR a été mis en place en 1992 sur le site de Tnlli Crp (US EPA, 2007). Figure 6 Techniques de traitements in situ des eaux suterraines utilisées aux USA pur la dépllutin des sites dits «priritaires» de 1982 à 2005 (US EPA, 2007) 2.3 UTILISATION DES BPR POUR LE TRAITEMENT DES METAUX ET METALLOIDES Cntexte et prblématiques Peu d études de cas présentant l évaluatin des perfrmances des BPR snt dispnibles, en particulier pur les perfrmances liées au traitement de certains métaux et pur des cnditins hydrgélgiques cmplexes (Wilkin and al., EPA 2008). Dans certains cas d études, le traitement par BPR n a pas dnné les résultats escmptés suite aux essais de labratire. C est le cas du site de Cañn City aux USA pur la dépllutin de l uranium et du mlybdène par une BPR à réactif de fer à la valence zér (EPRI, 2006). La BPR mise en place en 2000 dit être excavée en 2004 suite à un clmatage imprtant lié à des précipitatins annexes de carbnates de calcium, xydes de fer et sulfures métalliques (EPRI, 2006). Les échecs de perfrmance des BPR snt principalement liés à la précipitatin de minéraux dans le milieu réactif, au clmatage des pres, au dévelppement de flux préférentiels et enfin à la perte du cntrôle hydraulique de la BPR. Les axes de recherche de ces 10 dernières années visent à étudier le cmprtement des BPR, en particulier les prcédés bigéchimiques dans le milieu réactif et les prcessus qui cntrôlent les flux à travers le milieu preux de la BPR. Etude RECORD n /1ª 20

22 Ces axes nécessitent clairement d être mieux cmpris pur amélirer l utilisatin des BPR cmme technique de dépllutin des eaux suterraines (Wilkin and al., EPA 2008). Les BPR traitant les métaux et/u métallïdes et les BPR traitant les pllutins rganiques snt glbalement dimensinnées de la même manière, la BPR dit intercepter l ensemble du panache de plluant et dit avir une perméabilité au mins égale à celle de l aquifère de manière à ne pas mdifier les flux de manière imprtante. Le réactif de la BPR dit être adapté aux caractéristiques chimiques de la pllutin à traiter (paragraphe suivant). Principaux matériaux réactifs Les réactifs utilisés pur la dépllutin des métaux et métallïdes Le Tableau 2 synthétise les principaux types de réactifs permettant de traiter, actuellement, les pllutins des eaux suterraines par des métaux et/u métallïdes. Le Tableau 3 présente les milieux réactifs utilisés pur le traitement des pllutins en arsenic, bre, chrme, sélénium, mlybdène et antimine. Etude RECORD n /1A 21

23 Tableau 2 Principaux réactifs utilisés dans le traitement des métaux et métallïdes par BPR (EPRI, 2006) Etude RECORD n /1ª 22

24 Tableau 3 - Milieux réactifs utilisés pur le traitement des pllutins en arsenic, bre, chrme, sélénium, mlybdène et antimine (EPRI, 2006) Fer à valence zér Actuellement, le matériau de fer à valence zér est le plus utilisé car il s agit du matériau le plus dcumenté et sn cût est relativement écnmique (paragraphe 2.4). Il permet de traiter des pllutins rganiques et inrganiques : cmpsés rganiques vlatils, hydrcarbures, arsenic, chrme, nickel, uranium, plmb, mlybdène, entre autres. Dans le cas des cmpsés inrganiques, cmme l uranium, le chrme u l arsenic, les plluants snt fixés sur la barrière de fer via les mécanismes de précipitatins et/u l adsrptin. De plus, le fer à valence zér mdifie le cmprtement bigéchimique de la nappe d eau suterraine : les mécanismes de réactins avec les principaux anins (Cl -, SO 4 2-, HCO 3 - ) et les principaux catins (Ca 2+, Mg 2+ ) des eaux suterraines guvernent les cinétiques chimiques, la crrsin du fer, les précipitatins métalliques, l activité bilgique et la prductin de gaz dans et autur de la BPR. Ces effets