Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 1

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1 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 1 L «Inventaire détaillé des méthodes de curage, de traitement et des usages possibles des sédiments pollués» a été développé dans le cadre d un projet d étude européen LIFE par des organismes publics français, néerlandais et belges.. Le présent document constitue une synthèse des éléments disponibles dans le CD rom édité pour la même étude et présentant l intégralité des résultats dont un «Système de prise de décisions pour la gestion des sédiments».

2 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 2 Dragage et Filières de destination des déblais 1. GENERALITES SEDIMENTATION CONTAMINATION OPERATION DE DRAGAGE 9 2. CARACTERISATION CARACTERISATION DES PRODUITS DE DRAGAGE CUBAGE ECHANTILLONNAGES CONTAMINANTS ANALYSES SEDIMENTS EVALUATION ENVIRONNEMENTALE DRAGAGE INTRODUCTION RECONNAISSANCE DRAGAGE EN EAU DRAGAGE HYDRAULIQUE DRAGAGE MECANIQUE DRAGAGE PNEUMATIQUE DRAGAGE ENVIRONNEMENTAL OUTILS DE CONTROLES TRANSPORTS TRAITEMENTS INTRODUCTION PRE-TRAITEMENTS TRAITEMENTS DESTINATIONS DES DEBLAIS DE DRAGAGE 114

3 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 3 1. Généralités 1.1. Sédimentation Qu est-ce qu une vase? Généralité Le nom de vase (mot emprunté au Néerlandais) est la désignation d une large famille de sédiments fins, argileux, plus ou moins organiques, pouvant atteindre des teneurs en eau importantes. Elles contiennent une phase minérale dont la granulométrie s étend des sables, aux argiles et aux colloïdes, une phase organique et une phase liquide. La vase peut se présenter aussi bien à l état de suspension (crème de vase) que de sol cohérent (sédiment cohésif) présentant alors un caractère plastique, compressible et thixotropique. Elles constituent souvent l habitat d une faune riche et diversifiée (vers, mollusques, bactéries ). Origine et formation La formation d une vase est liée à la sédimentation de particules élémentaires ou agglomérées, provenant de l érosion des sols et des roches, du transport des fonds sédimentaires, ou des apports anthropiques. Dans les zones marines ou estuariennes, le contact de l eau douce avec l eau de mer provoque des interactions sur ces particules. En effet, les vases ne sont pas neutres d un point de vue électrostatique. Les fines sont chargées négativement, ce qui occasionne une agglomération en présence de cations provenant de l eau de mer. La formation de ces flocons accélère les vitesses de chute de ces particules, qui sédimentent alors plus rapidement. Cette notion est très importante lors d un clapage en mer, en effet, la formation de ces flocons limite et réduit le nuage turbide, formé lors de l ouverture du chaland, avec les fines non décantées des puits. Constituant des vases La distribution granulométrique d un sédiment constitue son empreinte physique. Elle caractérise la taille des particules constituant la phase solide du matériau. Pour l obtenir, il est procédé à un tamisage mécanique. En dessous d une taille de 20 µm, il est nécessaire de recourir à des mesures au laser, qui utilisent le principe de la diffraction de la lumière cohérente sur un écoulement d une suspension très diluée de fines. Il est communément considéré que les «vases» correspondent à la fraction inférieure à 63 µm. Les vases sont constituées en général : d une matrice minérale (quartz, feldspaths ou carbonates) ; d argiles, fraction inférieure à 2 µm (kaolinite, illite ou smectite) ; d une fraction organique (débris végétaux, micro-organismes, acides fulviques et humiques) d une quantité d eau, présente sous différentes formes. Propriétés des argiles Les argiles sont des silicates d aluminium hydratés qui présentent une structure cristalline en feuillets. Cette constitution permet l hydratation des argiles, avec parfois un phénomène de gonflement très important. La plupart des argiles sont thixotropiques. Elles perdent leur rigidité en présentant le comportement d un liquide lorsqu elles subissent une sollicitation mécanique, et retrouvent leur caractéristique initiale au repos. La souplesse des liaisons entre les feuillets, permet aux argiles d avoir un comportement plastique. La dernière propriété des argiles est l interaction avec les contaminants. En effet, les charges négatives des argiles sont neutralisées par des cations compensateurs. Ces cations peuvent s échanger avec ceux présents dans le milieu, notamment avec les métaux lourds : c est le phénomène d adsorption. Les sédiments fins ont ainsi la particularité de capter, retenir et accumuler les contaminants.

4 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 4 Propriétés des constituants organiques Dans le sédiment, il est possible de trouver tous les composés organiques naturels, issus des végétaux, des algues et des animaux, ou bio-synthétisés par la microflore, ainsi que les colloïdes humiques. La décomposition de ces matières est très lente (plusieurs centaines d années) et combine de très fortes propriétés tensioactives et complexantes. Les substances humiques colorent la vase en noire et interagissent avec la partie minérale, provoquant des conglomérations. Elles peuvent réagir également avec les composés minéraux dissous, tels que les ions métalliques. Il se forme alors avec les cations métalliques des humates ou fulvates plus ou moins solubles dans le milieu liquide. Par exemple, l humate de mercure forme une structure très stable, qui a fonction protectrice vis-à-vis des organismes menacés par l action toxique du mercure. Nature de l eau contenue dans les vases Il faut distinguer la colonne d eau au-dessus du sédiment, et l eau interstitielle dans celui-ci. L eau interstitielle peut être découpée en quatre catégories : eau libre, qui n est pas liée aux fines; eau capillaire, qui est liée aux fines par des forces de capillarité; eau colloïdale, qui hydrate les colloïdes; eau intercellulaire, qui est liée chimiquement à la surface des particules, et constitue un film autour d elles. Contaminants des vases Le milieu naturel est soumis à des rejets industriels, urbains ou agricoles, qui entraînent l apport d un grand nombre de polluants. En conditions normales, ces polluants sont peu solubles dans l eau. Ils prédominent dans la matière en suspension (MES), et lors de la sédimentation, ils s intègrent dans les vases, qui deviennent alors des réservoirs. En tant que tels, ces contaminants peuvent être peu remobilisables dans les conditions du milieu. Le risque qu ils présentent est alors limité. Néanmoins, ce même sédiment devient toxique lorsque les conditions physico-chimiques sont modifiées. Les métaux lourds entrent dans la constitution des roches, et sont présents à l état naturel dans les sédiments. Depuis le début de l ère industrielle, des changements importants ont eu lieu dans le bilan global de la répartition des métaux à la surface de la terre. Les teneurs de certains d entre eux ont été multipliées d un facteur allant de 100 à Ils peuvent changer de forme et devenir plus ou moins disponibles. Leur durée de vie est infinie et ils ne sont pas biodégradables. Les plus dangereux sont le mercure et le cadmium, qui bloquent les activités enzymatiques du métabolisme, et sont suivis par le plomb, le cuivre, le nickel, le chrome et le zinc. Les molécules organiques toxiques (comme les pesticides, PCB, hydrocarbures...) sont des produits fabriqués par l homme. Il en existe plus de utilisés Pourquoi un canal s envase-t-il? Un canal est une zone d eau calme où les courants sont atténués. De plus, un canal joue le rôle d entonnoir vis-à-vis des masses d eaux provenant des bassins versants, auquel s ajoute un effet de stagnation des eaux dans un espace semi-clos. La conjugaison de ces facteurs entraîne un phénomène de décantation des matières en suspension véhiculées par l eau. Un canal est donc un territoire privilégié pour le dépôt des particules fines, et joue à l évidence le rôle de piège à vase.

5 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Contamination Un canal peut être généralement inséré dans un complexe urbain ou semi-industriel, dans un espace à usage multiple. Autour du canal, nous allons trouver des espaces urbanisés, des surfaces agricoles, des secteurs protégés à forte valeur écologique, des zones de baignade, de pêche autant de domaines ayant des activités et des besoins qui leur sont propres, parfois antagonistes. Comme toute activité anthropique, celles des alentours du cours d eau génèrent des nuisances et des pollutions qui vont venir s accumuler dans le sédiments. En nous référant au Groupe de Travail de la Commission Européenne sur les questions de dragage, nous pouvons lister les sources de certains contaminants et leurs effets sur la santé : Type d industries Cadmium Cuivre Chrome Plomb Zinc Pcb Acier/Fer Aluminium Peinture anti-fouling Appareils électriques Automobile Batteries Caoutchouc Chantiers navals Chimie Cuir/Tannerie Détergents/Agents de surface Distribution d eau, gaz et électricité Explosifs Extraction de minerais précieux Fabrication d oxyde Finition du métal Force motrice vapeur Galvanoplastie Munitions Photographie Pigments/Encres Planches d impression Plastiques Processus métallurgiques Raffinerie du pétrole Sources non ponctuelles Traitement des eaux usées Contamination métallique ARSENIC (As) L arsenic est naturellement présent dans les sols à l état de trace. Il est associé à de nombreux minerais sous forme de sulfures et leur traitement métallurgique (extraction, transport) conduit à sa dissémination dans le milieu. La combustion du charbon est aussi une source majeure de contamination. La toxicité de l arsenic dépend de ses formes chimiques : les ions arsénites et arséniates sont les formes les plus dangereuses pour les espèces marines et le consommateur. Le phytoplancton est le maillon le plus sensible aux effets toxiques de l arsenic. L arsenic est accumulé par les macro-algues, les mollusques, les crustacés et les poissons.

6 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 6 Mais malgré de fortes concentrations dans la chaîne alimentaire, la toxicité pour le consommateur humain n est pas établie. CADMIUM (Cd) La production mondiale de Cadmium en 1995 était de Tonnes. Une très grande quantité est utilisée dans la fabrication de batteries Ni-Cd. Le cadmium est aussi utilisé comme pigment, ou en traitement de surface des aciers, à la stabilisation de matières plastiques et à la composition d alliages non ferreux. La consommation tend à s accroître avec les voitures électriques et les appareils utilisant des batteries. Les fleuves sont aussi une source importante de Cadmium à la mer. Le Cadmium ne présente pas de toxicité pour les organismes marins à des concentrations susceptibles d être rencontrées dans le milieu. Mais il présente des risques pour le consommateur humain. Généralement, la consommation de coquillages contribue aux apports de Cadmium. Même à de faibles concentrations, il tend à s accumuler dans le cortex rénal et à provoquer des dysfonctionnements urinaires chez les personnes âgées. CHROME (Cr) Le chrome produit industriellement provient de l extraction de la chromite et de chrome. Dix millions de tonnes sont utilisées chaque année. Le chrome est principalement utilisé en métallurgie, en technologie des métaux réfractaires et dans l industrie chimique. Un million et demi de tonnes de chrome par an parviennent à l océan par les fleuves sous forme particulaire et insoluble. Les organismes marins (planctoniques, invertébrés et vertébrés) concentrent peu le chrome. On retrouve cependant de rares cas de contamination aiguë chez les moules. CUIVRE (Cu) L'industrie électrique utilise 50 % de la production mondiale de cuivre qui est de l'ordre de 10 millions de tonnes par an. Il est évalué à tonnes par an la quantité de cuivre véhiculé dans les océans par les rivières et par voie atmosphérique. L'oxyde de cuivre est aussi très utilisé dans la composition des peintures antifouling en remplacement des composés stanniques (TBT). Les bivalves, notamment les huîtres accumulent fortement le cuivre. La toxicité du cuivre varie en fonction de son degré d'oxydation et de son état de complexation. MERCURE (Hg) Parmi les sources anthropiques de mercure, les principales utilisations sont la fabrication et l'usage de catalyseurs, de fongicides, de pigments, de piles, la fabrication de chlore par électrolyse, le traitement des minerais, l'incinération de déchets et la combustion de charbon. Les sédiments constituent un réservoir important de contamination mercurielle. Les concentrations en mercure total dans les poissons varient beaucoup d'une espèce à l'autre en fonction du niveau trophique où ils se situent ainsi que de la taille des spécimens utilisés. Les poissons présentent une capacité de concentration du mercure d'un facteur de 104 à 106. Pour le consommateur humain, les effets toxiques du mercure sont importants. Le mercure présente un risque majeur pour l'écosystème marin et la consommation humaine. NICKEL (Ni) Le nickel est très répandu dans la croûte terrestre et il est présent en mer généralement sous forme de Ni 2+. Les apports fluviaux en milieu marin sont estimés à 1,5 million de tonnes par an essentiellement sous forme particulaire.

7 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 7 L'utilisation de combustibles fossiles libère tonnes par an dans l'atmosphère. Le Nickel est susceptible d'être mobilisé par la dégradation de la matière organique en milieu oxique et la dissolution réductive des oxydes de manganèse en milieu sub-oxique. La toxicité du nickel pour les organismes marins est considérée comme faible. Des effets sur la reproduction des bivalves ont néanmoins été observés. PLOMB (Pb) Malgré une forte demande pour la fabrication d'accumulateurs, la consommation annuelle mondiale s'est stabilisée autour de tonnes. Le plomb dans l'eau de mer se trouve principalement sous forme carbonatée et il présente une forte affinité pour la matière particulaire. Le plomb a la particularité d'être bio-accumulé par les organismes marins. Le facteur de bio-accumulation varie de à Le zooplancton tout particulièrement a la capacité d'adsorber une très grande quantité de plomb. Les quantités de plomb accumulées par les organismes marins présentent un danger pour la consommation humaine. ZINC (Zn) Les émissions mondiales naturelles par érosion des sols, le volcanisme et la végétation sont faibles (de l'ordre de tonnes par an) comparées aux apports anthropiques ( tonnes par an), essentiellement imputés à la métallurgie et à la combustion des bois et des charbons. De plus, dans la composition de certaines peintures antifouling utilisées sous les coques des navires entrent d'importantes quantités d'oxydes de zinc pour ses qualités d'adjuvant anticorrosion. Les sels de zinc sont moins toxiques que ceux du cuivre ou du cadmium et présentent la particularité d'être moins nocifs pour les organismes marins que ceux des eaux douces, en raison de l'action protectrice des ions calcium présents dans l'eau de mer Contamination organique Tri-butyl-étain (TBT) Les TBT font partie de la famille des composés organostaniques ou étain organique (MBT, DBT, TBT). Il s agit d une molécule complexe dont l usage est utilisé pour ces propriétés biocides (toxiques). En effet, son usage dans la composition des peintures antisalissure apporte une efficacité redoutable, et assure le rôle de barrière toxique pour empêcher la colonisation des coques des navires. Les TBT et sa famille sont régis par le Décret du 2 octobre 1992, qui en définit les interdictions et les restrictions d usages. Actuellement, ils ne peuvent être employés en tant que peinture que sur des navires professionnels de plus de 25 mètres de long. Ils vont être interdits à la vente en 2003, et d utilisation en Il faut noter que les peintures d une manière générale sont constituées d un mélange de résines (30 %) et de biocides (Oxyde de cuivre pour 35 à 50 %, herbicides et fongicides pour 10 %, comme l Atrazine). Pour les peintures à base de TBT, celles-ci contiennent, en plus des composés précédemment décrits, environ 5 à 10 % de TBT. La contamination du milieu sédimentaire s effectue déjà par le seul «stockage» des bateaux dans le plan d eau du port, qui entraîne des libérations dans le milieu de quantité non négligeable des composés toxiques. Néanmoins, cette quantité est répartie dans la masse d eau, par rapport au lessivage des aires de carénage par les eaux de pluie, qui libère des quantités très importantes dans le milieu, au niveau des exutoires de collecte des eaux. Ces micropolluants s accumulent alors dans le sédiment, et ajoutent un problème de fond au devenir des déblais, lors des éventuels dragages ultérieurs.

8 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 8 Il semble donc d après les observations que les TBT sont concentrés dans les premiers 50 cm de sédiment, et que la demi-vie de ces produits serait alors très sensiblement supérieure à 2 ans. Les premiers effets observés sur la faune apparaissent à partir d une concentration de 1 ng/l de TBT dans l eau. Chez les huîtres qui filtrent près de 100 litres d eau par jour, la pollution par les TBT peut se traduire par un phénomène de chambrage. Le cas du bassin d Arcachon fait encore «école», en effet, les ports de pêche et de plaisance ont été dragués avec un rejet direct dans le bassin. La très haute contamination des sédiments a provoqué le chambrage de près de tonnes d huîtres, qui a représenté une perte d exploitation considérable pour les conchyliculteurs. Arcachon Port Baie Brest Port Lieu Tbt en µg/kg de sédiment Références Ifremer Alzieu & Michel 1998 Saradin et al in Michel 1999 Baie Fier d Ars (île de Re) Port Baie (1) / (2) 4 (1) / 8 37 (2) (1) / (3) Michel & Averty (1) et (3) in Michel (1) 2 17 (1) Etangs Méditerranéens < Michel 1999 Thaïlande Ports Baies Vancouver Port Baie Osaka Port Baie nd - 23 TBT dans le sédiment Kan-Atirkalp et al in Michel 1999 Stewart & Thompson 1997 in Michel 1999 Harino et al in Michel 1999 Les valeurs observées dans le sédiment sont assez disparates d un port à l autre. Néanmoins, d après les premiers éléments de IFREMER, des valeurs dépassant les 400 µg/kg de sédiment démontreraient une contamination. Pour le moment, il n existe donc pas de seuils (les nouveaux textes parus au deuxième semestre 2000 n en ayant pas fixé), tant que certaines ambiguïtés sur les dosages et sur les effets ne seront pas levées par les recherches en cours. Les niveaux (non officiels et en cours de discussion au sein de GEODE) proposés par IFREMER sont niveau 1 : 400 µg/kg (ou 0,4 mg/kg) et niveau 2 : 1000 µg/kg (ou 1 mg/kg). Poly-chloro-biphényls (PCB) Le terme de PCB désigne une famille de composés organochlorés de haut poids moléculaire de formule chimique C 10 H (10-n) Cl n. Les PCB avaient fait l'objet de multiples utilisations comme additifs dans les peintures, les encres, les apprêts de revêtements muraux et le matériel électrique de grande puissance. Le groupe des PCB comprend 209 congénères qui se distinguent par le nombre d'atomes branchés sur la molécule et par leur position sur le noyau biphényle. Les foyers de contamination de la zone littorale se situent à proximité des grands fleuves en relation avec l'importance de l'urbanisation et de l'activité industrielle de leurs bassins versants. Les PCB présentent une pollution diffuse d'origine strictement anthropique. Le devenir des PCB dans l'environnement s'explique par leurs propriétés physico-chimiques : ce sont des composés semi-volatils, hydrophobes et persistants. Dans la frange littorale, les dépôts sédimentaires constituent une importante zone de concentration des

9 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 9 PCB. En effet, la capacité du sédiment superficiel à piéger les PCB augmente avec la quantité de particules fines et le taux de carbone organique présent. De plus, du fait de leur caractère hydrophobe, de leur grande stabilité chimique et de leur présence dans les sédiments vaseux, les PCB sont accumulés par les organismes benthiques (méiofaune et microfaune enfouie) au contact des sédiments. Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) Les hydrocarbures aromatiques polycycliques sont des substances dont la structure chimique est constituée de plusieurs noyaux aromatiques ayant en commun plus d'un atome de carbone. Les HAP présents dans l'environnement proviennent de biosynthèses par les organismes vivants (pérylène par exemple), de pertes lors de transports, de l'utilisation de carburants fossiles, et enfin de la pyrolyse de matières organiques à très haute température (par exemple, 1 litre d'essence consommée libère 50 à 100 mg de benzo[a]pyrène). Les propriétés physico-chimiques des HAP sont caractérisées par une faible solubilité dans l'eau de mer, une forte affinité pour les solvants organiques et une adsorption élevée sur les matières en suspension et sur les colloïdes. En raison de leur caractère lipophile, les HAP présentent une forte affinité pour se concentrer dans les sédiments et les organismes vivants. Les HAP peuvent interagir avec certains mécanismes cellulaires soit directement en se fixant sur les sites lipophiles, soit indirectement par liaison avec des métabolites provoquant ainsi des effets à long terme. Ceux sont principalement ces effets à long terme et plus particulièrement leurs aspects cancérogènes et mutagènes qui présentent les risques écologiques les plus importants Opération de dragage Une opération de dragage peut se décomposer en plusieurs étapes : Etudes préalables et Caractérisation des sédiments, choix de la filière de destination, extraction des boues, transport des matériaux de dragage, et traitement. Ces étapes sont pourtant interdépendantes et les techniques et protocoles sont en constante évolution. Les professionnels impliqués dans les opérations de dragage trouveront ici une série de fiches présentant une sélection objective des techniques commercialisées et protocoles appliqués en terme de reconnaissance, de dragage, de transport, de mise en dépôt, de traitement et de suivi des sédiments contaminés regroupés sous les thèmes suivants : Evaluation environnementale : Présentation de l intérêt d une réflexion basée sur une étude d impact, une analyse de risque, ou une analyse de cycle de vie (ACV). Pré-études et caractérisation des sédiments : Comment caractériser les sédiments dans une opération de dragage: les différentes méthodes et protocoles (échantillonnage, propriétés physiques et chimiques, toxicité )? Quelles sont les études complémentaires pertinentes pour appréhender une opération de dragage? Choix des filières de destination : Présentation des filières de destination potentielles (sites de dépôt, immersion en mer, régalage ) et possibilité de revalorisation (vitrification, cimenterie ). Techniques de dragage et Transport des produits : Présentation impartiale des techniques de dragage (extraction mécanique, hydraulique, pneumatique, dragues et outils spéciaux, outils de contrôle ), et des techniques de transport des produits dragués suivant des critères techniques, financiers et environnementaux. Pré-traitement et Traitement des produits de dragage : Présentation impartiale des techniques de pré-traitement (séparation granulaire ) et de traitement (physique, chimique, biologique ) des sédiments contaminés.

10 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Caractérisation 2.1. Caractérisation des produits de dragage Caractérisation des Produits de Dragage La caractérisation quantitative et qualitative des sédiments (structure, propriétés physico-chimiques et biologiques et comportement) est une opération indispensable pour la gestion correcte d un projet de dragage. Des procédures d échantillonnage et d analyses sont alors à mettre en œuvre pour la caractérisation des matériaux. Ces procédures n existent pas dans tous les pays. Malgré tout, du mode de gestion de chacun d entre eux, il ressort de grandes lignes directrices communes. Analyses Physiques Analyses Chimiques Bio essais Les indices biologiques Tests Bactériologiques Tests de Lixiviation 5 Types d analyse L analyse granulométrique permet de déterminer la taille des particules, d établir les processus de décantation et de remise en circulation et d identifier une éventuelle séparation fractionnée. Les caractéristiques physiques des sédiments ont une grande influence sur leurs propriétés mécaniques, mais aussi sur leur comportement à l égard des contaminants. Il s agit de déterminer la teneur en contaminants chimiques organiques et inorganiques des matériaux à draguer. Ces analyses donnent des indications quant au choix de la filière de destination et des moyens à mettre en œuvre pour effectuer l opération de dragage dans de bonnes conditions environnementales. Les bio essais sont des tests d écotoxicité de divers ordres permettant d appréhender la toxicité du produit, l effet sur la croissance d organismes vivants, la bioaccumulation Ils permettent de déterminer, à partir de la mesure de la diversité et de l abondance de certaines populations vivant dans les sédiments, d apprécier la qualité globale du sédiment. Les ports et rivières reçoivent des eaux usées d origine urbaine et agricole. Ces rejets contiennent, potentiellement, des bactéries et virus dont certains sont pathogènes pour l homme. Cela peut lui être transmis lors de baignades ou de consommation de coquillages. L évaluation de l impact microbiologique passe donc par la connaissance de la charge bactérienne et virale du sédiment et des mécanismes qui régissent l activité et la survie des bactéries dans l écosystème. Dans le cadre d un stockage, le sédiment est déposé dans une zone confinée, qui l empêche de se disperser dans le milieu environnant. Le transfert d éléments traces ne peut alors avoir lieu que par un vecteur qui peut être l eau (lessivage ). Il s agit donc de connaître la propension qu ont les contaminants, fixés aux sédiments, à se libérer et à se disperser avec l eau. D une manière simplifiée, une fraction du matériau à analyser (100 g) est mise en agitation dans 1 litre d eau douce, durant 16 heures. L opération est pratiquée trois fois sur le même échantillon. Les trois lixiviats sont ensuite filtrés, et le filtrat résultant analysé. Le test de lixiviation est donc une mesure de solubilité du matériau et de relargabilité des contaminants sur une période courte (désorption).

11 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Cubage Cubage Plus la zone à draguer sera définie précisément, plus le curage sera efficace (volume dragué optimum) et économique Pourquoi Exemple : une erreur de 25 cm d épaisseur sur une surface de m2 engendre 250 m3 de sédiments à draguer en plus Comment Outils L échantillonnage permet de définir la répartition horizontale et verticale des sédiments à draguer Une répartition des stations de prélèvement représentative permettra d éviter les erreurs d appréciation des zones contaminées En effectuant des prélèvements sur une épaisseur significative afin d avoir une idée de la répartition verticale des couches sédimentaires En utilisation les données existantes tels que le niveau de tirant d eau dans un chenal de navigation Nivellement Echosondeur bathymétrique Echosondeurs Bathymétriques On distingue 2 familles de sondeurs bathymétriques ; les sondeurs monofaisceaux et les sondeurs multifaisceaux. Dans le premier cas ces sondeurs se caractérisent par un seul aller retour de l onde acoustique. Dans le cas du sondeur multifaisceaux, 60 céramiques sont réparties sur toute la surface du sondeur. Dans le cas des sondeurs multifaisceaux, l acquisition est non seulement verticale mais également latérale. La précision est donc largement supérieure à celle du sondeur monofaisceaux. En général, ces sondeurs sont utilisés en domaine ouvert (20 à 250 m). L avantage du sondeur multifaisceaux est de couvrir une surface d environ 2 fois la hauteur d eau ; ainsi pour une acquisition sous 20 m d eau, la couverture sera de 40 m, d où une rapidité d investigation sur le terrain. La fréquence de travail est un paramètre important. Plus la fréquence est élevée, plus la précision sera importante, mais moins les couches sédimentaires sont pénétrées. Ces deux types de sondeur peuvent alors fonctionner à des fréquences différentes selon que l on effectue un relevé bathymétrique (210 khz ou 500 khz) ou que l on veuille pénétrer les couches de sédiment (33 khz). Toute la difficulté repose sur la crème de vase : la fréquence choisie la prend-t-elle en compte ou non? En terme d appareillage, il existe des échosondeurs monofaisceaux bi-fréquences permettant d effectuer les deux types d opérations. Par contre, il ne donneront pas la même précision qu un échosondeur multifaisceaux pour une surface de travail donnée. En effet, ce dernier travaille avec un faisceau qui balaye la zone. Ce principe est décrit sur le schéma ci-dessous.

12 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 12 Sondeur Monofaisceau Sondeur Multifaisceau Monofaisceau (Cl. Reson) Multifaisceau (Cl. Reson) Type d instrument Sondeur monofaisceaux Sondeur bathymétrique Multifaisceaux Type de travail Acquisition de données de sondes Couverture bathymétrique latérale Plage d utilisation Petits fonds : 0 50 m 0.2 à 1000 m Précision 20 cm 5 cm Résultat Couverture bathymétrique 2D, 3D Couverture du fond Rythme de travail - Vitesse d acquisition Max : 18 km/h Prix Logiciel de navigation Logiciel de navigation Outils complémentaires Avantages Inconvénients Centrale d attitude (corrige le roulis et tangage) Logiciel d acquisition Mise en place rapide Prix modeste Calibrage de la propagation de l onde Utilisation difficile en grands fonds Centrale d attitude (corrige le roulis et tangage) Logiciel d acquisition Couvre latéralement 2 fois la hauteur d eau Très grande résolution Prix élevé Nécessite un espace de stockage mémoire important

13 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 13 Nivellement A l aide d une mire sur une embarcation et d une lunette de visée ou d un tachéomètre (lunette de visée laser), la hauteur d eau, le niveau supérieur de la couche de vase et le fond dur sont obtenus. Le relèvement s effectue point par point selon un profil transversal au cours d eau. Le nombre de points sera forcément fonction de la largeur du cours d eau. La carte globale se fait alors par extrapolation des profils transversaux. Il est nécessaire de prendre en compte la côte de l eau, d avoir un positionnement précis des profils pour tenir compte des particularités du terrain. Le nivellement n est généralement pas précis et admet une erreur de 20 %. Le volume de sédiment se fait ensuite par extrapolation entre deux profils : V=S*L V=volume de sédiments en mètres cubes S=section envasée en mètres carrés L=distance entre deux points de mesure en mètre Tachéomètre

14 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Echantillonnages Echantillonnage La caractérisation des sédiments passe inévitablement par la récupération de données antérieures et/ou par la validation d un plan d échantillonnage (définition de la méthode de prélèvement et localisation des points de prélèvement en fonction des relevés bathymétriques, des zones de confluences de rejet, ou supposé à risque). En effet, plus le secteur pollué est déterminé précisément (contexte géologique : roche dure ou tendre, présence de débris, morphologie des fonds ), plus le dragage sera optimisé (quantification des polluants, distribution spatiale des sédiments, définition du programme de dragage, détermination du devenir des sédiments). Le maillage et la fréquence des prélèvements répondent à un compromis permettant d obtenir une connaissance satisfaisante des matériaux sans que les contraintes financières ou logistiques ne deviennent insupportables. Nombre d échantillons Critères Méthodes Exemple de procédure = Voies Navigables Françaises Dépend de la situation de la zone à étudier (zone à libres échanges, confinée ou port) Bonne représentativité de la zone à draguer Raisonnable financièrement d où la notion d échantillon moyen = brassage de 3 échantillons élémentaires plus ou moins distants Prélèvements en ligne Prélèvements aléatoires (Méthode géostatistique) Milieu rural Volume du chantier de dragage Nombre d échantillons représentatifs Au minimum 1 échantillon et 1 < m 3 échantillon par tranche de m 3 3 échantillons minimums et 1 > m 3 échantillon par tranche de m 3 Milieu urbain Volume du chantier de curage Nombre d échantillons représentatifs < m 3 Au minimum 1 échantillon et 1 échantillon par tranche de m 3 > m 3 3 échantillons minimums et 1 échantillon par tranche de m 3

15 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 15 Instruments de prélèvement Les types d outils principalement utilisés sont les carottiers et les bennes. Les premiers permettent d avoir une représentation verticale des couches de sédiment tandis que les secondes échantillonnent des sédiments plutôt vaseux. Nous décrivons ci-après les principaux outils utilisés sachant que l offre technico-commerciale est très grande dans ce domaine. Outils Descriptif Photo Benne Van veen Benne Eckmann Carottier à main Carottier gravitaire Tarière à main Il s agit d une benne en acier inoxydable de dimension variable (250 à 1000 cm2). Elle descend ouverte sous son propre poids pour pénétrer les sédiments. Le système de fermeture est actionné depuis la surface par une chaîne. Elle a l avantage de prélever des sédiments sablograveleux et de travailler à n importe quelle profondeur mais, comme toute les bennes, est soumise aux fort courants. Son principe de fonctionnement est le même que celui de la benne Van Veen à l exception de son système de fermeture. En effet, c est un messager descendant le long d un bout qui enclenche la fermeture de la benne. Ces bennes sont légères et de petite taille (~ 225 cm²). Elles permettent d échantillonner des sédiments plutôt vaseux Utilisé pour des profondeurs inférieure à 5 m, il se présente comme une grande tige en acier, un tube en plastique et un piston. Ce type de carottier est aussi efficace pour des sédiments compacts que pour des produits plus liquides. Il ne pose pas de problème majeur de tassement du produit quand on aide le piston à travailler. Avantages : Simple et efficace, compactage limité, tube transparent permettant une vision de la carotte rapide, changement rapide de tube. Construit en acier inox, ce carottier a été conçu pour effectuer des prélèvements dans des sédiments fins compacts. Il descend sous son propre poids et celui de lestes, placés en tête, au bout d un câble, et s enfonce dans le sédiment. Une fois la carotte pleine, la fermeture se fait automatiquement par le haut de la carotte. Le sédiment ne peut pas non plus s échapper par le bas du fait de la présence de griffes dirigées vers l intérieur de la carotte. Le tube mesure de 770 mm à 1000 mm pour un diamètre de 53 mm. Il a été conçu pour des prélèvements jusqu à 10m, dans des sols meubles. La carotte en elle même se présente comme un ½ cylindre avant enfoncement. Une fois en place, il suffit de tourner la tarière sur elle même pour découper la carotte et refermer le cylindre par dédoublement de la paroi. On obtient ainsi une carotte de 50cm. Il y a aussi, de plus en plus, de soin apporté à la conservation et au transport des échantillons. Les récipients se doivent d être hermétiques et inertes. S il doit y avoir conservation des échantillons, il est préconisé de le faire par réfrigération (~4 C) et non par congélation (modification de structures). Une fiche descriptive de l échantillon est souvent recommandée afin de bien replacer le prélèvement dans son contexte. Cette fiche est constituée de la description de l emplacement du prélèvement, la date, la profondeur, le matériel de prélèvement, la composition de l échantillon, les conditions hydrologiques, une description macroscopique (type de sédiments, couleur, odeur ).

16 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Contaminants Contaminants : Présentation & Comportements Les Métaux Lourds Les Organiques Les Nutriments Cadmium, Plomb, Zinc, Cuivre, Chrome, Nickel, Mercure, Arsenic HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) PCB (PolyChloroBiphényls), les pesticides Hydrocarbures Azote, Phosphore Les Matières Radioactives Cobalt, Sélénium Escherichia coli, Streptocoques fécaux, coliformes thermotolérants Les Bactéries Ces contaminants n ont pas le même pouvoir de fixation selon les conditions géochimiques et la nature des solides. Ils peuvent donc être plus ou moins biodisponibles ce qui influence fortement le choix de la filière de destination des matériaux dragués. En effet, le sédiment peut présenter des teneurs élevées de polluants qui ne sont pas remobilisables dans les conditions naturelles du milieu, mais il peut aussi devenir toxique lorsque les conditions physico-chimiques sont modifiées lors d un dragage par exemple. Les sédiments ne constituent pas un simple réservoir pour les polluants : ce sont de véritables réacteurs biogéochimiques capable d adsorber et de transformer les polluants, de modifier leur biodisponibilité, de les recycler ou de les transférer vers la colonne d eau, vers le sol ou les nappes phréatiques. Comportement des métaux rejetés en cours d eau d après MARCHANDISE & ROBBE, 1978

17 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 17 Facteurs d adsorption des contaminants Processus d adsorption des contaminants la granulométrie (les contaminants ont tendance à se fixer sur la fraction fine des particules <20 µm) la teneur en matière organique précipitation des métaux lourds sous forme de carbonates adsorption ou co-précipitation sur les surfaces minérales (oxydes) ou biologiques (accumulation) dispersion des composés organiques et minéraux parmi les solides en suspension décantation de certaines substances en aval d un lieu de rejet, d une embouchure ou d un élargissement Les sédiments peuvent fixer les contaminants durant plusieurs dizaines d années. Une modification physico-chimique des solides peut faire varier la biodisponibilité des contaminants, notamment à mesure que la profondeur d eau augmente (conditions aérobies puis anaérobies). Les contaminants organiques n interviennent pas dans ces transformations, et 40 à 70% des métaux lourds et la majorité des hydrocarbures chlorés peu solubles se maintiennent dans les solides en suspension et pénètrent dans les sédiments. Sources Vecteurs de transfert Précipitations atmosphériques (pluies acides, dépôts de poussières Lessivage des Sols Rejets d effluents industriels Décharges d ordures ménagères et rejets d eaux usées Manutention de contaminants (stockage, transbordement, transport) Sites contaminés, d anciennes décharges ou d usines désaffectées Installations et déchets militaires Aériens (poussières dans l atmosphère ) Hydrologiques (rejets, ruissellements, lessivage, résurgence ) Les Métaux Lourds C est l exploitation du sous-sol et les activités industrielles (métallurgie, galvanoplastie, production de teinture, industrie du textile ) qui sont la source principale de la contamination des sédiments dans les cours d eau par les métaux lourds. Sont retrouvés ainsi du Chrome dans les rejets des tanneries, du Plomb, du Zinc et de l Etain dans les effluents proches de chantiers navals, Usines de cuivre Les agents de déplacements sont l eau (par les eaux usées urbaines, les eaux de pluie ) et l air (par les émissions industrielles ). Ces métaux ont des propriétés toxiques, et parfois cancérigènes ou mutagènes. Deux facteurs accentuent la gravité des polluants métalliques : ils ne sont pas biodégradables et ils s accumulent dans l environnement en s associant avec les matières organiques ou inorganiques par des phénomènes d adsorption, de complexation et de combinaisons chimiques. Pour chacun des métaux toxiques, sont présentés leurs sources, leur comportement géochimique, leur toxicité et ses effets sur l homme, la flore et la faune. numéro atomique X Masse atomique

18 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments AS Arsenic Sources Comportements Géochimiques Toxicité Effets Production annuelle mondiale : tonnes Grillage et raffinage de minerais (pollution atmosphérique) Pesticides, insecticides Arsenic élémentaire dans les alliages pour ses propriétés mécaniques ou de résistance à la corrosion Anhydride Arsénieux pour l industrie du verre Anhydride arsénique (As 2 O 5 ) pour le traitement des bois ( tonnes par an) Arsenite de sodium dans l agriculture Forme prédominante As 3+ Si l environnement est réducteur, il y a libération d ions As 3+ toxiques Corrélation avec la concentration en Fer Des couches supérieure de sédiments aux inférieures: Anoxie progressive qui solubilise l Arsenic sous forme As(III) entraînant sa remobilisation partielle Couches profondes de sédiments : présence de sulfure favorisant la fixation définitive de l Arsenic Ions arsénites et arséniates hautement toxiques Inhibition du développement de micro-algues Macro-algues et poissons moins sensibles 48 CD Cadmium Sources Comportements Géochimiques Toxicité Effets Production mondiale : tonnes par an Batteries Ni-Cd Traitement de surface d aciers Stabilisation de matières plastiques Composition d alliage ferreux Forme prédominante Cd 2+ Fixation par les particules en suspension 95 % du Cadmium est sous forme particulaire en eau douce L adsorption du Cadmium par les sédiments est principalement en relation avec les concentrations en carbone organique Si la force ionique du milieu s accroît, il peut y avoir remobilisation Risque pour les organismes d eau douce Risque à long terme pour l homme Limite d ingestion pour 1 adulte : 70 µg/jour (OMS) Effets physiologiques pour les larves de crustacés (respiration, stimulation enzymatique) Inhibition de croissance pour le phytoplancton Accumulation dans le cortex rénal humain sur de très longues périodes (50 ans), dysfonctionnement urinaire chez les personnes âgées

19 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments CR Chrome Sources Comportements Géochimiques Toxicité Effet Production annuelle : millions de tonnes Extraction de minerais : la chromite (FeOCr 2 O 3 ) Utilisation dans les alliages ferreux pour lutter contre la corrosion et améliorer les propriétés mécaniques (ex : Inox teneur en Cr > 12%) Utilisation dans les alliages non ferreux pour l industrie aéronautique Utilisation dans l industrie chimique : Chromage dans l industrie automobile, tannage des cuirs (le Chrome rend les cuirs résistants aux attaques bactériennes), pigment de coloration, pigment anti-corrosion Utilisation pour la manufacture des briques réfractaires (le Chrome habille l intérieur des fours où le produit traité est très agressif : industrie du papier Kraft, industrie du verre ) Formes prédominantes : Cr 3+ Cr 4+ à l état dissous en milieu aquatique Cr 4+ très soluble Cr 3+ principalement sous forme particulaire et insoluble, intégré aux mailles d alumino-silicate constituant les particules Solubilisation du Chrome dans les couches oxiques du sédiment et donc flux de Chrome dissous vers les eaux sous jacentes Peu de connaissance sur la toxicité sublétale des formes d oxydation du Chrome Anomalies dans le développement larvaire des bivalves Peu de connaissance pour les effets sur l homme 29 CU Cuivre Sources Comportements Géochimiques Toxicité Effet Production mondiale : 10 millions de tonnes par an Industrie électrique, métallurgique, traitement de surface, galvanoplastie Utilisation de l oxyde Cu 2 O comme matière active des peintures antissalissures Traitement agricole, traitement des algues Formes prédominantes : particulaire, dissoute et colloïdale Il forme des complexes avec des bases fortes telles que les carbonates, nitrates, sulfates et chlorures. Elle varie selon la solubilité des sels de Cuivre, du degré d oxydation et de l état de complexation du Cuivre. Il est plus toxique sous forme ionique que sous forme adsorbée sur des fines CuO et Cu 2 O, très peu solubles, toxiques à des concentrations de 1 à 2 mg/l Développement embryonnaire de larves perturbé Diminution de l activité photosynthétique

20 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments HG Mercure Sources Comportements Géochimiques Toxicité Effets Fabrication de catalyseurs, de fongicides, de pigments et composés mercuriels Piles Fabrication de chlore par électrolyse sur cathodes de mercure Traitement de minerais ferreux Incinération de déchets, combustion de charbon Rejets industriels Formes prédominantes : degrés d oxydation 0, I, II 90 % du Mercure associé aux matières en suspension 3 degrés d oxydation différents peuvent former des liaisons covalentes pour donner des dérivés alkylés ou phénylés très toxiques Echanges avec l atmosphère par le mercure métal et le diméthyl mercure (CH 3 ) 2 Hg qui sont très volatiles Effets toxiques très importants chez l homme et la faune Induction de métallothionéines chez les poissons Altération de la distribution des espèces phytoplanctoniques Troubles neurologiques chez l homme Dose admissible ingérée : 200 µg/jour de mercure méthylé pour 1 adulte (OMS) 28 NI Nickel Sources Comportements Géochimiques Toxicité effets Combustibles fossiles ( t) et production de métaux non-ferreux (9 000 t) (pollution atmosphérique) Forme prédominantes : Ni 2+ Il est retrouvé sous forme particulaire (95 %) Affinité pour les oxyhydroxydes de fer ou de manganèse Dégradation de la matière organique en milieu oxique Mobilisation Dissolution réductive des oxydes de manganèse en milieu suboxique Mobilisation Bioturbation = facteur prédominant remise en suspension du Nickel dans la colonne d eau Pas d effet majeur pour les organismes aquatiques en dessous de 349 µg/l de sulfate de Nickel Anomalie du développement larvaire des bivalves

21 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments PB Plomb Sources Comportements Géochimiques Toxicité effets Production mondiale : 5.5 millions de tonnes par an Utilisation de plomb tétraéthyle comme additif antidétonnant dans les carburants (pollution atmosphérique) L activité sidérurgique engendre des rejets Formes prédominantes : carbonates PbCo 3 ou PbCl 2 et PbCl + Forte affinité pour la matière particulaire L augmentation de la chlorinité engendre une baisse de la fraction adsorbée sur les particules L augmentation du ph engendre une augmentation de la fraction adsorbée sur les particules Plomb inorganique moins toxique que le Plomb organique Effets sur la communauté algale et les bivalves Retard de croissance chez le phytoplancton Effet négatif sur la production primaire Anomalie dans le développement embryonnaire de bivalves Toxicité à haute dose (travaux miniers) polynévrites périphériques et encéphalites 30 ZN Zinc Sources Comportements Géochimiques Toxicité effets Métallurgie Combustion des bois et des charbons Dissolution des masses de zinc pur fixées sur les parties immergées des bateaux et des peintures antisalissures (oxyde de Zinc) comme adjuvant anticorrosion Si le ph > 8, il se transforme en hydroxyde divalent Zn(OH) 2 et donne des complexes avec les ligands organiques ou se fixe sur les matières en suspension Les sels de Zinc sont moins toxiques que ceux du Cadmium ou du Cuivre Impact sur le phytoplancton et les poissons Diminution de l activité photosynthétique Altération des branchies des poissons Provoque des retards de ponte chez les poissons