cumulatifs peuvent mdifier la réactivité, perméabilité et prsité de la BPR. De nmbreuses recherches nt été effectuées dans le but de déterminer les réactins chimiques u bichimiques dminantes dans la dépllutin des métaux via le fer à valence zér. La disslutin du fer métal (crrsin), la réductin micrbilgique des sulfates, la réductin micrbilgique des nitrates, l adsrptin, la prductin de gaz et la précipitatin des métaux (xydes, hydrxydes, carbnates et sulfates) snt les mécanismes imprtants qui se dévelppent dans les BPR de fer à valence zér. La durée de vie d une telle BPR sera essentiellement liée à l impact de ces mécanismes sur la barrière et sur sn efficacité à déplluer les eaux suterraines (Wilkin et al., 2003). Des études récentes nt étudié la régénératin électrique des BPR de fer à valence zér à l aide de techniques d électrcinétiques (Cundy et al, 2008). Des BPR de fer à valence zér peuvent être régénérées en utilisant un ptentiel électrique de faible magnitude (2V/cm) prduit entre deux électrdes de fer. Ce mécanisme génère aussi un frt gradient de ph qui est utilisé pur rembiliser et cncentrer les plluants autur de la barrière de fer. Les plluants peuvent ensuite être excavés. Etude RECORD n /1A 23

25 Autres matériaux La fixatin du mercure par une BPR cnstituée de cpeaux de cuivre a été étudiée en emplyant un système séquentiel d amalgamatin du mercure, suivi par la fixatin du cuivre mbilisé par un échangeur d ins cmme les zélites (Rehl, 2004, Huttenlch et al., 2003). Des études d adsrptin des métaux lurds nt été réalisées sur une large gamme de matériaux adsrbant écnmiquement avantageux : écrces, bis, algues, zélites, argile Les auteurs cncluent que le plmb, le chrme, le cadmium et le mercure présentent les meilleurs taux d adsrptin sur les chitsanes (plyside), zélites, lignine et algues marines. Le charbn actif est actuellement le matériau le plus utilisé en adsrptin. Sus frme granulaire il peut être utilisé cmme réactif de BPR pur adsrber des plluants inrganiques et rganiques. Les minéraux phsphatés cmme l hydrxyapathite u l apatite bigénique snt utilisés pur fixer les métaux par adsrptin, précipitatin u cmbinaisn des deux mécanismes. Ces mécanismes nt été décrits pur le plmb, l antimine et l uranium. D autres matériaux peuvent être utilisés : les zélites, diatmites et argiles rganiques. Matériaux innvants Des matériaux artificiels, cmme les plymères synthétiques peuvent faciliter grandement les mécanismes d adsrptin assciés à un plluant. Le PANSIL est une résine dérivée du plyacrylnitrile et recuvrant du sable de quartz (Figure 7). C est un matériau utilisé pur fixer l in uranyl (uranium VI). L avantage de ce matériau est qu il est sélectif (fixatin de l uranium), de frme granulaire et il n a pas d effet indésirable secndaire sur les eaux suterraines u sur la barrière (Rehl, 2004). Des tests en labratire nt mntré que le taux de fixatin de l in uranyl est de l rdre de 880 mg UO 2 2+ par kg de PANSIL. La séquestratin de lin uranyl dépend du ph, sn efficacité est maximale à un ph cmpris entre 4,5 et 7,5. Une fis les ins fixés, ce matériau ne les relâche pas facilement, ce qui est un des avantages de la technique (Brnstein, 2005). Le PANSIL devrait être utilisé dans des systèmes de type «funnel and gate» de manière à ptimiser sn efficacité. Il est nté que le fer en slutin peut affecter l activité de ce matériau, car celui-ci séquestre également facilement le fer. En présence de métaux alcalins u alcalin-terreux, il peut être utilisé pur la fixatin d autres métaux lurds (Brnstein, 2005). Figure 7 - Micrphtgraphie électrnique du PANSIL, un matériau réactif cnstitué de sables de quartz recuvert d un plymère, pur la fixatin de l uranium dans les eaux suterraines (Rehl, Bryant et al., 2003) Etude RECORD n /1ª 24