22 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 22 Les Substances Organiques Certains composés organiques, notamment les hydrocarbures, sont clairement toxiques voire, comme les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques, cancérigènes. Toutefois, ils se décomposent plus facilement et sont donc moins facteurs de bioaccumulation que d autres composés, comme les PCB utilisés dans les liquide de refroidissement, adhésifs, cires, vernis Leur présence dans les sédiments est principalement due aux activités humaines : incinération des ordures, utilisation de détergents, raffinerie, production industrielles et énergétiques, utilisation de pesticides, utilisation de biocides antisalissures dans les peintures HAP PCB TBT Détergents Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Ils sont constitués de plusieurs noyaux aromatiques ayant en commun plus d un atome de carbone. Ils constituent une large classe de contaminants qui se différencient entre eux par le nombre de noyaux aromatiques, leur position dans la structure moléculaire ainsi que par la nature et la position des substituants. Phénanthrène Sources Comportement géochimique Toxicité Effet Pyrolyse des matières organiques à haute température Usines de production d Aluminium Raffineries de pétrole Rejets urbains Biosynthèse par des organismes vivants (ex : le pérylène formé dans des sédiments anaérobies à partir de quinones d origine biologique) Utilisation des carburants fossiles, charbon, pétroles Forte affinité pour les solvants organiques Adsorption élevée sur les matières en suspension et les colloïdes en milieu aquatique en présence d oxygène : dégradation par oxydation chimique, photo-oxydation et transformation métabolique par les organismes vivants, animaux ou végétaux En milieu anoxiques, ils sont résistants à la dégradation chimique et biologique Interaction avec les mécanismes cellulaires en se fixant sur les sites lipophiles effets à long terme Sur les mammifères, sont cancérigènes : 7,12- diméthylcholanthracène, benzo[a]pyrène, dibenzo[a]pyrène, dibenzo[ai]pyrène

23 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 23 PolyChloroBiphényles Il s agit d une famille de composés organochlorés de haut poids moléculaire de formule chimique C 10 H (10- n)cl n. Ces mélanges sont utilisés comme additifs dans les peintures, les encres, et les apprêts destinés aux revêtements muraux. Leur utilisation a été limitée aux systèmes clos dans les années soixante-dix puis la production industrielle a été arrêtée en 1987 en France. Sources Comportement géochimique Toxicité effet Pertes lors de remplissage et retraitement de systèmes clos Rejets urbains Décharges de matériel usagé Activités liées à la récupération des matériaux ferreux Composés semi-volatils, hydrophobes et persistants Sous forme dissoute ou associée aux argiles Quand la quantité de particules fines et le taux de carbone organique augmentent, la capacité du sédiment à piéger les PCB augmente aussi Du fait de leur stabilité chimique et leur caractère hydrophobe, ils sont bioaccumulés Pas de caractère de toxicité aiguë Les mécanismes de toxicité sont caractérisés par l activation des systèmes enzymatiques communs Hypertrophie hépatique, effet cancérogène, chloro acné, altération de fonctions reproductrices chez des animaux de laboratoire

24 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 24 TriBuTylétain Les TBT font partis de la famille des composés organostaniques ou étain organique (MBT, DBT, TBT). Il s agit d une molécule complexe dont l usage est utilisé pour ces propriétés biocides (toxiques). En effet, son usage dans la composition des peintures antisalissure apporte une efficacité redoutable, et assure le rôle de barrière toxique pour empêcher la colonisation des coques de navires. Les TBT et sa famille sont régis par le Décret du 2 Octobre 1992, qui en définit les interdictions et les restrictions d usages. Actuellement, ils ne peuvent être utilisés que sur des navires professionnels de plus de 25 mètres de long. Ils vont être interdit à la vente en 2003, et d utilisation en Tributylétain Matière active des peintures antisalissures de bateau Sources diffusant des TBT à hauteur de 5 µg/cm2/jour Faibles échanges entre sédiments et eaux interstitielles Dégradables par action microbiologique et photolytique dans l eau mais sur un temps très long Comportement géochimique Durée de vie est estimée à plusieurs années dans le sédiment Ils sont adsorbés et bioconcentrés par les bactéries, les phytoplanctons, mollusques et les poissons Très toxiques pour les mollusques à des concentrations Toxicité extrêmement faibles (à partir de 1 ng/l) Altération du pouvoir de reproduction ou/et calcification de coquillages Effet Altération de la reproduction et malformation chez les bivalves Les Composés Phénoliques Ce sont des substances utilisés principalement comme détergents, colorants ou pesticides. Sources Rejets d effluents industriels et des égouts domestiques Sous produits de la distillation du charbon, du raffinage du pétrole, des usines de pâte à papier Des phénols d origine naturelle existent aussi dans les milieux riches en matières organiques

25 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 25 Les Nutriments Il s agit du phosphore et de composés d azote tels que l ammoniaque. Ils sont à la base de l eutrophisation, et donc du manque d oxygène (si inférieur à 5 mg/l) à l origine de la mort de la faune aquatique. Rejets d eaux usées urbaines, d effluents agricoles et Sources industriels, à haute teneur en composés organiques, phosphates, nitrates et ammoniaques Dès que ces éléments ne sont plus oxydés, le Comportement géochimiques phénomène d eutrophisation apparaît Toxicité Effet Importante en milieu aquatique si trop grande concentration (en particuliers en NH 3 ) Eutrophisation excessive qui aboutit à la mort de la faune aquatique et à une accentuation de l instabilité chimique des contaminants pouvant aboutir à des phénomènes de relargage. Doses létale de nitrites : mg/l pour les cyprinidés et mg/l pour les salmonidés. Recommandations de l OMS pour les nitrates : 50 mg/l en seuil d alerte, à partir de 100 mg/l, l eau est considérée comme non potable. Les Substances Radioactives Naturelles et Anthropiques La radioactivité naturelle produit des particules faisant partie du bruit de fond géochimique. Leur nature et les volumes engagés n entraînent pas de risques particuliers pour l environnement. Les centrales nucléaires et les installations militaires produisent des éléments radioactifs anthropiques qui se fixent de préférence sur les fractions fines en suspension. On peut donc les retrouver loin de leur point de rejet ce qui présente un risque potentiel pour l homme, la faune et la flore. Toutefois, les taux de radioactivités sont extrêmement faibles, c est pourquoi ils sont rarement pris en compte dans les projets de dragage. Les Cyanures totaux Sources Toxicité Effets Industrie métallurgique Electroplacage Ils sont hautement toxiques mais des bactéries peuvent les oxyder en dioxyde de carbone et en ammoniaque et d autres cyanates non toxiques. Déséquilibres pour la faune aquatique

26 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments CO Cobalt Sources Toxicité Utilisé dans l industrie, comme métal dur, sous forme de poudre pour le polissage notamment pour le diamant. Elément d alliage dans des aciers devant résister à l usure et à la corrosion Pas de valeurs guide à l OMS Effets Effets goîtrogènes 34 SE Selenium Sources Niveau de présence habituel Toxicité effets Utilisé pour colorer les verres dans les cellules photoélectriques Utilisation dans les photocopieuses Très variable selon les régions OMS : Dose quotidienne = 1µg/kg de poids corporel ou 10g/l dans l eau Myopathie, paralysie et mort par défaillance respiratoire pour la faune Trouble au niveau du foie repéré chez l être humain Les Bactéries et virus pathogènes C est la conséquence de rejets mal épurés que de retrouver de nombreuses bactéries et virus pathogènes pour l homme dans des zones aquatiques. L activité métabolique des bactéries dépend des caractéristiques des sédiments, de la température mais aussi de la prédation par les protozoaires. En effet, la flore bactérienne se trouve dans les interstices des sédiments qui permettent sa croissance. Ce sont les particules fines, où les interstices représentent jusqu à 50 % du volume, qui contiennent le plus grand nombre de bactéries, en offrant une grande surface de colonisation par rapport à leur masse. Les microorganismes pathogènes pour l homme, pouvant être retrouvés dans les sédiments, sont : la Salmonella, l Escherichia coli, les streptocoques fécaux, certains Clostridium, virus de l hépatite Il en va de même pour la présence de virus qui n est pas a négliger. En effet, de nombreux virus entériques tels l Hépatite A, ou les virus responsables de gastro-entérites sont adsorbés par les particules fines (< 3 µm) en suspension dans l eau. L adsorption du virus est le fait de la présence d ions Na + et Ca ++ et d un faible ph. Le dragage provoque la remise en suspension des bactéries et virus. L impact bactériologique est alors déterminé par les conditions hydrodynamiques et la qualité des matériaux dragués. Le risque sanitaire peut alors être établi à partir d indicateurs de contaminations fécales ou autres.

27 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Analyses Analyses de l échantillon Type d analyses Physiques Chimiques Biologiques Test de lixiviation Principales analyses Matière sèche Granulométrie Densité Vitesse de sédimentation Carbone organique total Nutriments Hydrocarbures totaux Sulfures Micropolluants organiques (HAP, PCB, Hydrocarbures totaux ) Micropolluants métalliques (métaux lourds ) Bioessais ou tests d écotoxicité Indices biologiques Tests bactériologiques Connaissance du risque de libération et de dispersion des contaminants Analyses Physiques : Matière sèche Intérêt Méthode courante Informations sur la porosité Permet de calculer la teneur en eau Permet de donner la teneur en contaminant sur une base sèche, permettant une intercomparaison des sédiments. Généralement, cette analyse se fait par séchage au four à 105 C jusqu à obtention d un poids constant. L humidité en pourcentage est alors déterminée par le calcul : Humidité %=100*(P hum -P sec )/ P hum (P est le poids de l échantillon) Cette méthode est relativement fiable du fait de l éventuelle présence d éléments plus volatils que l eau dans l échantillon. Généralement le seuil de détection est de l ordre de 0.2%. Analyses Physiques : Granulométrie Intérêt Méthode courante Distribution de la taille des particules et classement Surface spécifique des sédiments en m²/g évaluation de la capacité d absorption des métaux lourds et de la matière organique Evaluation de la quantité de matière en suspension dans l eau Choix la technologie la mieux adaptée en fonction de la texture du sédiment Utilisation de tamis de 2 mm à 63 µm, elle permet d isoler chaque classe granulométrique et de déterminer leur proportion pondérale Utilisation du laser pour les particules de 50 µm à 2 µm Résultats = Courbes granulométriques pourcentage de sédiments pour un diamètre donné

28 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 28 Analyses Physiques : Densité Intérêt Méthode courante Caractérisation du sédiment Pesée de l échantillon humide et après assèchement Essai de compactage (mise en pression d un échantillon) Analyses Physiques : Vitesse de sédimentation Intérêt Méthode courante Observation du phénomène de consolidation (sédiments écrasés sous leur propre poids, perte d eau, évolution des caractéristiques du matériau, tassement) et de cisaillement pour une éventuelle mise en dépôt Essai de cisaillement à la boite : l échantillon est placé entre deux demiboites qui peuvent se déplacer horizontalement, l une par rapport à l autre. L échantillon est donc cisaillé, suivant un plan opposé, sur lequel on exerce une contrainte normale et tangentielle. La force totale de cisaillement est mesurée à l aide d un anneau dynamométrique fixé à la demi-boite supérieure. Vitesse de chute par tube d Howen ou pipette d Eckman. Analyses Chimiques : Constituants Minéralogiques Intérêt Méthode courante Déterminer les différents types d argile : kaolinite, illite, smectite Estimation comportement chimique, mécanique ou hydraulique des boues de dragage Diffractométrie des rayons X Analyses Chimiques : Les Substances Organiques Intérêt 3 types Quantification des contaminants Les TBT (Tri Buthyls Etains) Les HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) sont quantifiés par chromatographie en phase gazeuse spectrométrie de masse. Avant extraction, l échantillon est enrichi de HAP marqués avec des isotopes puis mélangé avec du sulfate de sodium. On effectue ensuite une extraction des substances organiques avec un solvant approprié dans un extracteur ou par agitation ultrasonique. L extrait est séché et concentré, puis purifié. Le volume de l éluat qui contient les HAP est réduit et une quantité connue d un HAP marqué avec des isotopes lui est ajoutée pour corriger la variation obtenue lors des injections dans l appareil d analyse. Les HAP sont séparés et analysés par chromatographie en phase gazeuse. Le seuil de détection est de 2 µg par composé injecté dans le chromatographe. Pour les PCB (Polychlorobiphéniles), est utilisé un chromatographe en phase gazeuse détecteur à capture d électrons. Cette méthode permet le dosage des résidus de pesticides organochlorés, du HCB et des PCB. Ils sont extraits du sédiment avec un mélange de solvants organiques, lavés à l eau, concentrés, purifiés et fractionnés. Les fractions recueillies sont concentrées à faible volume et analysées en phase gazeuse à l aide d un chromatographe muni d un détecteur à capture d électrons. La quantification est effectuée en utilisant la procédure de la somme totale des surfaces sous les pics. Le seuil de détection est de 0.02 mg/kg pour les PCB, et entre mg/kg et mg/kg pour les pesticides organochlorés pour un échantillon de 10 à 15 g.

29 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 29 Analyses Chimiques : Les Cyanures Intérêt Quantification des contaminants 2 Méthodes courantes Méthode colorimétrique avec la pyridine et l acide barbiturique : elle est utilisable pour l analyse des cyanures totaux dont la concentration se situe dans une gamme comprise entre 0.03 et 1.0 mg/kg pour un échantillon de 10 g. Les cyanures sont extraits par distillation en milieu acide fort et adsorbés dans une solution d hydroxyde de sodium. Dans une deuxième étape, ils sont libérés sous forme d acide cyanhydrique et réagissent avec une solution de chloramine-t en milieu tamponné pour former du chlorure de cyanogène qui réagit avec la pyridine et de l acide barbiturique pour former un complexe rouge dont l absorbance à 570 mm est proportionnelle à la concentration des cyanures. Le seuil de détection est fixé à 0.03 mg/kg. Méthode par électrode sélective : cette méthode est applicables pour une gamme de concentrations comprises entre 0.20 et 100 mg/kg pour un échantillon de sédiment de 10 g. Les cyanures sont extraits en milieu acide fort et sont adsorbés dans une solution d hydroxyde de sodium. Les cyanures sont alors déterminés par potentiométrie en utilisant une électrode pour ions cyanures. La différence de potentiel mesurée est directement proportionnelle au logarithme de la concentration des ions cyanures présents dans l échantillon. Le seuil de détection est de 0.20 mg/kg. Analyses Chimiques : Les Pesticides Intérêt Quantification des contaminants 2 Méthodes courantes Analyse des phénols avec préparation d un dérivé : les composés phénoliques sont extraits de l échantillon de sédiment après avoir été acidifié à ph < 1 avec un mélange acétone-hexane. Les phénols sont alors réextraits de la solution organique à l aide d une solution de bicarbonate de potassium, dérivés avec de l anhydride acétique et des acétates phénoliques obtenus sont extraits avec de l éther de pétrole. Ce dernier extrait est concentré à faible volume et purifié à l aide d une colonne de gel de silice. L éluat recueilli est concentré au volume approprié en vue de son analyse par CPG/SM en mode d acquisition de spectre ou en mode fragmentométrie de masse. Le seuil de détection est de 0.2 µg/kg Analyse des phénols sans dérivés par CPG/SM : Les composés phénolitiques sont extraits de l échantillon de sédiment après avoir été acidifiés à ph < 1 avec un mélange acétone-hexane. L extrait est alors concentré à faible volume et on effectue un échange de solvant par du dichlorométhane. Cette solution d extrait est analysée par CPG/SM en mode d acquisition de spectre. Le seuil de détection est de 0.1 mg/kg.

30 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 30 Analyses Chimiques : Métaux Lourds Intérêt Quantification des contaminants La quantification du Cadmium, du Cuivre, du Chrome, du Nickel, du Plomb, et du Zinc dans les sédiments par spectrophotométrie d absorption atomique à la flamme est basée sur leur digestion en milieu acide. Les ions métalliques contenus dans le digestat sont par la suite aspirés dans une flamme pour être réduit à l état atomique. Les atomes, dans leur état élémentaire, absorbent de l énergie à une longueur d onde propre à chaque élément. La quantité d énergie absorbée est proportionnelle à la concentration des atomes de l espèce analysée. Les seuils de détection sont en mg/kg les suivants : Ca (2.5), Cr (10.0), Cu (2.5), Ni (5.0), Pb (50.0), Zn (2.5). La quantification du Cadmium, du Cuivre, du Chrome, du Nickel, du Plomb, et du Zinc dans les sédiments par spectrophotométrie d émission atomique au plasma d argon débute par leur digestion en milieu acide. Les métaux contenus dans l échantillon sont atomisés dans le plasma et, à cette température, ils émettent de l énergie lumineuse à des longueurs d onde qui leur sont spécifiques. Les seuils de détection sont en mg/kg les suivants : Ca (0.5), Cr (1.5), Cu (1.0), Ni (3.5), Pb (6.5), Zn (2.5). 5 Méthodes courantes La quantification du Cadmium, du Cuivre, du Chrome, du Nickel, du Plomb, et du Zinc dans les sédiments par spectrophotométrie d absorption atomique au four débute par leur digestion en milieu acide. Un aliquot du digestat est introduit dans un tube de graphite pour être séché, calciné et atomisé à haute température. Les atomes, à leur état élémentaire, absorbent de l énergie à une longueur d onde spécifique à partir de laquelle on peut déterminer la concentration de l espèce analysée. Les seuils de détection sont en mg/kg les suivants : Ca (0.01), Cr (0.2), Cu (0.1), Ni (0.1), Pb (0.1), Zn (0.01). Pour l Arsenic, on utilise une méthode d absorption atomique - génération d hydrures qui permet d analyser l arsenic libéré par l action d acides forts. Elle est utilisable dans une gamme de concentrations comprises entre 0.1 et 5 mg/kg pour des échantillons de sédiment sec dont la masse est comprise entre 0.2 g et 1.0 g. C est en présence d un acide chlorhydrique et d un agent réducteur qu il est réduit sous la forme As 3+. La forme trivalente est finalement convertie, par action de l hydrogène, en hydrure d Arsenic, un composé volatil. L arsine est ensuite entraînée dans une cellule de quartz placée dans le trajet optique d un spectrophotomètre d absorption atomique. Sous l action de la flamme, l arsine se décompose et l arsenic s atomise. Il peut alors absorber le rayonnement émis par une lampe à cathode creuse à la longueur d onde qui lui est spécifique (193.7nm). Pour le Mercure, on utilise une méthode d absorption atomique vapeur froide qui permet d analyser le mercure libéré par l action d acides forts. Elle est utilisable dans une gamme de concentrations comprises entre 0.01 et 10 mg/kg pour des échantillons de sédiment dont la masse est comprise entre 0.1g et 2.0 g. Les composés à base de mercure sont oxydés sous l action des acides sulfurique, nitrique et chlorhydrique, du persulfate de potassium et du permanganate de potassium. Le mercure se retrouve alors à l état mercurique (Hg 2+ ) dans une solution claire propice au dosage. Après réduction à l état élémentaire, il est extrait et entraîné dans la cellule d un spectrophotomètre d absorption atomique.

31 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 31 Les Analyses Bactériologiques L étude sanitaire des eaux douces utilise l analyse quantitative de germes tests qui font office d indicateurs de pollution fécale : Escherichia coli ou les coliformes thermotolérants et les streptocoques fécaux. Ces indicateurs doivent indiquer la présence de germes pathogènes et être présents uniquement lorsque les pathogènes sont présents, être en plus grand nombre que les pathogènes, se développer facilement sur les milieux de culture ordinaire et être facilement décelables et ne doivent pas pouvoir être inhibés par la présence d autres bactéries. Il a été suggérer d autres indicateurs comme le Clostridium perfringens pour la contamination fécale, les entérovirus, les virus pathogènes détectés par des sondes moléculaires et les bactériophages. Les expressions de la toxicité La toxicité est classiquement considérée selon deux modalités : la toxicité létale et la toxicité sublétale. Dans une perspective écotoxicologique ces toxicités doivent être envisagées vis-à-vis des différents niveaux trophiques présents dans les écosystèmes aquatiques : décomposeurs (bactéries), producteurs primaires (phytoplancton, macrophytes), consommateurs primaires (crustacés, mollusques, insectes, vers) et secondaires (insectes, poissons, mammifères).. Toxicité aiguë ou "toxicité létale". Elle considère une exposition brève (au plus quelques jours) et mesure la capacité d'un polluant à engendrer la mort de l'organisme exposé. Des tests standardisés permettent de la déterminer, cela consiste à tester une gamme de différentes concentrations du polluant afin de déterminer la concentration pour laquelle on observe la mortalité de la moitié des organismes (Concentration Létale 50%) à la fin du temps d'exposition (CL50 24h, 48h, 96h). Mais il est possible de s intéresser également à d autres paramètres comme le seuil de mortalité (CL1) en dessous duquel on n observe pas de mortalité, ou encore le seuil de mortalité totale (CL100). Toxicité chronique ou "toxicité sublétale". Elle considère une exposition longue, voire continue, à des concentrations bien inférieures aux concentrations létales et mesure la capacité d'un polluant à altérer les performances des organismes exposés sans pour autant entraîner leur mort. Les altérations peuvent être très diverses dans leur modalité et leur ampleur. Elles recouvrent des effets biochimiques mesurés chez des individus, aussi bien que des effets observables au niveau populationnel, en passant par des perturbations comportementales. On parle alors de concentrations effective (CE) pour laquelle on peut également déterminer les différents seuils (CE1, CE50 et CE100). La CE1 (ou CE0 suivant les modèles utilisés) est souvent appelée NOEC (concentration en dessous de laquelle on observe aucun effet). Difficultés liées à la mise évidence des effets en milieu naturel L'approche expérimentale rend possible la mise en évidence des effets que les polluants sont susceptibles d'engendrer sur les organismes aquatiques. Une telle approche amène la mise en œuvre d'essais monospécifiques qui privilégient la mise en évidence des effets directs, ou l'utilisation d'écosystèmes reconstitués (microcosmes, mésocosmes) dont le niveau de complexité permet la détection d'effets directs mais aussi indirects sur l écosystème de références comparables. Tel est rarement le cas concernant les milieux naturels ou l'exception fait souvent office de règle (caractère unique d'un écosystème, voire d'une zone particulière dans un écosystème). Les principales difficultés des tests écotoxicologiques sont liées au fait que la transposition du laboratoire au milieu naturel n est pas évidente. En effet, l utilisation d organismes «standard» n est pas forcement en adéquation avec le milieu, ou les individus d élevages d une espèces données ne donnent pas forcement les mêmes réponses que les individus «sauvages». Enfin les réponses en milieu naturel peuvent être complètement différentes par le fait que des effets de synergie avec d autres facteurs peuvent intervenir, comme les variations d oxygène dissous, la température ou encore d autres contaminants présents dans l eau

32 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 32 Tests de toxicité sur les Sédiments Il existe des tests écotoxicologiques sur l eau interstitielle, les lixiviats et sur les sédiments. L évaluation de la toxicité des sédiments peut s envisager sur le sédiment de trois manières différentes : Essais sur sédiments entiers Ces méthodes sont utilisées pour d une part pour évaluer le degré de toxicité de sédiments prélevés dans le milieu, en vue par exemple de définir des sites ou un effort de décontamination est nécessaire et d autre part pour établir des courbes dose réponses de certains contaminants ajoutés aux sédiments. Essais sur l eau interstitielle Ces tests permettent de mesurer le potentiel toxique des contaminants hydrosolubles que l on retrouve dans l eau interstitielle. Ces tests présentent un intérêts lorsque l on étudie le potentiel toxique de sédiments mis en dépôt à terre avec retour des lixiviats dans le milieu aquatique. Essais sur sédiments «dilués». Ces tests sont intéressants, même si il est difficile de mettre en place un témoin fiable (avec un sédiment comparable mais connu pour être exempt de contaminants), dans la mesure de la toxicité de sédiments remobilisés par une opération de curage, et sont donc très utiles lors de la définition de choix de méthodes de remédiation, par exemple. Les organismes utilisés pour les bioessais De part leur contact permanent avec le substrat, l eau interstitielle et l eau surnageante, les macro-invertébrés benthiques sont très souvent utilisés pour réaliser les tests de toxicité des sédiments. Le tableau suivant reprend les organismes les mieux adaptés à l évaluation en laboratoire de la toxicité des sédiments selon un travail de l USEPA (repris par l étude inter-agences n 76) : Organismes utilisables pour l évaluation de la toxicité des sédiments d eau douce Amphipode H. azteca Amphipode Diporeia sp. Données sur la sensibilité Essai inter laboratoire Contact avec le sédiment Identification taxinomique Importance écologique Tolérance physico-chimie du + sédiment Réponse/pop. In situ Critères de toxicité SCM SBE SCE SCE BSR SR SC B SCR Répartition géographique A A EA EA EA EA A EA EA + = données existantes, S = survie, C = Croissance, B = Bioaccumulation, E = Evitement, R = reproduction, M = Maturité sexuelle, A = Amérique, E = Europe Diptère C. tentans Diptère C. riparius Oligochète L. variegatus Oligochète T. tubifex Ephéméroptère Hexagenia sp. Mollusques Daphnies

33 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 33 Principes des méthodes utilisées Les tests de toxicité des sédiments sur les macro-invertébrés benthiques nécessitent des connaissances et un savoir-faire que peu de laboratoires possèdent. En effet, après l échantillonnage du sédiment, celui-ci est disposé avec de l eau surnageante qui doit être régulièrement renouvelée, tant elle est sujette à de drastiques variations de la qualité de la physico-chimie, et afin de ne pas faire intervenir un artefact. En effet, beaucoup de tests de toxicité sont basés sur la survie des organismes mis en contact avec le sédiment à tester, et les conditions expérimentales doivent être bien contrôlées afin de ne pas faire de conclusions erronées. Une autre difficulté consiste à obtenir un témoin par rapport auquel seront comparés les résultats du test. On peut utiliser soit le même sédiment que celui testé mais provenant d une zone non contaminée, soit utiliser un substrat artificiel : dans ce dernier cas, deux «recettes» ont été proposées par l USEPA et l OCDE. Par la suite, chaque organisme testé impose des conditions d élevage et des tests spécifiques prenant en compte les facteurs tels que température, photopériode, volumes d essai en eau et sédiment, âge et taille des organismes, nombre d organismes par récipient, nombre de réplicats, durée de l essai A l heure actuelle, ce sont les organismes nord-américains méthodologies des tests d écotoxicologie appliqué aux sédiments. qui développent fortement les Un effort particulier est mené sur la mise au point de nouveaux tests avec de nouvelles espèces, mais aussi sur la reproductibilité et la sensibilité des tests déjà utilisés. Les indicateurs écologiques Des études sur la réponse des communautés de macroinvertébrés benthiques à la pollution organique ont permis d'établir une typologie (et des méthodes standardisées - Indice Biotique Global Normalisé, IBGN -) fort utile aux gestionnaires des milieux aquatiques (AFNOR, 1992). De tels indicateurs biocénotiques donnent une vue générale de l état du milieu et permettent, à partir de la mesure de la diversité et de l abondance de certaines populations des sédiments, d apprécier la qualité globale du sédiment. Les biomarqueurs Une approche complémentaire à la recherche d'indicateurs écologiques considère la possibilité d'utiliser comme marqueurs de pollution les effets de nature biochimique (l expression d enzymes de détoxification ). Beaucoup plus spécifiques de l'impact des composés toxiques que les indicateurs écologiques, ces marqueurs, appelés biomarqueurs, peuvent en outre être utilisés comme signaux précoces d'alerte. Ils apparaissent en effet avant que les conséquences ne se traduisent en termes écologiques. Cependant ils sont souvent mis évidence sur des organismes par ailleurs très résistants aux altéragènes.

34 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Sédiments Les sédiments Un cours d eau traversant des entités géologiques très différentes, il existe une très grande variété de matériaux de curage, transportés par charriage ou remis en suspension. La taille et la nature de ces matériaux découlent donc des conditions hydrologiques et géologiques rencontrées au cours de ce transfert. Le sédiment peut être de nature minérale ou organique. Sa nature revêt une grande importance car elle détermine sa propension à fixer les contaminants. En effet, entre autre critère, les particules fines fixent nettement plus les contaminants que les particules grossières. La typologie suivante s appuie sur le document de synthèse de l AIPCN : «Manutention et traitement des matériaux de dragage». Type Description Caractéristiques Type A Type B Type C Type D Type E Matériaux issus de l activité humaine (<100 ans) Dépôts récents de graviers, sables et boues (<100 ans) Sols provenant de roche altérée ( ans) Roche de fond altérée ( à années) Roche de fond en place (> années) Vecteur de substances organiques Consolidation importante Teneur en eau moindre Absence de substances organiques Consolidation importante Teneur en eau moindre Absence de substances organiques Origines des sédiments L origine des sédiments fluviaux se trouve dans le dépôt de particules solides, minérales et organiques sur le lit du cours d eau ou sur son lit majeur. Elles sont transportées, par charriage, en suspension ou par ruissellement, pour se déposer dès que le débit du cours d eau faiblit. Les processus physico-chimiques de floculation, agrégation et de décantation participent aussi à l accumulation des sédiments sur le fond. La caractérisation physico-chimique des sédiments est donc primordiale pour la compréhension des phénomènes de sédimentation et de transport des sédiments, ainsi que l adsorption des contaminants. Zones privilégiées de sédimentation Les bassins portuaires Les ouvrages d art (amont de barrages, aval de déversoirs) Les lits majeurs et estuaires Les rives convexes des méandres Les bras secondaires Les chenaux de navigation Les biefs abandonnés

35 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Evaluation environnementale Etude d Impact environnementale Objectif Vérifier que les répercussions du projet sur l environnement sont acceptables Vérifier que les méthodes et équipements retenus sont acceptables sur le plan environnemental Accréditer chaque filière en estimant à moyen et long terme l influence des produits de dragage Répercussions possibles d une opération de dragage sur l environnement Points à traiter lors de l étude Outils Résultats de l étude Modifications physiques des sites d interventions Disparition d habitats, Décolmatage Remise en suspension de sédiments lors du dragage, qui peut être plus ou moins importante selon les outils utilisés, et plus ou moins néfaste selon les caractéristiques des matériaux à draguer Nuisances associées à la présence et à l utilisation des équipements (nuisances sonores, nuisances sur la navigation, nuisances sur la pêche et les activités récréatives nuisances pour la faune et la flore) Etat initial de l environnement Choix et description de l alternative Estimation des effets environnementaux et sociaux Prise en compte des aspects réglementaires et socio-politiques Préconisations et recommandations Présentation des incertitudes ou des phénomènes non maîtrisés Gestion de la filière (responsabilités, mesures ou analyses nécessaires ) Faisabilité technique Analyses Tests en laboratoire Modèles numériques Analyses de risques (santé humaine et environnementaux) Analyses de cycle de vie Optimisation ou abandon de la filière Liste de recommandations Mise en place d un protocole de suivi

36 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 36 Analyse de Risque La validation d une opération de dragage et du choix de la filière de destination des matériaux extraits repose sur une évaluation des risques potentiellement générés soit vis-à-vis de la santé humaine soit vis à vis de l environnement. Cette notion d évaluation du risque ou «risk assessment» chez les Anglo-Saxons, s est développée en Science de l Environnement, et peut être définie comme «une grandeur qui caractérise un événement indésirable par sa probabilité d occurrence et par la gravité des dommages de la réalisation de cet événement» (ALZIEU, 1999). Actuellement, en matière de dragage et de destination des produits, l évaluation du risque s appuie sur l évaluation de la nuisance potentielle, avec une méthodologie issue des problématiques de sols pollués, et peut être exprimée ainsi : Risque = Danger x Transfert x Cible Un guide méthodologique d évaluation détaillé des risques liés à la gestion des sédiments et aux opérations de dragage volet santé humaine volet ressources en eau est disponible sur le site Internet de l Agence de l eau Artois Picardie ( Il existe de nombreuses méthodes de hiérarchisation des sites (ou Hazard Ranking System) qui permettent de réaliser des analyses de risques. Développées à l origine pour l étude des sites pollués, ces diverses méthodes présentent des principes de base identiques, obéissent à une stratégie commune afin d aboutir à la paramétrisation des dangers, des transferts et des cibles. C est la source de contamination. Il peut être défini par la nature des produits mis en jeu, par la quantité (volume, tonnage ), par les Le Danger caractéristiques physiques et chimiques des produits (capacité de disponibilité), par l écotoxicité caractéristiques intrinsèques de la source de contamination. C est l action qui permet la mise en contact de la source et de la cible Le Transfert (vecteur ou voie de transport et de dispersion des contaminants). Il s agit soit de l homme (risque santé humaine), soit d organismes vivants (risques environnementaux), animaux ou végétaux, tant terrestres qu aquatiques (en fonction des filières de destination des matériaux extraits), soit encore d activités socio-économiques. Les effets peuvent être immédiats ou différés et portés atteintes à des individus ou aux systèmes dans leur intégrité ou dans leur diversité. La Cible Elle est définie par un critère de sensibilité ou de vulnérabilité (capacité d acceptation), qui touche tour à tour à un milieu physique, écologique ou socio-économique, avec des effets immédiats ou différés portants atteintes à des individus ou à des systèmes, dans leur intégrité ou dans leur diversité. L impact potentiel d une pollution atteignant la cible doit être évalué au niveau de la population et du milieu naturel, et aussi en prenant compte les activités autour du site et de l usage du site lui-même. Déroulement de l analyse Identifier les contaminants présents et leur gisement Déterminer leur relation avec les organismes cibles Evaluer l exposition de ces organismes aux substances présentes par rapport à un référentiel choisi L analyse des risques permet donc une évaluation quantitative et statistique (appréciation de la probabilité pour une population de recevoir une dose quantifiée de contaminants). La réalisation d analyses avec des recherches de contaminants par rapport au référentiel de qualité (anciennement GEODE) pour l immersion en mer en France, et à ceux des autres filières, ainsi que la réalisation de tests écotoxicologiques, entrent dans le domaine de l approche quantitative. Cette méthode s apparente donc à celles des sols pollués, dénommée «méthode des scores». Elle attribue pour chaque paramètre un nombre de points ou notes, qu il est alors possible de récapituler sous la forme d un score, qui définit une note d appréciation globale de la filière, et son risque potentiel. Les différentes filières peuvent alors être hiérarchiser entre elles.

37 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 37 Analyse Environnementale de cycle de Vie (ACV) L ACV consiste en une compilation systématique des consommations d énergie, des utilisations de matières premières et des rejets dans l environnement, ainsi qu une évaluation de l impact potentiel sur l environnement associé à un produit, à un procédé, ou à une activité, sur la totalité de son cycle de vie. L ACV est un moyen de juger et de classer différentes solutions possibles. Elle peut être utilisée, dans le cas du dragage des sédiments contaminés, comme un outil d aide à la décision et se positionne comme une démarche comparative. En effet, la validité des comparaisons est limitée par l imprécision des inventaires (erreurs dans la collecte des données, dans le traitement des données ), et par les incertitudes dans l analyse des impacts. Méthodologie Définition des objectifs (choix d options pour la réalisation de l inventaire) Réalisation de l inventaire (compilation quantitative des consommations d énergie, des utilisations de matières premières et des rejets de l environnement du produit, du procédé ou de l activité considérée, depuis l extraction des matières premières jusqu à l élimination des déchets) Evaluation des impacts sur l environnement (recherche d une relation quantitative entre l inventaire et les effets environnementaux) Interprétation (synthèse des résultats de l inventaire) Communication des résultats Cette méthode est très difficile à mettre en œuvre pour la gestion des sédiments contaminés et le choix de leur filière de destination étant donné le nombre de paramètres rentrant en jeu au cours de l opération de dragage.

38 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Dragage 4.1 Introduction Opération de Dragage L extraction et l évacuation des sédiments sont deux phases importantes d une opération de dragage. En effet, lors de ces phases, les sédiments subissent de nombreuses transformations pouvant modifier leurs caractéristiques et leurs comportements. Ces deux étapes peuvent aussi avoir un impact direct sur l environnement par la remise en suspension de ces sédiments, ou la perte, l altération ou la modification d habitats aquatiques. Les paramètres à prendre en compte pour le choix de la technologie la plus adéquate sont donc : la nature, la composition physico-chimique et biologique des sédiments, les mouvements d eau (courant, nappe phréatique...) et la localisation des zones contaminées (accessibilité environnementale ). Les technologies alors envisagées devront enlever et gérer les sédiments contaminés dans les limites d un risque acceptable pour l environnement. Reconnaissance Extraction Transport Phasage d une opération de dragage Drague mécanique à godet Impact d une opération de dragage sur l environnement Le dragage remanie les sédiments et modifie les équilibres géochimiques. La remobilisation des contaminants, au cours des opérations de dragage, peut nuire à la qualité physico-chimique de l eau et donc à l écosystème. Même si l impact d un dragage peut paraître local et temporaire, les risques d eutrophisation dus à une turbidité excessive et la présence de conditions hydrauliques (courant ) défavorables peuvent étendre ses effets bien au-delà de la zone concernée. Entre autre, la recolonisation par la végétation d une zone draguée peut prendre plusieurs années et la remise en suspension de sédiments peut aboutir à la création de zones d accumulation (potentiellement contaminées) en aval de la zone de dragage. Augmentation de la turbidité Augmentation de la concentration de matières en suspension Augmentation de la demande chimique en oxygène (DCO) Dispersion d éléments nutritifs ou polluants Baisse de la teneur en oxygène dissous Enfouissement de la faune Migration des polluants Baisse temporaire de la photosynthèse Baisse de la surface des habitats.

39 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 39 Le tableau suivant, tiré du Guide pour le choix et l opération des équipements de dragage d Environnement Canada, résume la problématique environnementale des activités de dragage :

40 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Reconnaissance Opérations de Reconnaissance Les objectifs de la reconnaissance dans une opération de dragage sont de recueillir les données indispensables à la réalisation et au suivi de l opération elle-même ainsi qu à l évaluation des effets du dragage sur la qualité des eaux de surface (dans la zone d influence du dragage et aux abords du site de dépôt, sur la qualité des eaux souterraines susceptibles d être atteintes par décolmatage ou par lixiviation depuis le site de dépôt, sur la qualité de l air, sur le niveau de bruit généré par les travaux, sur la faune et la flore, sur la santé humaine et les activités socio-économiques. Les bateaux de reconnaissance vont de la taille d un zodiac à celle d un remorqueur. Ils doivent disposer d un tirant d eau adapté aux conditions de navigation, être relativement légers pour faciliter leur mobilité, posséder des superstructures basses (passage des ponts) et être bien instrumentés: système de positionnement précis (DGPS ), échosondeur, dispositif de mesure de densité (densitomètre type Navytracker), dispositif de prélèvement d échantillons, équipement géoélectrique permettant la distinction entre vase et fond dur ainsi qu entre couches contaminées et saines. Les échosondeurs fonctionnent par réflexion d une onde acoustique au niveau de l interface eau sédiments et sur celle formée par 2 couches sédimentaires de composition différente Systèmes de positionnement GPS GPS Différentiel GPS à précision centimétrique (RTK) Systèmes de Caractérisation des fonds Echosondeur Bathymétrique mono faisceau Echosondeur Bathymétrique multifaisceaux Echosondeur à Sédiment ou Sub Bottom Profiler Sonde Densimètrique Sonde Gammadensimètrique La typologie des systèmes de positionnement et de caractérisation des fonds a été établie à l aide des données actuelles sur l état de l Art et en concertation avec les entreprises de dragage. Néanmoins, elle ne se veut pas exhaustive, et peut évoluer en fonction des avancées technologiques. Chaque type de système de reconnaissance a été décrit avec les critères suivants : type d instrument, type de travaux, plage d utilisation, précision, résultat, rythme de travail, avantages et inconvénients, coût (à l achat), outils complémentaires.