26 Nanparticules de fer Le récent dévelppement des nantechnlgies a entraîné de nmbreuses recherches sur les nanparticules de fer et leur applicatin cmme utils de dépllutin des sls et des eaux. L utilisatin des nanparticules de fer dans les BPR (10-9 m) fait appel à l augmentatin de réactivité de ces particules qui présentent une surface d actin plus élevée (Cundy, 2008). Ces particules pssèdent aussi une très grande mbilité. Les nanparticules de fer snt généralement utilisées pur la dépllutin des eaux suterraines car elles snt mbiles, hautement réactives, n nt pas de limitatin de prfndeur et nt un faible cût de prductin, pératin et maintenance (Brnstein, 2005). Les particules utilisées snt généralement injectées sus frme de bue directement dans le sl pur déplluer les panaches d eaux suterraines u les surces de pllutins, elles peuvent être également injectées sus frme d une émulsin, dans ce cas leur prpriété de mbilité est également utilisée. L utilisatin des nanparticules de fer a été étudiée pur les pllutins rganiques et inrganiques. Par exemple, des travaux récents nt étudié ses prpriétés d adsrptin de l arsénite et l arsénate et de réductin de la mbilité de l arsenic dans les eaux suterraines. Des recherches nt également été réalisées pur étudier la dépllutin du chrme VI via des nanparticules de magnétites. De récents travaux nt mntré le ptentiel d immbilisatin du chrme VI et du cuivre par amendement d un sl en nanparticules de fer (fer à valence zér et phsphate). De nmbreux scientifiques nt cnduit des recherches sur l utilisatin des nanparticules de fer pur la dépllutin des znes surces u cmme matériau réactif de BPR. Bien que les essais sur site se snt limités aux panaches de slvants chlrés, des travaux en labratire nt cncerné le chrme VI, le plmb II, le cadmium II et l arsenic. L ajut de palladium sert de catalyseur et augmente le taux de réactin (Brnstein, 2005). Les applicatins de nanparticules de fer qui nt été faites sur le terrain nt nécessité la libératin dans l envirnnement (eau u sl) de ces particules. Ces essais nt sulevé un ensemble d inquiétudes cncernant l impact de ces particules sur l envirnnement et leur impact ptentiel sur la santé (petite taille, grande réactivité, grande mbilité). Des études de risques sanitaires à l expsitin de nanparticules nt été réalisées mais leurs risques restent encre peu cmpris ce qui limite leur utilisatin en libératin directe dans l envirnnement (Cundy, 2008). En 2007, l USEPA a placé l étude de l expsitin aux nanparticules cmme axe de recherche priritaire. En Grande Bretagne, la Ryal Academy f Engineering recmmande que «l utilisatin de nanparticules libres (nn fixées dans une matrice) pur des applicatins envirnnementales cmme la dépllutin sit interdite jusqu à ce que des recherches adaptées sient entreprises et démntrent que les bénéfices ptentiels snt supérieurs aux risques ptentiels». L applicatin de nanparticules de fer dans un système statique u fermé cmme les BPR permettrait d éviter les prblèmes de libératin dans l envirnnement, mais leur utilisatin n est pas pssible à cause de leur faible durabilité et de leurs prpriétés mécaniques (Cundy, 2008). Des travaux récents étudient l augmentatin de la prsité des nanparticules de fer en utilisant un surfactant. L augmentatin de la prsité engendre de meilleures cnditins hydrauliques, une plus grande mbilité et une augmentatin de la surface, le taux de réactivité est plus élevé. Le cût de ce prduit est actuellement très élevé (vir Tableau 5). De récentes études nt tenté de dévelpper de nuvelles technlgies en distribuant les nanparticules de fer sur un lit de plymères preux (ArsenXnm system). Le labratire natinal de Idah (USA) a également dévelppé un nan-cmpsite (plymère FeOOH) pur l adsrptin de l arsenic (Cundy, 2008). Techniques bilgiques Un autre mécanisme imprtant pur le traitement des drainages miniers acides est la réductin bactérienne des sulfates à l aide de matériaux rganiques : cmpst, sciure, cpeaux de bis Dans ce cadre, la réductin des sulfates en sulfures est utilisée pur fixer les métaux par précipitatin de Etude RECORD n /1A 25