41 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 41 Echosondeur a Sédiments Basés également sur la propagation acoustiques des ondes, les sondeurs de sédiments permettent l identification des échofaciès et donc des différentes couches sédimentaires. Cet outil d investigation par méthode sismique ne permet pas à lui seul de déterminer avec certitude les différents faciès. Seule une étude à partir des prélèvements effectués par carottage ou bennage pourra enlever nombre d ambiguïtés. Station d acquisition de données (Cl. Edge Tech) Type d instrument Type de travail Plage d utilisation Précision Résultat Rythme de travail Echo faciès (Cl. Edge Tech) Sondeur de sédiments Prospection des différentes structures géologiques 10 Hz : Haute pénétration 40 khz : Haute résolution 5 cm Distinction des différentes couches et structures géologiques Vitesse d acquisition : 5 nds Prix ~ Outils complémentaires Avantages Permet de repérer différentes discontinuités, gisements potentiels Indépendant de la colonne d eau Couplage avec SIG Inconvénients Travail indépendamment en mode haute résolution ou haute pénétration Problème de pénétration en milieu très organique

42 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 42 Sondeurs Densimetriques Il s agit d un système de mesure in situ de la densité des sédiments qui peut être complété par différents détecteurs de pression, d inclinaison, d altitude et de turbidité. La densité du matériel est directement proportionnelle à sa masse. Après corrélation avec la profondeur (altimètre acoustique ou détecteur de pression), on peut établir un profil de densité. Suivant les types d appareils, on distingue des sondes tractées et des sondes lâchées, s enfonçant alors sous leur propre poids. Les données sont ensuite stockées sur un PC pour être traitées à terre. Dans l acquisition de mesures de densités, on distingue 2 grands types de sondes : les sondes densimétriques classiques et les sondes gamadensimétriques (radioactives) Ces dernières reposent sur la diffusion de photons émis par une petite source radioactive dans le milieu entourant l ensemble source détecteur. Il existe une relation entre la quantité de matière solide par unité de volume du milieu mesuré et la valeur du signal fourni par le détecteur. Sonde Classique Sonde Gammadensimétrique Sonde de densité mesure en Type d instrument Sonde de densité et turbidité OBS point fixe Acquisition de la densité en fonction de Mesure de la densité par source Type de travail la profondeur radioactive Précision + / - 10 cm +/- 5 cm Résultat Mesure de la turbidité Concentration des éléments en suspension par détection infrarouge Profils verticaux de densité verticales fonction de la profondeur Rythme de travail 60 à 70 verticales par jour Altimètre acoustique Altimètre acoustique Outils Capteur de pression Capteur de pression complémentaires Contrôle de l assiette Contrôle de l assiette Contrôle de la turbidité Fonctionne même s il y a une grande quantité de sédiments en suspension qui Avantages ne permettraient pas d utiliser un échosondeur. Ne fonctionne pas si le courant est Inconvénients - supérieur à 1 nds

43 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 43 Systèmes de Positionnement Le système GPS (Global Positioning System) consiste en une constellation de 24 satellites tous en orbite autour de la terre à une altitude d environ km. GPS Classique : De façon plus générale, un récepteur GPS calcule sa position à partir de signaux radios reçus depuis différents satellites munis d horloges très précises, ce qui permet d obtenir un temps très précis. Le récepteur GPS calcule la distance jusqu à chaque satellite à partir du temps parcouru par le signal et sa vitesse, puis l utilise pour calculer la position sur la terre. GPS Différentiels : Contrairement aux GPS classiques, les mesures effectuées en un lieu de position connue sont comparées aux valeurs théoriques ; leur différence fournit une correction qui est retransmise vers l utilisateur, qui l intégrera dans le calcul de sa position, améliorant ainsi sa précision. GPS à précision centimétrique : Dans l acquisition classique des données GPS, certaines informations dans le message GPS sont intentionnellement dégradées (volonté de l armée US). De façon naturelle, on connaît les retards des signaux traversant l atmosphère (rebond des signaux, objets réfléchissants). Ces facteurs induisent des erreurs dans la précision de la position finale. Afin d éliminer ces dernières, une station de base est installée dans un endroit connu (point géodésique de l IGN) et le récepteur utilisé pour les mesures est appelé récepteur mobile. Lorsque les données des 2 récepteurs sont combinées, on obtient un vecteur en 3 dimensions entre la station de base et le mobile. Grâce aux levés cinématiques (RTK : real time kinematic) en temps réel, une radio sert à transmettre des observations de base au mobile pendant la durée des mesures. Ainsi, chaque mesure supplémentaire précise le calcul des positions. Le système RTK permet d obtenir des précisions centimétriques. Base GPS sur point géodésique (Cl. Trimble) Type d instrument Système de positionnement : GPS Type de travail Positionnement pour tous domaines en temps réel Plage d utilisation Toutes en accord avec le système géodésique du pays Précision 10 cm 10 m Résultat Position (X,Y), vitesse, direction Tracés de routes de navigation Rythme de travail Continu Prix Outils complémentaires Logiciel de navigation Centrale d altitude (corrige le roulis et tangage) Logiciel d acquisition de données Avantages Fonctionnement non affecté par les conditions météos Inconvénients Difficulté de fonctionnement en zone confinée sans Booster Mise en place longue et minutieuse

44 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Dragage en eau La typologie des dragues a été établie à l aide des données actuelles sur l état de l Art et en concertation avec les entreprises de dragage. Néanmoins, elle ne se veut pas exhaustive, et peut évoluer en fonction des avancées technologiques. Chaque type de drague a été décrite avec les critères suivants : type de matériaux, type de travaux, profondeur de travail maximum, précision, rendement, avantages et inconvénients, remise en suspension des fines du fond (ce critère est qualitatif et suit une échelle à trois niveaux : faible, moyen, important), coût (hors amené et repli), mode de transport associé. Dragage en Eau Ces dragues ne sont absolument pas adaptées au dragage environnemental de par le principe de base de leur fonctionnement : la remise en suspension des sédiments. En effet, par ce procédé, les sédiments subissent l influence du courant naturel ou d un courant artificiellement entretenu et sont éparpillés ou transférés vers une zone définie. Ce procédé demande une phase de pré-études extrêmement rigoureuses afin d appréhender parfaitement le devenir des sédiments. Dragage par injection d eau (Cl. HAM) Avantages Inconvénients Rendement Turbidité Précision Typologie des dragues Dragage a l Américaine Dragage par injection d eau

45 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 45 Dragage à l américaine Type de sédiment curé Tout type Type de travaux Entretien en fleuve Profondeur maximum 30m Précision d enlèvement Faible Rendement 1000 m 3 /h Remise en suspension Importante Teneur en eau des matériaux curés Importante Mode de transport associé Courant Naturel Coût (hors amené et repli en /m 3 ) ~20 Avantages Inconvénients Rendement ; Les matériaux ne sortent pas de l eau. Turbidité importante ; Précision faible. Après fluidification du sol par application d eau sous pression ou d air comprimé, les sédiments sont remis en suspension dispersés par les courants naturels. Le principe de base de ce type de dragage étant la remise en suspension et la dispersion des sédiments, il n est absolument pas préconisé pour les dragages de sédiments contaminés. Dragage par injection d eau Drague Jetsed HAM Schéma de fonctionnement d une drague Jetsed HAM Type de sédiment curé Boues, sables peu compacts, graviers Type de travaux Maintenance Profondeur maximum 30m Précision d enlèvement Faible Rendement 1000 m 3 /h Teneur en eau des matériaux curés Importante Remise en suspension Importante Mode de transport associé Courant artificiel Coût (hors amené et repli en /m 3 ) ~25 Avantages Inconvénients Rendement ; Sécurité de l équipage Précision ; Remise en suspension de sédiments ; Possibilité de mélange des couches sédimentaires De l eau est injectée dans le sol, le fluidisant en désolidarisant les particules. Le mélange résultant est très peu visqueux. La différence de densité entre le mélange et l eau crée un flux. Lorsque les forces ne sont plus équilibrées, le mélange commence à se mettre en mouvement sous l action d un courant de densité (5 à 10 cm/s). L épaisseur de cette couche mise en mouvement varie entre 1 et 3 mètres. Cette méthode nécessite une pré étude importante de caractérisation hydraulique et des fonds.

46 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Dragage hydraulique La typologie des dragues hydrauliques a été établie à l aide des données actuelles sur l état de l Art et en concertation avec les entreprises de dragage. Néanmoins, elle ne se veut pas exhaustive, et peut évoluer en fonction des avancées technologiques. Chaque type de drague a été décrit selon les critères suivants : type de matériaux, type de travaux, profondeur de travail maximum, précision, rendement, avantages et inconvénients, remise en suspension des fines du fond (ce critère est qualitatif : et suit une échelle à trois niveaux : faible, moyen, important), coût (hors amené et repli), mode de transport associé Dragues Hydrauliques Usuelles Cette technique utilise des pompes centrifuges, aspirant à travers un tube d élinde, muni d un embout, appelé bec d élinde, un mélange eausédiments. Elles aspirent et refoulent donc les sédiments sous forme de boues liquides dont la teneur en eau varie autour de 85 %. Drague suceuse (Cl. Extract) Avantages Rendement pouvant aller jusqu à 7000 m 3 /h Utilisation peu limitée par la présence de courant Minimalisent le contact entre les produits dragués contaminés et l équipage Coûts moindres pour de grandes quantités Ne gênent pas la navigation Quiétude du site Inconvénients Gêne si présence de débris Haute teneur en eau Nécessité de moyens de transport adaptés Taux de remise en suspension important Limités en eau peu profonde car forts tirants d eau requis Nécessité d un site de décantation Typologie des dragues Dragues suceuses Drague suceuse à désagrégateur Drague suceuse refouleuse avec tete d élinde articulée Drague suceuse porteuse Aquamog Swan 21

47 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 47 Dragues Suceuses Drague suceuse (Source : Hang et al) Drague suceuse (Cl. Enco Dredging) Type de sédiment curé Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Boues, sables peu compacts, graviers Maintenance, entretien, infrastructure en port, fleuve, rivière 60m 10 à 20 cm Rendement 50 à 5000 m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Importante Importante Chalands, conduite Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~ 20 Avantages Sécurité de l équipage car pas de contact direct (circuit fermé) Rendement Peu de nuisance sonore Inconvénients Possibilité de mélange des couches sédimentaires curées Remise en suspension de sédiments Teneur en eau importante (~ 90 %) Descriptif Ce sont les dragues hydrauliques les plus simples. Elle opère par aspiration à l aide d une pompe centrifuge et se déplace à l aide d un système de câbles d ancrage. Leurs dimensions et puissance varient selon les modèles. Leur rendement est excellent et proportionnel au diamètre des élindes (conduite d aspiration), à la puissance de la pompe, à la longueur de la conduite de refoulement et à la nature des matériaux dragués. Un système d hydrojet placé à l extrémité du bec d élinde favorise le pouvoir excavateur de la suceuse. Généralement, les produits dragués sont refoulés vers la terre par un ensemble de conduites flottantes, ou bien chargés sur des barges.

48 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 48 Dragues Suceuses Auto Porteuses Type de sédiment curé Type de travaux Profondeur maximum Drague suceuse auto porteuse (Hand et Al. 1978) Matériaux meubles, non cohésifs Entretien de chenaux de navigation en fleuve 55 m Verticale : 15 à 25 cm (avec équipements Précision d enlèvement perfectionnés sinon 0,5 à 1m) Horizontale : 3 à 10 m Rendement 200 à m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Importante (possibilité de sur verse) Importante Intégré Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~20 Avantages Fonctionne quelles que soient les conditions pas de mélange de couches sédimentaires Inconvénients Profondeur de dragage limitée par le tirant d eau du bateau Surface draguée très irrégulière Teneur en eau forte Nuisance sonore importante Nécessité de sur draguer Interruption du dragage pour vider les puits Sécurité de l équipage (possibilité de contact) Descriptif Elles sont montées sur des navires autopropulsés et transportent les sédiments à bord. Les élindes sont suspendues par des bossoirs des deux côtés de la coque. Quand le dragage est en cours, les becs d élinde raclent le fond et le navire avance à faible allure. Elles utilisent souvent la méthode de surverse pour rejeter l eau peu chargée en sédiments après décantation dans les puits. La remise en suspension est due au phénomène de surverse, au mouvement des hélices et de l élinde traînant sur le fond. Elles sont principalement utilisées pour le dragage des chenaux de navigation

49 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 49 Dragues Suceuses Désagrégeuses a tête d élinde articulée Drague suceuse à tête d élinde articulée (Ecosystème de dragage) Type de sédiment curé Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Boues, sables, graviers, matériaux compacts Maintenance en port, fleuve, rivière (endroits difficiles d accès) 8 m 10 à 25 cm selon la production désirée Rendement 50 à m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Importante Importante Chalands, conduite Coût (hors amené et repli en /m 3 ) ~20 Avantages Sécurité de l équipage (circuit fermé) Précision et uniformité de l excavation Inconvénients Nécessité d un second passage si la puissance de pompage n est pas en adéquation avec le pouvoir de découpe du désagrégateur Teneur en eau forte Nuisance sonore importante Descriptif Il s agit d une drague suceuse désagrégatrice qui permet de draguer dans des endroits peu accessibles comme dans les ports (sous les bateaux et sous les pontons), sans déplacer les infrastructures. En effet, elle dispose d un bras articulé relativement maniable qui peut travailler, en articulant son tube d élinde, de 2 m à 8 m de profondeur.

50 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 50 Dragues Suceuses Désagrégeuses Drague suceuse désagrégeuse (Hand et Al. 1978) Type de sédiment curé Boues, sables, graviers, matériaux compacts Type de travaux Maintenance en port, fleuve, rivière Profondeur maximum 25 m Précision d enlèvement 10 à 25 cm selon la production désirée Rendement 50 à m 3 /h Remise en suspension Importante Teneur en eau des matériaux dragués Importante Mode de transport associé Chalands, conduite Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~ 20 Avantages Sécurité de l équipage (circuit fermé) Précision et uniformité de l excavation Inconvénients Nécessité d un second passage si la puissance de pompage n est pas en adéquation avec le pouvoir de découpe du désagrégateur Teneur en eau forte Nuisance sonore importante Descriptif Puissant appareil rotatif monté à l extrémité du bec d élinde, le désagrégateur fragmente les matériaux durs et cohésifs en morceaux qui sont pompés. Il existe plusieurs types de désagrégateurs selon le type de sédiment à draguer. Pour un rendement optimal, le bec d élinde et le désagrégateur doivent être entièrement utilisés ce qui signifie que l épaisseur minimum de la couche sédimentaire doit être de 1 à 3 mètres. Dans le cas contraire, on perd du rendement mais on gagne de la précision et on ne mélange donc pas les différentes couches sédimentaires. La drague est généralement équipée de deux pieux qui assurent sa stabilité et son positionnement. Lorsque le dragage est en cours, elle décrit un arc d un côté à l autre en utilisant successivement les pieux bâbord et tribord comme pivot. Le mouvement latéral est assuré par des câbles rattachés aux amarres. Cela assure une excavation précise et uniforme. Le rendement varie aussi selon la granulométrie des matériaux, la profondeur d excavation et la taille de la drague. Le transport des matériaux est assuré ensuite par barges ou conduites.

51 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 51 Drague type Aquamog Type de sédiment curé Tout type Type de travaux Maintenance Profondeur maximum 8 m Précision d enlèvement Faible Rendement Faible Remise en suspension Importante Teneur en eau des matériaux dragués Importante Mode de transport associé Chaland Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~20 Avantages Inconvénients Manœuvrabilité Possibilité de changer les outils très Précision faible Rendement faible rapidement Descriptif Cette drague permet de faire, entre autre, les travaux de maintenance en petits fonds. Elle dispose d un grand nombre d outils classiques mais interchangeables (pompe, désagrégateur de débris, ). Elle a le grand avantage d être extrêmement maniable (rotations de ). Drague type Swan 21 Type de sédiment curé Sables, boues Type de travaux Tout type Profondeur maximum 3 à 17m Précision d enlèvement Bonne Rendement 140m 3 /h Remise en suspension Moyenne Teneur en eau des matériaux dragués Moyen Mode de transport associé Chaland Coût (hors amené et repli au /m 3 ) 30 Avantages Inconvénients Précision Profondeur de travail faible Rendement fort Teneur en eau faible Descriptif Au contraire des pompes conventionnelles qui pompent énormément d eau en plus des matériaux solides, la Swan 21 limite la teneur en eau par une adéquation précise de la vitesse de dragage et de la vitesse de rotation de la tête excavatrice. La teneur en eau est alors inférieure à 20%. Des couches de 30 à 50 cm peuvent être draguées. Les nouvelles technologies lui permettent d être précise, efficace.

52 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Dragage mécanique La typologie des dragues mécaniques a été établie à l aide des données actuelles sur l état de l Art et en concertation avec les entreprises de dragage. Néanmoins, elle ne se veut pas exhaustive, et peut évoluer en fonction des avancées technologiques. Chaque type de drague a été décrite selon les critères suivants : type de matériaux, type de travaux, profondeur de travail maximum, précision, rendement, avantages et inconvénients, remise en suspension des fines du fond (ce critère est qualitatif; et suit une échelle à trois niveaux : faible, moyen, important), coût (hors amené et repli), mode de transport associé. Dragues Mécaniques Usuelles Elles agissent par action mécanique d un outil (benne, godet ) directement sur les matériaux à draguer. Drague mécanique type pelleteuse (Cl. CDS) Avantages Peuvent travailler des matériaux meubles ou durs Extraient les matériaux à leur propre densité ce qui limite le volume à transporter et à traiter Opérationnelles même dans des zones restreintes ou confinées La présence d embâcles n est pas une contrainte Bonne précision en eau peu profonde Coûts moindres pour de petites quantités Travaillent jusqu à une profondeur d environ 25 mètres Inconvénients Rendement modeste (< 500 m 3 /h) qui baisse avec la profondeur Nécessité de barges ou chalands de transport Remise en suspension importante dans la colonne d eau si les matériaux sont fins, lâches et non cohésifs Peut constituer une gêne importante pour la navigation Typologie des dragues Drague à benne preneuse Drague à godet Drague Pelleteuse Drague niveleuse Drague à cuiller

53 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 53 Drague a Benne Preneuse Drague à benne preneuse (Hand et al. 1978) Drague à benne preneuse (Cl. AIPCN) Type de sédiment curé Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Sédiments fins consolidés, graviers et sables Portuaires, Rivières, fossés, sites peu accessibles 40 m 35 à 50 cm Capacité de l outils d extraction 2 à 20 m 3 Rendement 100 à m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Moyen Moyen Chalands Coût (hors amené et repli en /m 3 ) ~ 15 Avantages Manœuvrabilité Teneur en eau peu modifiée par rapport à celle du matériau en place Inconvénients Gêne du courant Sécurité de l équipage (possibilité de contact direct) Mélange des couches sédimentaires Remise en suspension moyenne à importante Descriptif Utilisées pour des travaux de petites envergures, elles sont équipées sur des grues elles-mêmes montées sur des pontons stabilisés par des béquilles. Ces dragues sont généralement utilisées pour extraire des sédiments fins consolidés, des sables ou des graviers (le rendement diminue avec des sédiments grossiers). La benne preneuse descend jusqu au fond en position ouverte et pénètre dans les matériaux à draguer sous l effet de son poids et de son mécanisme de fermeture. Après la remonté, les matériaux sont déchargés en relâchant le filin fermant la benne. Disposant d une bonne manœuvrabilité, elle est très répandue dans le monde. Son travail peut tout de même être gêné par le courant qui lui fait perdre de la précision. La remise en suspension est importante lors de l impact de la benne sur le fond, lors de la pénétration de la benne et lors de sa remonté. Le transport des matériaux est généralement assuré par des barges.

54 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 54 Drague a Cuiller Drague à Cuiller (Hand et al. 1978) Type de sédiment curé Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Roches brisées tendres et sédiments denses Portuaires, Rivières, fossés 12m 35 à 50 cm Capacité de l outils d extraction 2 à 10 m 3 Rendement Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé 30 à 60 cycles/h Importante Moyen Chaland Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~ 15 Avantages Stabilité du ponton Inconvénients Opération difficile par mauvais temps Rendement faible Remise en suspension importante Descriptif Elle est généralement montée sur ponton pour l extraction de roches brisées tendres et pour l excavation de dépôts sédimentaires denses immergés. Le ponton est pourvu de deux béquilles avant servant à soulever le ponton au-dessus de sa position normale et d une béquille arrière assurant à la drague un positionnement rigoureusement fixe. Le dragage avec ce type de matériel est difficile par mauvais temps et les pertes de matériaux fins sont importantes lors de la remontée du godet.

55 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 55 Drague a Godets Schéma de fonctionnement d une drague à godets (CEDA/IADC) Drague mécanique à godets Type de sédiment dragué Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Capacité de l outils d extraction Tous types Entretien, infrastructure en Rivières, Fleuves 25 m 10 cm 500 à l Rendement 50 à m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Moyenne Moyen Chaland Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~ 15 Avantages Ne mélange pas les couches sédimentaires Dragage des sédiments à leur propre densité Remise en suspension moyenne Inconvénients Nuisances sonores importantes Descriptif C est la plus traditionnelle des dragues. Elle est composée d un puits central dans lequel passe une chaîne de godets. Cette chaîne tourne et le godet le plus bas attaque le fond à draguer. Les matériaux ainsi découpés tombent dans le godet. Celui-ci remonte et déverse son contenu sur un tapis roulant pour aller se déverser dans une barge de transport. Ce système permet de remonter les sédiments à leur propre densité.

56 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 56 Drague Ratisseuse Niveleuse Drague Niveleuse (CEDA/IADC) Type de sédiment curé Type de travaux Sédiments peu cohésifs, sables Entretien portuaire Profondeur maximum 20 Précision d enlèvement Faible Capacité de l outils d extraction 400 m 3 Rendement 2000 m 3 /h (râteau de 20 m sur 2 m) Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Importante Importante Râteau et courant naturel Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~ 10 Avantages Sécurité de l équipage Peu coûteuse Inconvénients Remise en suspension importante Précision relativement faible Source de mélange de couches sédimentaires Descriptif Elle est utilisée pour des dragages de maintenance principalement dans les bassins des ports Ce système est constitué d un râteau pouvant faire 20 m de large et 2 m de hauteur tiré par un bateau. Les matériaux sont poussés vers des zones où le courant naturel les transportera par charriage ou suspension dans des zones d accumulation autres que les bassins des ports ou vers des zones où un dragage plus classique pourra être fait. Ce type de dragage est source de remise en suspension lorsque le râteau est plein mais est peu coûteux.

57 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 57 Drague Pelleteuse Drague rétrocaveuse (Cl. CDS) Trajectoire de travail de la drague (Kalis) Logiciel de suivi en temps réel du travail de la drague Drague rétrocaveuse (Cl. Sodranord) Type de sédiment curé Tous types Type de travaux Rivières, fossés Profondeur maximum 12 m Précision d enlèvement 10 cm (avec équipements récents) Capacité de l outils d extraction 1 à 3 m 3 Rendement 500 m 3 /h Remise en suspension Moyenne Teneur en eau des matériaux dragués Moyen Mode de tranpsort associé Chaland, Camion Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~ 15 Avantages Inconvénients Sécurité de l équipage (possibilité de contact direct) Stabilité du ponton Opération difficile par mauvais temps Ne mélange pas les couches sédimentaires Rendement mauvais Sédiments dragués à leur propre densité Remise en suspension moyenne à importante Descriptif Ce type de drague pelleteuse peut être directement installé sur le ponton renforcé d un chaland. Les produits de dragage sont déposés sur des chalands, des camions ou sur les rives. Cette drague occasionne des pertes de sédiments dans des proportions acceptables, et peut être équipée de godets opturables. L utilisation de ce type de drague est très répandue. Elle est particulièrement adaptée aux travaux de petites envergures, et pour des sols durs.

58 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Dragage pneumatique La typologie des dragues pneumatiques a été établie à l aide des données actuelles sur l état de l Art et en concertation avec les entreprises de dragage. Néanmoins, elle ne se veut pas exhaustive, et peut évoluer en fonction des avancées technologiques. Chaque type de drague a été décrite selon les critères suivants : type de matériaux, type de travaux, profondeur de travail maximum, précision, rendement, avantages et inconvénients, remise en suspension des fines du fond (ce critère est qualitatif; et suit une échelle à trois niveaux : faible, moyen, important), coût (hors amené et repli), mode de transport associé Dragues Pneumatiques Usuelles Ces dragues fonctionnent sur le même principe que les dragues hydrauliques mais avec une aspiration générée par des pompes à air comprimées. Description du fonctionnement d une drague pneumatique Avantages Pompage à haute densité Travaillent en circuit fermé Remise en suspension faible Inconvénients Gêne si présence de débris Systèmes de contrôle associés moins performants comparé aux autres types de dragues Typologie des dragues Pneuma Oozer

59 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 59 Drague Pneuma Drague pneuma Type de sédiment curé Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Boues, sables peu compacts, graviers Sédiments contaminés 1 à 100m +/- 5cm Rendement 40 à m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Faible Conduite Coût (hors amené et repli au m 3 en ) ~25 Avantages Inconvénients Remise en suspension faible Teneur en eau faible Sécurité de l équipage Travaille à n importe quelle profondeur Nuisance sonore faible Fonctionnement perturbé par la présence de débris Equipements d information et de gestion peu sophistiqués Profondeur de travail

60 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 60 Descriptif Ce système est intéressant pour des opérations environnementales. Il est constitué de quatre parties : La principale est composée de trois cylindres D un distributeur qui régule les flux entrant et sortant d air comprimé depuis ou vers les cylindres. Il assure le fonctionnement continu du système D un compresseur d air placé dans les conduites De tuyaux flexibles assurant la connexion d air et l évacuation des boues. Le principe est celui du pompage hydrostatique. L opération s effectue en trois étapes. Un gradient de pression est institué dans un cylindre par une chambre vacuum (si la profondeur d eau est faible). Cela crée un flux rentrant des sédiments. Une fois le cylindre plein, l ouverture des valves s inverse et l air comprimé expulse les sédiments vers la conduite de transport. Un nouveau cycle s enclenche alors. Il peut y avoir trois cycles par minute. Description des différents éléments constituant le système Pneuma Principe de fonctionnement du système Pneuma Fonctionnement du système Pneuma par traction depuis une barge Le système peut être tracté par une barge et donc fonctionner en continu.

61 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 61 Drague Oozer Type de sédiment curé Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Boues, sables peu compacts, graviers Entretien Faible +/- 5cm Rendement 40 à 100 m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Faible Conduite Coût (hors amené et repli au /m 3 ) 45 Avantages Densité des produits transportés Remise en suspension limitée Teneur en eau faible Sécurité de l équipage Nuisance sonore faible Inconvénients Fonctionnement perturbé par la présence de débris Equipements d information et de gestion peu sophistiqués Profondeur de travail Descriptif Conçu sur le même principe de fonctionnement que le système Pneuma, elle a été adaptée pour réduire la pression des pompes et augmenter la densité des produits transportés dans les conduites.

62 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Dragage environnemental La typologie des dragues et outils a été établie à l aide des données actuelles sur l état de l Art et en concertation avec les entreprises de dragage. Néanmoins, elle ne se veut pas exhaustive, et peut évoluer en fonction des avancées technologiques. Chaque type de drague a été décrite avec les critères suivants : type de matériaux, type de travaux, profondeur de travail maximum, précision, rendement, avantages et inconvénients, remise en suspension des fines du fond (ce critère est qualitatif; et suit une échelle à trois niveaux : faible, moyen, important), coût (hors amené et repli), mode de transport associé. Dragues et outils développés pour répondre aux contraintes environnementales Les dragues spéciales ont été conçues pour répondre aux contraintes environnementales liées à l extraction de matériaux contaminés. Elles peuvent être mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques. Elles ont généralement été étudiées pour limiter le volume à draguer, la remise en suspension, la dispersion des contaminants, et pour ne pas mélanger les couches saines et les couches contaminées tout en assurant un rendement compétitif. Ceci nécessite une plus grande précision dans le positionnement de la drague et du bec d élinde, le maintien des matériaux dragués à leur densité initiale, l étanchéification des godets, bennes, l utilisation de caméras de surveillance, l isolement de la zone de dragage, un ensemble de contrôles effectués en temps réel, et l automatisation des phases de travail. Godet obturable (Cl. HAM) Avantages Turbidité réduite Dispersion des contaminants par remise en suspension dans la colonne d eau limitée Inconvénients Rendement modeste Profondeur maximum moindre que les dragues usuelles Typologie des dragues Drague à vis d archimède ou vis sans fin Drague à cylindre rotatif Boskalis Drague Balayeuse Drague racleuse Eco-drague Iris système Drague IHC Drague nettoyeuse Le nettoyeur de talus Drague amphibe Benne preneuse environnementale Godet obturable Screw-Conveyor-Type High-Density Dredging Method

63 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 63 Benne Preneuse Environnementale Eco-grab (CEDA/IADC) Type de sédiment curé Type de travaux Profondeur maximum Principe de fonctionnement de l Eco-Grab (CEDA/IADC) Sédiments fins consolidés, graviers et sables contaminés Portuaires, sites peu accessibles 30 m Précision d enlèvement Verticale 10 cm ; Horizontale faible Capacité de l outil d excavation 2 à 20 m 3 Rendement m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Faible chaland Coût (hors amené et repli en /m 3 ) ~25 Avantages Rendement Sécurité de l équipage si des dispositions spéciales sont prises à bord Teneur en eau faible < 30 % Remise en suspension faible Inconvénients Influence du courant et de l effet de pendule du câble sur la précision horizontale Pas adaptée aux matériaux durs Descriptif Cet outil améliore la précision, la teneur et les caractéristiques d une drague à benne preneuse classique. Toujours manœuvrable depuis la terre ou un ponton, la benne est composée d un système de fermeture horizontale permettant d effectuer un dragage dans un plan horizontal. Cela permet l excavation de couches de sédiments de 5 à 25 cm avec une grande précision. L ouverture et la fermeture sont hydrauliques, muni d une pompe hydraulique supplémentaire minimisant le risque de suintement d huile, la tension du câble est automatisée. La benne est hermétique, limitant la turbidité due au dragage à 50 mg/l. A tout moment, la profondeur de la benne est connue permettant une précision de 30 cm horizontalement et 5 à 10 cm verticalement. Cette drague est idéale pour les eaux peu profondes et les sites peu accessibles ainsi que les chantiers où un assèchement et un traitement des produits dragués seraient excessivement chers par rapport au volume dragué.

64 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 64 Drague à cylindre rotatif Drague à cylindre rotatif Boskalis (CEDA/IADC) Type de sédiment curé Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Tous types de sédiments contaminés Tous types 14 m +/- 2 cm Rendement 500 m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Moyen Barges, conduites Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~30 Avantages Inconvénients Peu de remise en suspension Sa petite taille la rend maniable Sécurité de l équipage Sélection des couches sédimentaires à excaver possible grâce à une grande précision de positionnement de l outil Teneur en eau par rapport aux dragues hydrauliques classiques Nuisance sonore faible Descriptif Fonctionnement perturbé si les fonds sont irréguliers ainsi que par la présence de débris Il s agit d une drague hydraulique stationnaire classique équipée d un cylindre rotatif découpeur. La pompe est située dans le cylindre, et deux boucliers (un au-dessus des découpeuses et un au-dessus du sol à découper) limitent l introduction excessive d eau et la remise en suspension des sédiments. La profondeur de dragage est systématiquement ajustée. La tête de découpe est équipée d un système de dégazage.

65 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 65 Drague a vis d Archimède Schéma de fonctionnement de la drague Auger HAM Type de sédiment dragué Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Rendement Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Auger Dredger (Cl. HAM) Tous types de sédiments contaminés Tous types 14 m +/- 2 cm > 500 m 3 /h (selon la taille de l outil) Faible Moyen Chalands, conduites Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~30 Avantages INCONVENIENTS Peu de remise en suspension Sécurité de l équipage Productivité Faible profondeur maximum de dragage Fonctionnement perturbé si les fonds sont irréguliers Descriptif Il s agit d une drague hydraulique classique équipée spécialement pour le dragage des sédiments contaminés. L objectif est, entre autre, de conserver une compacité de sédiment la plus élevée possible. Une vis d Archimède (ou sans fin) désagrège les matériaux à l avant de la drague (sur une couche de quelques centimètres à 1 mètre pour une largeur de 2 à 14 m) et les entraîne vers la pompe d aspiration. Cette technique de dragage, précise et sélective, n entraîne aucune augmentation de la turbidité des eaux environnantes. En effet, un écran protecteur, fixé autour de la vis, isole la zone en cours d excavation des eaux environnantes. Cet outil souple et performant est intéressant pour les travaux d envergure. Les matériaux pompés peuvent être amenés vers la terre ferme ou dans un chaland par l intermédiaire d une conduite. Elle est généralement équipée d un système de dégazage abaissant le volume de matériaux dragués et d équipements d information et de gestion des caractéristiques de dragage (profondeur, teneur en eau ). Elle se déplace le long d un câble : une béquille la maintient en position, une autre lui permet de se déplacer d avant en arrière avec une bonne précision. Un système facilite aussi les manœuvres de rotation et permet à la drague de tourner de 320

66 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 66 Drague Amphibie Drague Amphibie (Cl. Environnement Canada) Type de sédiment dragué Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Rendement Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Sédiments contaminés Petits volumes 8 m 20 cm Faible Faible Faible Chaland Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~20 Avantages Turbidité réduite au maximum Petite taille, transport facile Bon nivellement de la surface draguée Inconvénients Rendement modeste Profondeur maximum de dragage relativement faible Descriptif C est une pelle rétrocaveuse montée sur un ponton équipé de stabilisateurs ainsi que d une hélice. Elle peut donc opérer de façon autonome aussi bien sur terre que dans l eau ou dans des zones marécageuses. Elle peut être munie d un godet classique ou d un godet pompe. Pour éviter l obstruction des conduites, des lames coupantes sont logées à l entrée de la pompe afin d assurer le déchiquetage des débris. Le mélange pompé est refoulé dans une conduite. Son rendement est modeste et la profondeur de dragage maximum reste faible.

67 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 67 Drague Balayeuse Drague Sweep (Cl. CEDA/IADC) Type de sédiment dragué Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Sables, silts contaminés Tous types 3 à 28 m +/- 5 cm Rendement 1200 m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Moyen Chaland, Conduite Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~25 Avantages Peu de remise en suspension et donc de turbidité Sécurité de l équipage Teneur en eau des produits dragués réduite Précision Possibilité de sélectionner les différentes couches sédimentaires à curer grâce à une très grande précision de positionnement Descriptif Inconvénients Rendement diminue quand la consistance des matériaux augmente Fonctionnement perturbé si les fonds sont irréguliers ainsi que par la présence de débris Développée pour des dragages de précision en limitant la teneur en eau des matériaux, cette technique réduit considérablement la turbidité (10 à 20 % de la turbidité d une drague suceuse découpeuse classique) du fait qu il n y a pas de phénomène de rotation. Elle est utilisable pour les sables et silts. Elle est installée sur une drague suceuse stationnaire classique. La tête de la drague est bilatérale et permet un travail dans deux sens (taille de 20 à 60 cm). Durant l opération de dragage de nombreuses variables sont contrôlées et gérées (profondeur, teneur en eau, sédiments en suspension ). Sont associés une installation de dégazage pour limiter les volumes dragués et des logiciels de contrôle du travail. Elle a l avantage d être productive et précise.

68 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 68 Drague Environnementale IHC Drague environnementale IHC (AIPCN) Type de sédiment curé Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Boues, sédiments meubles Environnement 5,5 m 10 cm Rendement 500 m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Moyen Conduite Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~30 Avantages Remise en suspension faible Inconvénients Teneur en eau importante Profondeur de travail faible Descriptif A partir d une suceuse désagrégeuse classique, a été installé un système de découpe et de transport hydraulique. Le système de découpe est constitué de 12 lames totalement recouvert sur le haut par un bouclier isolant ainsi le point curé. Elle est utilisée pour des travaux environnementaux à faible profondeur.

69 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 69 Type de sédiment curé Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Drague Nettoyeuse Boues, sédiments meubles Environnement 40 m <10 cm Rendement 300 m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Moyen Chaland, Conduite Coût (hors amené et repli au /m 3 ) 27 Avantages Remise en suspension faible Précision Descriptif Inconvénients Présence de débris Rendement faible Teneur en eau importante Il s agit d une suceuse équipée d un système de nettoyage associé à un système limitant la turbidité. Le système de nettoyage se compose d une vis horizontale recouverte pour isoler le site de travail et d une suceuse pompant les matériaux désagrégés. Il peut être associé un système de barreaux verticaux en avant de la vis afin de limiter l intrusion de débris. Type de sédiment dragué Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Drague Racleuse Tous types de sédiments contaminés Environnement en rivière <3 m +/- 5 cm Rendement 50 à 200 m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Faible Chaland, Conduite Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~30 Avantages Peu de remise en suspension Teneur en eau très faible Nuisance sonore faible Inconvénients Possibilité de contact entre les matériaux dragués et l équipage Rendement faible Descriptif Il s agit d un ponton équipé d une chaîne de lames. A la base inférieure du support de chaîne, les lames (largeur 2 mètres) raclent le fond à curer vers un plan incliné. Les matériaux sont alors remontés le long du plan incliné encapsulés entre les lames pour tomber dans un réservoir. Au fond de celui-ci se trouve une vis d Archimède permettant le transport des matériaux à haute densité vers une pompe de transport. Cette drague a été spécialement conçue pour les travaux de petite envergure et doit être utilisée avec une pompe centrifugeuse spécialement conçue pour le transport des matériaux à haute densité.

70 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 70 Eco Drague Type de sédiment dragué Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Eco-Drag (CEDA/IADC) Tous types Entretien, infrastructure 1.5 à 8 m < 10 cm Rendement 1000 m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Faible Chaland Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~20 Avantages Ne mélange pas les couches sédimentaires Dragage des sédiments à leur propre densité Remise en suspension relativement faible Nuisance sonore Rendement Descriptif Inconvénients Profondeur de travail relativement faible Il s agit d une adaptation des dragues à godets qui limite les nuisances tels le bruit, la renverse Ce type de drague n est pas gênée par les débris et matériaux durs susceptibles d être rencontrés. Pour éviter la renverse de matériaux lors de la remonté des godets, un cache rendant hermétique la chaîne de godets a été mis en place. Seules des ouvertures à la base des godets ont été laissées pour l évacuation de l eau. Ce qui reste dans les godets après lavage haute pression est recueilli dans un réservoir puis déchargé dans le moyen de transport. De nouveaux types de chaîne ont été mis en place afin de limiter la nuisance sonore couplés à un système de positionnement et de gestion permettant un dragage très précis.

71 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 71 Godet Obturable Godet obturable HAM Type de sédiment dragué Type de travaux Profondeur maximum Précision d enlèvement Tous types de sédiments contaminés Environnement 12 m 10 cm (avec équipements récents) Capacité de l outil d excavation 1 à 3 m 3 Rendement 500 m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Faible Chaland, Camion Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~20 Avantages Inconvénients Stabilité du ponton Ne mélange pas les couches sédimentaires Sédiments dragués à leur propre densité Peu de remise en suspension Descriptif Opération difficile par mauvais temps Rendement mauvais Il s agit d un godet classique installé sur un bras de pelleteuse classique. Il est équipé d un obturateur de fermeture qui est basculé vers l intérieur par deux vérins hydrauliques. Son contenu est remonté pour être déversé dans une barge ou un camion. Un joint assure l étanchéité du godet. Le godet obturable permet de réduire le volume d eau évacué avec la matière résiduelle en comprimant le matériau le plus densément possible.

72 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 72 Type de sédiment dragué Type de travaux Iris Système Boues, sédiments meubles Environnement, entretien, infrastructure Profondeur maximum - Précision d enlèvement 5 à 10 cm Rendement 100m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Faible Conduite Coût (hors amené et repli au /m 3 ) 20 à 25 Avantages Inconvénients Ne mélange pas les couches sédimentaires Dragage des sédiments à leur propre densité Profondeur de travail trop faible Remise en suspension relativement faible Nuisance sonore faible Rendement fort Descriptif Ce système laboure les fonds et limite les entrées d eau et la remise en suspension de sédiments par un bouclier et un système de pompage à l air. Il permet de curer des couches de 30 cm d épaisseur mais est limité par la présence d obstacles. Screw-Conveyor-Type High-Density Dredging Method Type de sédiment dragué Type de travaux Boues, sédiments meubles Environnement, entretien Profondeur maximum - Précision d enlèvement 15 cm Rendement 600 m 3 /h Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Faible Barge Coût (hors amené et repli au m 3 en ) 30 Avantages Remise en suspension réduite Sédiments dragués à leur propre densité Inconvénients Précision du dragage Descriptif Cette méthode permet d extraire les sédiments à leur propre densité sans apport d eau. Elle fonctionne par une série de vis verticales remontant les sédiments vers la surface. Il existe une variante composée d une vis verticale puis d un système de pompage pneumatique.

73 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 73 Nettoyeur de Talus Nettoyeur de talus HAM Type de sédiment dragué Type de travaux Cailloux, sédiments Environnement Profondeur maximum - Précision d enlèvement Bonne Rendement - Remise en suspension Teneur en eau des matériaux dragués Mode de transport associé Faible Faible Chaland, Conduite Coût (hors amené et repli au /m 3 ) ~20 Avantages Remise en suspension faible Précision Rendement Inconvénients Descriptif Elle sert à nettoyer les talus sans enlever les cailloux un par un. On ne risque plus d abîmer le revêtement du talus. La machine est composée de 65 jets (7,5 m sur 3 m) haute pression et d un écran de protection évitant la turbidité. Les jets mettent en suspension les sédiments jusqu à 40 cm sous les pierres et ceux-ci sont ensuite aspirés.

74 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Outils de contrôles Outils de contrôle des paramètres de Dragage Les dragues disposent maintenant à leur bord d un ensemble d outils de mesures opérationnelles permettant d améliorer le rendement de l opération de dragage. Contrôles au cours de l opération d extraction Il s agit de systèmes de contrôle intégrés vérifiant en permanence le bon fonctionnement de toutes les pièces, ou d outils informatiques pour le contrôle de l extraction tels le SYLEDREDGE et le SYLECHART. Ces derniers assurent l acquisition, le traitement, l archivage des données et les calculs de cubature. Il s agit d enlever juste la couche de sédiments nécessaire dans un souci d économie. Ce type de logiciel de levé de terrain décrit le profil bathymétrique avant et après excavation, indique le volume dragué, localise les obstacles, effectue les calculs de superficie et détermine les hauteurs d eau. Ces logiciels sont directement reliés aux systèmes de positionnement et aux instruments de mesure. L ensemble permet d obtenir une précision inférieure à 5 cm sur certaines dragues. Le SYLEDREDGE permet aussi de visualiser en temps réel sur écran ou traceur le développement du bateau sur un fond de plan du site d intervention ainsi que la vitesse, le cap et la route de la drague et l approfondissement réalisé. Ecran de contrôle de la trajectoire du bec d élingue d une drague Ces systèmes enregistrent continuellement un grand nombre de variables comme la profondeur de dragage, la position de la drague, du godet, du bec d élinde, les volumes excavés, la concentration des produits excavés, la pression dans les conduites, la vitesse Ces données sont automatiquement interprétées et permettent une correction quasi instantanée programmée ou manuelle par l intermédiaire du pilote. Cela permet une automatisation des processus. Les dragues disposent aussi de systèmes de positionnement accomplis et d outils d excavation et de contrôles gérant les caractéristiques physiques du site (courant, turbidité ). Certaines dispositions ont été prises aussi pour limiter la remise en suspension et donc la turbidité, pour limiter les volumes dragués transportés et les impacts environnementaux. Progrès pour les dragues mécaniques Pour les dragues mécaniques, ces systèmes de contrôle donnent des informations sur le rendement de la drague, la position de la pelle, du godet, la tension des câbles ou de la chaîne de traction, et sur l épaisseur excavée. Un certain nombre d outils ont ainsi été développés récemment dans le but d améliorer le rendement des dragues mécaniques : La plus grande avancée technologique est le contrôle de la position de l outil d extraction et donc la précision du dragage qui en résulte. A ce système de contrôle est associé un logiciel de gestion de l excavation permettant de prédéfinir certains paramètres (profondeur ). Des outils ont aussi été développés pour améliorer les performances environnementales de ces dragues (voir outils environnementaux).

75 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 75 Progrès pour les dragues Hydrauliques Pour les dragues hydrauliques, ces systèmes de contrôle donnent des informations sur la pression dans les pompes, la concentration de sédiments dans le mélange sédiments-eau aspiré, sur la vitesse de déplacement dans les conduites. Un certain nombre d outils ont été développés récemment dans le but d améliorer le rendement des dragues hydrauliques : Système de dégazage ; un phénomène de cavitation dû à la rapide hausse de pression dans les sédiments lors du pompage implique un excès de gaz dans les matériaux dragués. Les systèmes actuels extraient le gaz juste avant que les sédiments ne soient pompés ce qui augmente la densité du produit dragué et diminue le volume de matériaux. Pour les dragues porteuses, l effort a porté sur le contrôle de la surverse par des systèmes de recirculation. Afin de mesurer la densité du produit transitant dans les conduites de déchargement, les dragues les plus modernes sont équipées de sondes nucléaires. Ce type de mesure n est toutefois valable que pour des mélanges eau-sédiments homogènes. Ce ne sera pas le cas pour le dragage de boues ou de silts chargées en gaz ; on utilisera alors une méthode d échantillonnage classique. Autres Outils Ecran de protection HAM L écran de protection limite la dispersion des particules en isolant complètement la zone à draguer par un écran en tissu de Nylon par exemple. Cet écran est maintenu depuis la surface par des flotteurs jusqu au fond par des ancres. Il est rigidifié par des câbles de tension verticaux pour absorber les effets du courant (Vmax=0.5 m/s). La hauteur est adaptable jusqu à 6,5 mètres ce qui limite son utilisation à des eaux peu profondes et calmes. Son efficacité dépend principalement des conditions hydrodynamiques, de la localisation des points d émission de la matière en suspension, de la quantité et du type de matière en suspension et de la méthode d ancrage. Cette méthode n est applicable qu avec des dragues utilisant des conduites de transport flottantes afin de limiter l ouverture de l écran pour le passage de barges. Cet écran peut être utilisé pour protéger une zone sensible d un dragage effectué à proximité. Cet outil est rarement utilisé du fait de l augmentation de prix qu il engendre et des contraintes de travail que cela implique. Pour contrôler la remise en suspension Prise d échantillons et mesures. Cette méthode est ponctuelle et les analyses des échantillons infaisables en direct sur une barge. L ACDP (Acoustic Current Profiler System) peut mesurer le taux de sédiments en suspension ainsi que la vitesse du courant, sur une verticale en direct. Utilisation de photos aériennes ou satellites. Elles permettent de voir la dispersion des sédiments en suspension autour de la zone de dragage. Dans l état actuel des choses, les instruments associés ne permettent pas une mesure du taux de sédiments en suspension. C est là une ligne directrice de développement pour l instrumentation.