27 sulfures métalliques. La prductin d alcalinité et l augmentatin du ph augmentent l efficacité du système par précipitatin supplémentaire de métaux cmme les hydrxydes métalliques (Rehl, 2004). Les métaux lurds peuvent également être adsrbés sur les matériaux rganiques utilisés pur l accrissement bactérien (écrces, bis, algues ). Le site de l ancienne huillère de Shilbttle, Nrthumberland (Grande Bretagne), est un exemple d applicatin (vir paragraphe 3.5.5). Techniques d électrcinétiques L électrcinétique utilise l applicatin d un faible curant dans le sl pllué via des électrdes placées dans le sl, de manière à mbiliser les plluants (Brnstein, 2005). Les plluants snt cncentrés dans la slutin et traités via leur précipitatin sur l électrde, l utilisatin de résines échangeuses d ins u bien le pmpage vers la surface. Des essais de petite échelle nt été cnduits pur étudier cmment le gradient électrcinétique peut réduire le taux des plluants arrivant à la barrière et ainsi éviter sn clmatage. Il a été démntré que les espèces chargées se dirigent vers les électrdes. La rétentin des plluants en amnt de la barrière diminue le facteur de clmatage et devrait augmenter la durée de vie de la barrière (Brnstein, 2005). Cette technique peut également être utilisée pur régénérer les matériaux réactifs de fer à valence zér (Cundy et al, 2008, vir paragraphe sur le fer à valence zér). Gesynthétiques réactifs De nuveaux prcédés adaptés des techniques relatives au cnfinement de sls pllués/déchets/sédiments émergent. Citns par exemple, le prcédé CETCO mettant en œuvre des gésynthétiques réactifs. Psitinnés verticalement et de manière à intercepter le panache de pllutin, ils peuvent être utilisés cmme des BPR. Ces gésynthétiques snt cnstitués d une membrane cmpsite cmpsés de gétextiles et de matériaux réactifs (de type apatite pur les prblématiques métalliques). 2.4 ASPECTS ECONOMIQUES Les BPR snt, sur le curt terme, des techniques de traitements plus écnmiques que les techniques de «pmpage et traitement», cependant cette efficacité écnmique n a pu être pruvée sur le lng terme par manque de dnnées (les premières BPR nt une durée de 15 ans alrs que le traitement cmplet d un panache de pllutin par BPR peut durer 40 à 50 ans). En cmparant plusieurs sites de traitement par BPR, certains auteurs truvent que les traitements par BPR présenteraient des cûts inférieurs de 50% à ceux liés aux techniques de «pmpage et traitement» (Brnstein, 2005) Cûts de dimensinnement et de mise en place de la BPR Aux USA, les cûts des BPR dcumentées, prenant en cmpte la phase d investigatins, de dimensinnement et de mise en place, snt cmpris entre USD et 1,45 millins USD (EPRI, 2006). Ces cûts snt variables et principalement liés aux paramètres suivants : prfndeur de l aquifère, pimensins du panache pllué (prfndeur et largeur), cnsidératins gélgiques et gétechniques (les rches et les terrains cnslidés augmentent les difficultés de mise en place). Le cût du milieu réactif est imprtant, surtut si la BPR est de grande dimensin. Les paramètres suivants juent sur le vlume de réactifs à mettre en place (EPRI, 2006) : Etude RECORD n /1ª 26