76 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Transports La typologie des modes de transport a été établie à l aide des données actuelles sur l état de l Art et en concertation avec les entreprises de dragage. Néanmoins, elle ne se veut pas exhaustive, et peut évoluer en fonction des avancées technologiques.chaque mode de transport a été décrit selon les critères suivants : avantages et inconvénients, principe de fonctionnement. Techniques de Transport des Matériaux de Dragage Conduite flottante (Cl. AIPCN) Le mode de transport des sédiments dragués est directement en adéquation avec la technologie d extraction utilisée et la destination des sédiments. Les facteurs intervenant pour son choix sont la situation du chantier (éloignement du site de dépôt, accessibilité ), les caractéristiques des matériaux dragués (densité, présence de contaminants dangereux ), le devenir des produits et les contraintes environnementales (interdiction de surverse ). Il est tout à fait possible de combiner plusieurs moyens de transport comme une barge de transport et une barge de refoulement, une barge de transport avec un transport routier (extraction mécanique), ou encore une drague suceuse porteuse et une barge Le coût de transport varie énormément selon les situations et les pays. Mais on peut raisonnablement admettre que pour des sédiments contaminés, le prix sera de ~3 en moyenne. Le transport terrestre sera un peu plus élevé (~5 ). Typologie des Techniques de transport Les conduites (pompage hydraulique ou pneumatique) immergés ou flottants Les barges ou chalands Les transports routiers (camions ) Système Totra Système putzmeister Tapis roulant Train

77 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 77 Conduites Conduite flottante (Cl. In Vivo) Avantages Economique Minimalisent les pertes de sédiments Assurent des opérations de dragage ininterrompues Limitent les opérations de transfert Peuvent être utilisée comme conduite de refoulement pour le déchargement de barges Pas de nuisance aérienne ou sonore Sécurité de l équipage et préservation de l environnement Descriptif Inconvénients Nécessitent des «boosters» ou pompes de surpression pour le transport sur de longues distances Obstruction possible de la conduite Constitue une entrave possible à la navigation Valables pour de grandes quantités Ajout d eau pour faciliter le transport Ce mode de transport n est actuellement compatible qu avec des dragues hydrauliques et pneumatiques du fait de la nécessaire fluidité du matériel transitant dans la conduite. Pour être utilisable avec des matériaux denses, il faut une barge de refoulement les fluidisant. Ces conduites transportent les matériaux sous l action de pompes centrifuges ou de pompes à air comprimé. Si la distance à parcourir est importante, il peut être nécessaire d insérer des «boosters» (pompes intermédiaires) pour maintenir une pression suffisante tout le long de la conduite. Booster (Cl. Extract) Les conduites peuvent être flottantes ou immergées selon les besoins. Les recherches actuelles portent sur l augmentation de la densité moyenne du fluide dans la conduite, sur l introduction d un «buffer stock» permettant d éviter la réintroduction d importantes quantités d eau pour la remise en marche du pompage après une interruption momentanée. Ce mode de transport s intègre très bien dans une opération de dragage environnemental : en effet, il fonctionne en circuit fermé et les matériaux dragués ne sont jamais en contact avec l environnement extérieur pendant leur transport.

78 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 78 Chaland Chaland et phénomène de surverse Avantages Inconvénients Coûts faibles sur petites distances Nécessité de mise en place de Sécurité débarcadères pour le déchargement Nécessité de mesures supplémentaires (recouvrement ) pour l étanchéification de la barge Descriptif Ils peuvent être utilisés indifféremment à partir de dragues mécaniques ou hydrauliques. En effet, il existe pour le transport de matériaux fluides des chalands spéciaux pour éviter les mouvements de liquide pouvant entraîner le naufrage du chaland. Ce mode de transport nécessite un tirant d eau minimum dans le chenal de navigation pour le passage des barges. L impact sur l environnement est limité tant qu il n y a pas de surverse. Celle-ci peut être évitée par un remplissage limité de la barge ou par le recouvrement ou la fermeture du chaland. Les efforts actuels portent tout de même sur le transport des matériaux à haute densité et notamment sur les moyens de chargement et de déchargement. Train Avantages Solution avantageuse pour le transport de sédiments pollués en milieu urbain Inconvénients Valable pour de grands volumes et sur de longues distances Nécessité de la présence d une voie à proximité du site de dragage Nécessité de conteneurs spéciaux pour les sédiments contaminés Descriptif Cette solution n est retenue que dans des cas très particuliers ne permettant pas d envisager d autres solutions. En effet, la nécessité d infrastructure lourde et de réseau ferroviaire proche est un frein certain.

79 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 79 Transport routier Chargement d un camion étanche (Cl. Semen TP) Avantages Chargement mécanique à n importe quelle densité Choix de la destination flexible Inconvénients Nécessité de plusieurs camions afin de suivre la cadence de travail Sans mesures spécifiques, les risques pour l environnement sont notoires (renversement ) Coûts élevés Nuisance sonore importante Implique une rupture de charge par une seconde opération de manutention lors du déchargement Si les matériaux sont trop fluides, déshydratation nécessaire Nécessité d aménager une plate-forme de transfert. Descriptif Si la destination finale des matériaux de dragage n est pas en bordure de port, ou s il s agit d une opération de dragage de petite envergure, ce mode de transport est le plus adéquat. Plutôt conseillé pour des matériaux denses, donc issus d une drague mécanique, il peut être très intéressant si les matériaux ont plusieurs destinations finales ou si le coût d un traitement sur place est trop élevé. Certaines entreprises couplent ce mode de transport avec un dragage hydraulique ou pneumatique pour conserver un produit dense. Pour les sédiments contaminés, il existe des camions totalement étanches mais souvent coûteux. Pour le déchargement, il est possible d utiliser des pontons flottants le long desquels les camions se positionnent et déchargent. Ces pontons très longs et très larges peuvent être déplacés pour répartir les sédiments dans le puit récepteur.

80 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 80 Avantages Teneur en eau faible Distance de transport importante Rendement important Système Totra Inconvénients Coût important Gêne à la navigation Descriptif TOTRA est un mode de transport combinant un booster et un système à air comprimé permettant le transport sur de longues distances de matériaux dragués sans ajout d eau. Il en coûte environ 20 /m 3. Il a un rendement de 600 m 3 /h et peut transporter les matériaux sur plus de 1000 mètres. Deux pelleteuses déchargent les produits de dragage vers une trieuse puis, sous l action du booster, vers la conduite de déchargement. Système à Pompe Putzmeister Pompe Putzmeister (Sc. Semen TP) Avantages Teneur en eau faible Distance de transport importante Rendement important Dépôt des matériaux dragués (Cl. Semen TP) Inconvénients Coûts élevés Gène à la navigation Descriptif Suite à une extraction à la pelleteuse, ou avec une grue équipée d une benne preneuse, les matériaux sont déversés dans un malaxeur, relié à une pompe haute pression «Putzmeister». Un débit de 150m 3 /h peut être atteint. Les matériaux sont alors dirigés vers une conduite pour être déposés directement à terre ou dans une trémie desservant des camions étanches. Ce système permet d éviter les grandes quantités d eau introduites dans les matériaux pour leur transbordement via les conduites hydrauliques. Tapis Roulant (ou Convoyeur) Avantages Inconvénients Pas d apport d eau Alignement, point de départ et d arrivée Gestion de grands volumes en continu fixes Impact environnemental faible Risque de perte de matière Peu cher si volumes importants Utilisation sur courte distance Nuisance sonore importante Descriptif Ce mode de transport n est possible que pour des matériaux issus d une drague mécanique ou asséchés. Il n est intéressant que pour l exploitation de grands volumes couvrant un coût de réalisation très élevé. Son prix est estimé à 5 à 10 /m 3 pour une unité de 50 mètres de long et un rythme de 300 m 3 /h.

81 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Traitements 5.1. Introduction Traitement des Matériaux de Dragage La gestion des sédiments contaminés soulève des défis technologiques, économiques et environnementaux de plus en plus importants. Divers scénarii s offrent aux promoteurs, depuis la décision de ne pas intervenir jusqu à celle d éliminer en partie ou en totalité les contaminants présents dans le sédiment. Le pré-traitement et le traitement des sédiments sont des technologies répondant à ce dernier point. Elles permettent de rendre aux sédiments contaminés des teneurs en polluants acceptables pour qu ils soient, éventuellement, réutilisés. La phase de caractérisation des sédiments prend alors toute son importance : elle permet de choisir la technologie adéquate et d en estimer le coût. Certaines de ces technologies peuvent avoir des répercussions environnementales par l intermédiaire des rejets d eau ou de gaz, d autres nécessitent beaucoup d énergie ou de grands espaces. Intérêt d une Etude Préliminaire La fraction de sédiments contaminée L efficacité des méthodes usuelles La propension des contaminants à la lixiviation La température de volatilisation des contaminants L applicabilité d un traitement biologique Résidus de traitement par incinération Sédiments en place Catégories des procédures de traitement In Situ Sédiments enlevés Biodégradation Traitement sur barge Traitement sur rivage Avantages : Faibles coûts Faibles risques Procédé naturel Inconvénients : Efficacité à démontrer Durée du traitement Mise en œuvre (nécessité d oxygène et d éléments nutritifs) Avantages : Acceptation sociale Sortie du site initial Avantages : Pas de transport Contaminants détruits définitivement ou transférés Inconvénients : Coûts importants Ex Situ Avantages : Pas de transport Contaminants détruits définitivement ou transférés Inconvénients : Coûts importants Nécessité de grands terrains Sédiments enlevés Inconvénients : Coûts importants (extraction,transport, traitement) Efficacité à démontrer

82 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Pré-traitements La typologie de processus des pré-traitements a été établie à l aide des données actuelles sur l état de l Art et en concertation avec les entreprises de dragage. Néanmoins, elle ne se veut pas exhaustive, et peut évoluer en fonction des avancées technologiques. Chaque type de pré-traitement a été décrit avec les critères suivants : intérêts, limites, compartiments impactables (eau, air, sol, ), efficacité (basée sur des essais issus d ouvrages), coût (hors installation des infrastructures), descriptif, exemples de procédés. Pré-Traitement Intérêts : Réduire le volume de sédiment à traiter ou à mettre en sites confinés Favoriser ou accélérer la sédimentation des parties solides Réduire la teneur en eau afin de facilité le transport Séparer les matériaux valorisables de ceux à intégrer dans une chaîne de traitement ou à mettre en dépôt Trier les matériaux en différentes catégories répondant aux différents types de traitement En effet, les polluants ont tendance à se fixer sur les fines ; la partie grossière peut alors être réutilisée, après analyse, sans risque comme remblais, ou matériaux de construction (selon la réglementation en vigueur). Ceci peut engendrer une économie substantielle de l opération de dépollution. Séparation : Attrition, bassin de séparation, coagulation / floculation, criblage, hydrocyclone, lit fluidisé, séparateur magnétique électrostatique et électrodynamique, vis Déshydratation : Consolidation sous vide, bassin de décantation, centrifugeuse, évaporateur, filtre presse et filtre bande Typologies de pré-traitements Chaîne de pré-traitement Extract Ceux-ci sont complémentaires et, par exemple, une séparation granulaire avec injection d eau est suivie d un séchage. Beaucoup de sociétés ont d ailleurs mis au point des unités mobiles comprenant généralement une chaîne de procédés : grilles et tamis, hydrocyclone et presse à bandes filtrantes.

83 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 83 Séparation Les polluants ayant une nette tendance à se fixer sur les particules fines, il est intéressant de séparer les fines des particules grossières afin de n avoir à transporter et à traiter qu un faible volume des matériaux dragués. Le volume de matériaux grossiers, après analyse, peut être réutilisé sans risque. Le fait que certains polluants soient retrouvés sur des particules grossières, a poussé à travailler sur la densité relative des particules plutôt que sur leur taille ce qui a fait apparaître de nouvelles technologies. Il peut être intéressant aussi de connaître les propriétés conductrices ou magnétiques des particules pour certaines techniques. La plupart de ces techniques font partie intégrante d unités mobiles. Paramètres nécessaires a la validation d une technique de séparation Volume de matériaux contaminés Granulométrie Pourcentages de solides et d argile Nature de la contamination Typologie des techniques de séparation Coagulation / Floculation Criblage et Tamisage Hydrocyclonage Bassins de séparation Attrition Lit fluidisé Vis Séparation magnétique, électrostatique, électrodynamique Criblage de l unité de pré-traitement (Cl. Extract) Attrition Intérêts Tout type de contaminants Limites Peu entraîner la désagrégation des particules Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité - ~10 /TMS 70 % Principe de fonctionnement Cette technique est utilisée en début de chaîne de traitement et a pour objectif le conditionnement des matériaux à traiter. Lorsque la distribution granulométrique des contaminants n est pas exclusivement sur la fraction fine, cela peut être dû à un enrobage de grosses particules minérales par des fines polluées. C est souvent le cas des matériaux argileux, et donc des sédiments. Le principe de l attrition consiste à engendrer des forces de frottement entre les grains au moyen d une agitation vigoureuse. Pour cela, il existe des cellules munies de pales inversées favorisant les contacts. On aboutit alors à la désagrégation des matières organiques et au nettoyage des surfaces minérales sans concassage excessif des minéraux cristallins.

84 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 84 Bassin de séparation Intérêts Pour une granulométrie allant jusqu à 20 à 30 microns ou 10 microns avec ajout de floculants Limites Nécessité de grands terrains Temps d installation Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Eau, Sol, Air 5 A 15 /TONNE DE MS 65 % Principe de fonctionnement Il s agit d un bassin à l extrémité duquel sont introduits les matériaux de dragage. Les matériaux grossiers sont alors séparés des fines sous l influence du courant institué (jets d eau ou courants longitudinaux). Celui-ci doit être suffisamment fort pour entraîner les particules fines, sur lesquelles sont fixées les contaminants. Il doit aussi être relativement faible pour ne pas entraîner les particules plus grossières et les débris qui seront, après assèchement et test, récupérés et utilisés comme matériaux de construction (remblais ). Intérêt Classificateur à vis hélicoïdal Utilisable pour le lavage, la déshydratation, et la séparation granulaire de boue contenant moins de 30% de solides. Particules dont diamètre inférieur à 25mm Si grand volume Limites Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité - 5 à 15 /tonne de ms 90% Cette méthode joue sur la différence de densité des particules pour effectuer la séparation. Elle utilise la force mécanique afin de contrer la sédimentation des particules dont la vitesse terminale de chute est faible pour qu elles demeurent en suspension. Les particules, dont la vitesse de chute est plus importante, sédimentent. Le système se présente sous la forme d une longue vis baignant dans un canal à fond incliné. Les boues sont alimentées par le dessus du canal et les particules en suspension sont évacuées par la surverse. On peut diviser le système en trois zones : une zone de transport située entre l alimentation et la sortie de la surverse (sédimentation libre des particules), une zone de classification (sédimentation entravée des particules), une zone de récupération des solides sédimentés au fond du canal. Ces derniers solides sont constamment remués et entraînés à un niveau supérieur à celui de la boue par la vis où ils subissent un lavage par des jets d eau qui a pour fonction, de retourner dans la zone de sédimentation, les fines accidentellement entraînées. On peut régler la vitesse de rotation de la vis, la pente du canal et la densité de la pulpe. Elle est utilisée, notamment, dans l usine de traitement des sédiments du port de Hambourg.

85 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 85 Coagulation et Floculation Intérêts Début de chaîne de traitement Rapide Efficace Limites Traitement de l eau Augmente les volumes de boues extraites Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Eau, Sol, Air 25 à 60 /tonnes de ms 90 % pour les fines Première étape : la coagulation La première étape du traitement est la coagulation des colloïdes par diminution des forces de répulsion électrostatique. Cette étape s effectue par ajout d ions positifs. Le colloïde se caractérise par deux potentiels : le potentiel de surface (ou thermodynamique) et le potentiel à la surface du plan de cisaillement (ou potentiel électrocinétique ou potentiel Zéta). L annulation de ce dernier potentiel par addition d un réactif chimique (le coagulant) permet la coagulation et donc la diminution des forces de répulsion électrostatique. Deuxième étape : la Floculation La floculation correspond à l agglomération des particules, déchargées, en microflocs, puis en flocons volumineux décantables, les flocs. Pour cela, un autre réactif chimique est utilisé : le floculant. C est ce réactif qui conditionne les caractéristiques des flocs : plus leur taille est grande, plus la séparation solide/liquide est efficace et plus la filtration sous pression ou la centrifugation est efficace comme complément de traitement. De petits flocs favoriseront l épaississement de la boue décantée. Principe de floculation

86 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 86 Criblage Intérêts Séparation des débris et particules très grossières Séparation granulaire Limites Rétention de particules fines dans les débris Problème d alimentation Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité - 10 à 15 /tonne de ms 80 % Ils existent trois types de tamis (les plaques perforées, les toiles mécaniques et les barres profilées) qui servent principalement à effectuer un tri sélectif des débris puis des particules selon leur diamètre toujours avec l objectif, à terme, de séparer les fines. Ils sont généralement positionnés en début de chaîne afin d éviter l intrusion de particules abrasives notamment dans les bandes filtrantes des presses, qui peuvent être détériorées, ou de débris plus grossiers (coquilles, os, matériaux de construction, objets métalliques, pierres et agrégats ) pouvant endommager les engins de manutention. Il est à noter que certaines grilles et certains tamis sont stationnaires alors que d autres sont dynamiques (vibrants ou rotatifs) afin d améliorer leur efficacité en évitant tout risque d obturation du système. Quelques Tamis et Grilles Les grizzlys : série de barres parallèles montées sur un cadre incliné stationnaire ou vibrant - séparation des particules de diamètre compris entre 20 mm et 300 mm faible efficacité et capacité de 1000 tonnes/heures. Les trommels : surface de tamisage de forme cylindrique dont l axe de rotation est légèrement incliné séparation des particules de diamètre compris entre 6 mm et 55 mm efficacité moyenne et capacité faible. Les tamis vibrants : surface de tamisage plane inclinée subissant une vibration induite de façon circulaire, elliptique ou par chocs séparation des particules de diamètre compris entre 250 microns et 25 cm efficacité et capacité élevées. Les tamis giratoires : surface de tamisage circulaire animée d un mouvement giratoire horizontal et d un mouvement vibratoire vertical séparation des particules dont le diamètre varie entre 40 microns et 12 mm efficacité élevée et capacité faible. Grille de l unité de pré-traitement (Cl. Extract)

87 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 87 Hydrocyclone Intérêts Limites Granulométrie de 2000 à 10 microns et moins Efficacité faible si boue visqueuse ou argileuse Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité - 3 à 20 /tonne de ms 90 % Ce procédé est basé sur la propension qu ont les contaminants à se fixer aux fines mais ponctuellement aussi sur quelques particules grossières. Afin de pallier à ce fait, l hydrocyclone joue sur la densité relative des particules en utilisant la force centrifuge, pour une faible consommation d énergie. La boue est introduite sous pression dans une chambre cylindrique ce qui l entraîne dans un mouvement rotatif avec une grande vitesse angulaire. Les particules les plus denses sont entraînées vers les parois où elles continuent à descendre dans la chambre jusqu au fond avec une vitesse de plus en plus importante. Les matériaux denses sortent alors par l extrémité inférieure du cône. Les particules les moins denses remontent vers le haut de la chambre par le vortex basse pression créé au centre et sont évacuées par le haut de l hydrocyclone. L eau injectée est recyclée ou traitée pour être rejetée. Les trois paramètres indépendants permettant de varier les conditions d opération sont la masse volumique du produit, le débit et la pression d alimentation, le diamètre du diaphragme de sortie et le diamètre de l extrémité du cône. Ce système dispose d un rendement élevé et d une grande efficacité. Cette technique nécessite une étude préalable afin de déterminer la nature et le type de polluants, la teneur en sable, la technique de dragage appliquée et l épaississement naturel ou accéléré des boues restantes. Généralement, ce procédé est suivi d une presse à bande filtrante pour déshydrater les boues libérées.

88 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 88 Lit Fluidisé de séparation Intérêts Limites Particules de diamètre inférieur à 6mm Capacité COMPARTIMENTS POTENTIELLEMENT IMPACTES Coût Efficacité Sol ~20 95% Il est généralement constitué d une partie inférieure de forme conique et d une forme supérieure de forme cylindrique. Il y a injection d eau à mi-hauteur permettant de créer un courant ascendant contrant la sédimentation des particules. On alimente l appareil par un puit d alimentation qui disperse de façon radiale les produits introduits. L eau est introduite par le bas du cylindre engendrant un courant ascendant de vitesse contrôlée. Immédiatement au-dessus, le lit de particules fluidisées est constitué de particules dont la vitesse terminale de chute est égale à celle du courant d eau ascendant. La séparation s effectue alors par élutriation. Le courant ascendant entraîne les particules les moins denses vers le haut et les évacue par la surverse. Les particules les plus denses subissent la gravité, sont compactées dans la partie conique de l appareil et évacuées par une vanne. La densité du lit de particules fluidisées est ajustée et contrôlée à l aide de deux détecteurs de pression. Afin de modifier l efficacité et les caractéristiques de la classification, on peut régler le débit d eau et le débit d évacuation de la surverse. Si l efficacité de l appareillage est bonne, sa capacité l est moins. Intérêts Enlève les impuretés Contaminants métalliques Séparation magnétique Limites Application limitée par les caractéristiques du produit de dragage Granulométrie doit être inférieure à 100 microns Nécessite une forte dissolution Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité - ~25 /tms 80% Ce système exploite les propriétés magnétiques des matériaux, entre autres la susceptibilité (comportement du matériau dans un champ magnétique). Les matériaux peuvent alors être divisés en trois classes : les ferromagnétiques (susceptibilité forte), les paramagnétiques (susceptibilité faible), les diamagnétiques (susceptibilité nulle). Les matériaux sont entraînés sur un tapis roulant pour passer dans un champ magnétique (produit par un aimant permanent ou un électroaimant qui permet d ajuster l intensité du champ). Il existe deux catégories d équipement : les séparateurs à haute intensité et les séparateurs à faible intensité. Chaque catégorie peut être divisée en deux : les séparateurs humides et les séparateurs fixes. Les séparateurs à faible intensité sont utilisés pour séparer les matériaux ferromagnétiques et certains paramagnétiques. Les séparateurs à haute intensité présentent des coûts d achat et d opération trop élevés. Le tapis roulant à tête magnétique est un équipement à faible intensité en milieu sec couramment utilisé. Il s agit d un tapis roulant à courroie muni d un aimant stationnaire inséré à l intérieur d une des poulies qui actionnent la courroie. Les matériaux magnétiques sont retenus sur la courroie et tombent sur la poulie lorsqu ils sortent du champ magnétique. Les autres matériaux continuent à suivre la trajectoire normale. La capacité de ce dispositif dépend de l épaisseur de matériel qui circule sur le tapis roulant, son efficacité diminue lorsque la vitesse du tapis augmente et lorsque l épaisseur du matériel augmente. Le séparateur humide à tambour est un dispositif de séparation à faible intensité en milieu humide. Il est constitué d un cylindre rotatif dont la partie inférieure repose dans le produit à traiter. L intérieur du cylindre abrite un aimant permanent ou un électro-aimant stationnaire qui ne suit pas le tambour dans sa rotation. Ce processus s applique aux contaminants métalliques présentant des propriétés ferromagnétiques (fer, magnétite), fixés à des particules supérieurs à 50 mm.

89 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 89 Intérêts Enlève les impuretés Contaminants métalliques Séparation électrostatique ou électrodynamique Limites Application limitée par les caractéristiques du produit de dragage Granulométrie doit être inférieure à 100 microns Nécessite une forte dissolution Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité - ~25 /tms 80% Cette technique est basée sur une différence de conductivité électrique entre les matériaux. Il existe deux types de séparateurs électrostatiques : les électrostatiques et les électrodynamiques (ou à haute tension). Le séparateur électrodynamique est composé d un cylindre mis à la terre et de charge positive, d une électrode ionique de charge négative et d une électrode statique de charge négative. Les particules à traiter tombent sur le cylindre et passent à travers un faisceau d ions mobiles en provenances de l électrode ionique. Les particules présentant une faible conductivité acquièrent une forte charge de surface négative et restent collées à la surface du cylindre. Les autres suivent leur trajectoire normale. Celle-ci les amènent dans le champ d attraction de la seconde électrode (statique) qui attire les particules conductrices loin du cylindre afin d augmenter la sélectivité de la séparation. Les particules non-conductrices restent collées au cylindre et sont récupérées par un balai disposé à l opposé des électrodes. La capacité de ce dispositif est peu élevée. La taille des particules doit être comprise entre 60 et 500microns. Déshydratation Cette technique concerne principalement les produits de dragage extraits par dragues hydrauliques. En effet, les matériaux dragués peuvent avoir une teneur en eau allant jusqu à 90 %. La teneur en eau est généralement abaissée de 50 % même si la performance du procédé dépend de l homogénéité du produit, de la teneur en argile et en substances organiques. Le choix de la technique est principalement dû au traitement choisi par la suite. Intérêts Faciliter le transport des sédiments ; Augmenter l efficacité des techniques de traitement (réduction des besoins énergétiques ) Faciliter le dépôt des sédiments en milieu terrestre Typologie des Procédés de Déshydratation Bassin de décantation et consolidation sous vide Centrifugation Evaporation Filtres bande et Filtre presse Pressoir Déshydratation par filtre à bande (Cl. Extract)

90 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 90 Bassin de décantation, consolidation sous vide et décanteur lamellaire Intérêts Quelle que soit la granulométrie Pour les grands volumes ou dans des bassins déjà existants Limites Nécessité de grands terrains Main d œuvre importante Durée de l opération importante Risques de colmatage des systèmes drainant Système de drainage sous vide nécessite beaucoup de maintenance et de supervision Système basé sur l électro-osmose coûteux Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Eau, Sol, Air 3 à 12 /tonne de ms 90 à 99 % Systèmes favorisants le phénomène de décantation Drainage de surface Drains d égouttage Drains souterrains Sillons d assèchement et tranchées d évacuation des eaux Retournements réguliers Consolidation sous vide Elle permet un gain de temps considérable en favorisant le tassement. Les matériaux dragués sont recouverts d un film étanche à l air, sous lequel se trouvent un système de drainage vertical et un système de conduites horizontales raccordées à une unité de pompage. Celle-ci aspire l eau et l air se trouvant sous le film, créant ainsi un vide. La pression atmosphérique force alors l eau à s échapper. Le procédé de déshydratation s en trouve nettement accéléré. Mais si le gain de temps est indéniable, le coût des infrastructures et de la main d œuvre nécessaire à la maintenance du système est à prendre en compte. Décanteur lamellaire Le décanteur lamellaire à contre-courant déshydrate les matériaux et sépare les huiles minérales des matériaux. Ce procédé tire profit des principes de flottation naturelle des huiles et de décantation des matières en suspension, qui ont des masses volumiques différentes de l eau. L'originalité du procédé est de combiner la séparation et la décantation dans le même équipement. Pour une performance équivalente à celle des décanteurs gravitaires, le décanteur lamellaire est plus compact et occupe une surface moins grande. Les flocons se déposent sur des lamellaires inclinées, glissent en fond d'ouvrage et sont extraits pour être envoyés vers le traitement des boues. L'eau clarifiée est récupérée en partie haute, au-dessus des lamelles. La performance du système dépend des caractéristiques spécifiques de l'effluent à traiter. Selon le cas, les huiles et graisses libres ainsi que les matières en suspension (MES) sont enlevées dans une proportion de 90 % à 99 %. Le décanteur lamellaire à courants croisés est principalement constitué de la chambre de débourbage, d'un compartiment contenant les lamelles, d'un silo à boues et d'une chambre de stockage des huiles et graisses. Les eaux subissent d'abord un prétraitement dans la chambre de débourbage qui retient une partie des huiles et graisses flottantes et qui permet la sédimentation des grosses particules solides (> 500 µm). L'effluent traverse ensuite la cellule lamellaire où la séparation des phases s'effectue comme suit : les huiles sont déviées par les lamelles vers la partie supérieure du réservoir et forment un film à la surface de l'eau, les boues décantent vers le fond et l'eau épurée s'écoule horizontalement vers la sortie du réservoir. Décanteur lamellaire (Cl. Extract)

91 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 91 Centrifugeuse Intérêts Epaississement ou déshydratation Dispositif intéressant en espace limité Limites Nécessité de systèmes de contrôle Coût élevé Usure des équipements Faible débit par unité de traitement Pompe d alimentation fragile Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Eau 15 à 20 /tonnes de ms 65 à 85% Principe de fonctionnement Dans une centrifugeuse la force centrifuge provoque la séparation des phases liquide (l'eau) et solide (la boue déshydratée). La centrifugation consiste à appliquer une force centrifuge sur les particules d'une suspension boueuse pour provoquer leur décantation accélérée, aboutissant à l'obtention de deux phases : Le sédiment (boue déshydratée) Le centrat (liquide surnageant) La boue floculée est introduite dans un bol cylindro-conique à axe horizontal entraîné à très grande vitesse de rotation (variable suivant le diamètre du bol) qui provoque, sous l'effet de la force centrifuge, la séparation des phases liquide et solide. Les matières déposées sur la paroi interne du bol sont entraînées en continu par une vis racleuse et évacuées à une extrémité du rotor, tandis que le centrat déborde par un déversoir à l'extrémité opposée. La partie cylindrique du bol assure la décantation, alors que la partie conique permet l'extraction du sédiment sec par refoulement du liquide clarifié. Facteur d efficacité Qualité des boues : homogènes, non septiques Réglage de l'alimentation de la machine : débit de la pompe à boue (pompe volumétrique très fragile et sensibles aux matériaux étrangers), débit de la pompe doseuse de floculant, débit de l'eau de dilution Réglage de la machine : vitesse du bol, vitesse relative Centrifugeuse montée sur châssis pour la récupération des matériaux dans un container.

92 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 92 Intérêts Vaporisation des liquides et composés volatils Contrôle des risques Evaporateur Limites Difficile à mettre en œuvre pour de grandes quantités Coûteux Nécessité d entretien Besoins en énergie importants Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air, Eau, Sol ~10 /tms 90% Principe de fonctionnement Utilisation de la chaleur pour vaporiser les liquides ou les composés volatils Evaporateur Carver-Greenfield Evaporation solaire Evaporateur à film mince Evaporateur tubulaire Evaporateur à bouilloire Typologie des évaporateurs Pressoir Intérêts Déshydratation de sédiments pré conditionnés Limites Nécessité de conditionnement si les matériaux sont trop liquides Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité 10 à 20 Réduction Volume de 5 à 10 fois, Taux Eau /tonnes de ms de siccité=75 %, Rendement=44 m 3 /h Les matériaux sont introduits dans un canal rectangulaire situé à la périphérie d un disque rotatif dont les parois latérales sont constituées de tamis permettant l extraction de l eau et la rétention des particules solides. Le disque exerce une force de compression et d entraînement sur la matière à essorer qui, conjuguée à la faible vitesse d alimentation des sédiments et à la pression exercée mécaniquement à la sortie, produit une matière dont la siccité est élevée. Le pressoir opère en continu. Sa vitesse de rotation est réglable de 0.2 à 2 rpm. Le circuit étant fermé, il n y a pas de risque pour les utilisateurs ou pour les environs. On peut trouver, intégré au système, un floculateur afin de conditionner les produits trop liquides. Le produit résultant est acheminé via un tapis roulant vers le Pressoir (Cl. Environnement Canada) site de dépôt ou la suite de la chaîne de traitement.

93 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 93 Filtre presse et Filtre bande Intérêts Déshydratation des sédiments à grains fins Systèmes mobiles de traitement Meilleur contrôle des risques environnementaux Limites Performances liées aux caractéristiques physico-chimiques Risques de détérioration des bandes ou des toiles Pré-traitement souvent nécessaire Production importante d eaux usées Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Eau 25 à 50 /tonne de ms 85 à 95 % Filtre Bande Après avoir subi une floculation, la boue est égouttée sur une toile entraînée par des rouleaux et des herses. Elle est ensuite entraînée vers d autres toiles en subissant une compression allant de 2 bars jusqu à 10 bars. Le nombre de rouleaux peut favoriser leur essorage par un effet de cisaillement dû à leur mouvement des toiles entre les rouleaux. Ce procédé sera d autant plus efficace que les boues sont homogènes, et que le réglage de la machine est optimisé (débit des boues, tension des toiles ). Filtre à bande (Cl. Extract) Filtre Bande (Cl.HAM) Filtre Presse Ce filtre se présente comme une série de plateaux verticaux recouverts de toiles. La pression est imposée par des vérins. La boue déshydratée est récupérée entre chaque plateau suite à l action d une pompe haute pression agissant lorsque l espace entre les plateaux est rempli (c est la filtration). A l écartement des plateaux, on récupère une plaque de boue. Ce type de filtre ne permet donc pas un traitement en continu. Comme pour le filtre à bandes presseuses, l efficacité du procédé tient dans les caractéristiques des boues et dans le réglage de la machine (pression des vérins ).

94 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Traitements La typologie de processus de Traitement a été établie à l aide des données actuelles sur l état de l Art et en concertation avec les entreprises de dragage. Néanmoins, elle ne se veut pas exhaustive, et peut évoluer en fonction des avancées technologiques Chaque type de Traitement a été décrit avec les critères suivants : Intérêts, limites, compartiments impactables (eau, air, sol, ), Efficacité (Basé sur des essais issus de la littérature), coût (hors installation des infrastructures), Descriptif, exemples de procédés. Traitement Intérêt Freins lies à une opération de traitement Informations nécessaire pour le choix du process Détruire, extraire, immobiliser ou neutraliser les contaminants Certaines techniques ne traitent qu une catégorie de contaminants Intégration du traitement dans une opération de dragage malgré une efficacité qui n est plus à prouver (transport, centre de regroupement ) Investissements nécessaires pour la mise en place d unités à grande échelle Propension des contaminants à la lixiviation Stabilité des contaminants (volatilisation ) Caractérisation des sédiments et de leurs contaminants Homogénéité des sédiments Aspects environnementaux (santé publique ) Aspects sociaux économiques Typologie de Traitement Traitement Biologique Traitement Physico-chimique Traitement de stabilisation (Inertage ) Four d essai Bach (Cl. Nesa)

95 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 95 Traitement Biologique Intérêts Limites Simplicité d application Faible coût de mise en œuvre Respect de l environnement Traite uniquement les fractions biodégradables ou biodisponibles Délais de réalisation généralement élevés Ces méthodes utilisent des bactéries ou des champignons (ou des levures) pour accélérer la dégradation des polluants organiques (huiles et HAP). Elle peut se faire ex situ, par land-farming (épandage agricole), ou en utilisant des bio-réacteurs (biocoulis). Il existe aussi certaines méthodes in situ dont leur efficacité reste à prouver. Le process fonctionne avec l apport de produits. La phytoremédiation (par les plantes) apparaît aussi comme une solution envisageable. Elle fait appel à la faculté qu ont certains végétaux d absorber des substances telles que les métaux lourds via leur système racinaire, ou même, dans le cas des algues, par les parois de leurs cellules. L efficacité de ces procédés est principalement liée à la température, l humidité, la présence de nutriments et d oxygène, ainsi que le degré de contamination des sédiments. Ces procédés sont très lents (jusqu à 1 an) et nécessitent des contrôles environnementaux réguliers. Ceux-ci sont complémentaires et, par exemple, une séparation granulaire avec injection d eau est suivie d un séchage. Beaucoup de sociétés ont d ailleurs mis au point des unités mobiles comprenant généralement une chaîne de procédés : grilles et tamis, hydrocyclone et presse à bandes filtrantes. Typologie de traitement biologique In Situ Ex Situ Bioremédiation Phytoremédiation Sesatec Bioréacteur Compostage Land farming Epandage sous serre Rotamix

96 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 96 Traitement Biologique In Situ : Bioremédiation Intérêt Contaminants organiques Solution environnementale Limites Teneur en oxygène dissous Difficulté pour contrôler la réaction et les effets secondaires Odeurs Durée Peu de connaissance sur les effets à long terme Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air, Eau, Sol Volume = 10 à 50% 15 à 30 /m 3 Epaisseur = 10 à 20 cm Contaminants = 50 à 80% Il s agit d intégrer des micro-organismes dans la matrice à traiter pour favoriser et accélérer les procédés biologiques de biodégradation. Ils traitent la fraction organique des polluants mais ne sont pas applicables quand la concentration en métaux lourds est forte ou si on est en présence de composés chlorés de poids moléculaires haut, pesticides, herbicides ou sels inorganiques. Par ailleurs, le problème majeur lié à cette technique est la présence d oxygène. En effet, afin que le procédé soit efficace et compétitif en terme de durée, un apport en oxygène est souvent nécessaire. Là aussi, une étude préalable est indispensable afin de mesurer entre autre les effets sur l environnement. Fixation au phosphate (HAM) Par exemple, la fixation au phosphate, in situ, inverse l eutrophisation causée par un excès de phosphate dans les sédiments. Il s agit d injecter une solution diluée inoffensive de sel ferrique dans l eau de telle sorte à ce qu ils forment un précipité. Cette solution est alors injectée dans la couche supérieure de sédiment (20 centimètres). Le sédiment n est donc plus une source majeure de phosphate pour l écosystème. On obtient alors une eau claire et propre. Une importante pré étude est nécessaire pour ce type de traitement pour déterminer, notamment, le dosage de la solution ferrique.

97 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 97 Traitement Biologique In Situ : Phytoremediation Intérêt Limites Sédiments chargés en métaux lourds Difficulté pour contrôler la réaction et les effets secondaires Durée Peu de connaissance sur les effets à long terme Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Sol, Eau 15 à 30 /m 3 A prouver Elle fait appel à la faculté qu ont certains végétaux de dégrader les contaminants organiques et d absorber des substances telles que les métaux lourds via leur système racinaire, ou même, dans le cas des algues, par les parois de leurs cellules. Elle le fait via trois types de phénomènes naturels : la phytoextraction, la rhyzofiltration ou phytodégradation, la phytostabilisation. Principe de la phytoremédiation pour le Plomb La phytoextraction est l utilisation de plantes pour traiter les sols pollués, notamment par les métaux. La pollution des sols par les métaux est l'un des problèmes les plus difficiles à traiter dans la mesure où ils ne sont pas biodégradables. Pour véritablement dépolluer, il faut extraire ces métaux. Il existe des plantes, dites hyperaccumulatrices, capables d accumuler plus de 1% de métaux dans leurs tissus. Il s'agit ainsi de cultiver ces plantes, les couper, les sécher, de les incinérer puis de récupérer les cendres. La pollution est ainsi concentrée et maîtrisée mais ce moyen est extrêmement lent. La phytodégradation consiste à accélérer la dégradation des composés organiques polluants (hydrocarbures, pesticides, explosifs...) en présence de plantes. Cette dégradation peut avoir lieu soit hors de la plante, grâce à l activité des micro-organismes présents dans l environnement des racines (rhizosphère), soit dans la plante après absorption du composé puis dégradation dans les cellules. La phytostabilisation consiste à immobiliser la pollution. Il s agit d installer un couvert végétal avec des espèces tolérant les polluants. La présence de ces plantes permet de réduire les processus d'érosion et de ruissellement de particules porteuses de polluants et les processus d'entraînement de ces polluants en profondeur. L efficacité de ces procédés est principalement liée aux caractéristiques des plantes, à la densité de la plantation, aux caractéristiques du sol (température, ph ), à la concentration en métal dans le sol, à la solubilité des métaux et spéciation, à l utilisation d engrais et amendements, à l humidité, et à la présence de nutriments et d oxygène. La première moisson s effectue généralement 6 à 9 semaines après le lancement du procédé puis toutes les 8 semaines (ces chiffres varie selon les plantes). La biomasse est récoltée par fauchage puis est séchée. Elle est ensuite envoyée vers un incinérateur puis en décharge ou vers une filière de recyclage.

98 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 98 Traitement Biologique In Situ : Sesatec Déroulement de l opération Identification de la zone contaminée Echantillonnage et analyse Etude de faisabilité du procédé de traitement en laboratoire Recherche de la meilleur formule d ABR-CIS fonction de l étude en laboratoire Gestion du projet Rapport final Contaminants traites HAP Les Phénols et formaldéhydes Les BTX (hydrocarbonés aromatiques) et ses dérivés Les huiles minérales Les cyanides Principe SESATEC (Cl. Haecon) Résultats Réduction du volume de boue Dégradation des contaminants dans l eau et les boues Elimination des odeurs indésirables Stabilisation du ph Réoxygénation de l environnement Réduction du DBO (Demande biologique en oxygène) Avantages Système peu coûteux Procédé environnemental Pas de problèmes d espace Pas de remise en suspension ou autres effets négatifs sur l environnement

99 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 99 Traitement Biologique Ex Situ : Bioréacteur Intérêt Contrôle des paramètres (ph, éléments nutritifs, sels solubles ) Efficacité Limites Possibilités d émissions Nécessité d instruments de contrôle et de main d œuvre qualifiée Coût Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Eau 60 à 100 /tms HAP 99% Huiles 43% Il s agit d introduire les matériaux à traiter dans des réservoirs où ils sont constamment en mouvement afin de faciliter leur aération. Le traitement peut être effectué en continu ou par lots (batch). Certains bio-réacteurs peuvent traiter toutes les granulométries, d autres uniquement les fines. Tout au long du traitement, la teneur en éléments nutritifs, en oxygène, le ph et la température sont régulées pour que la croissance des bactéries se déroule normalement. Une fois le traitement achevé, les boues sont asséchées et les solides évacués. Ces bio réacteurs peuvent travailler en phase humide (70% d eau) ou en phase solide. Dans le premier cas, ils traitent les boues d effluents aqueux, dans le deuxième cas, les sédiments sont mélangés et amendés (eau, éléments nutritifs, contrôle du ph ) pour être placés dans des systèmes fermés. L avantage des bio réacteurs en phase solide est l absence d eau à traiter et à rejeter. Le but étant toujours de maximiser les conditions de croissance des micro-organismes. Si le prix peut paraître nettement plus important que le land-farming, le temps de traitement est tout autant réduit. Bioréacteur (POSW-Pays-Bas)

100 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 100 Intérêt Procédé naturel Impacts environnementaux faibles Réduction de volume Traitement Biologique Ex Situ : Compostage Limites Nécessité de grandes superficies Nécessité de remanier le sol régulièrement Pas de contrôle sur les conditions météorologiques Additifs Durée Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air, Eau, Sol 30 à 70 /tms 90% Réalisables en conditions aérobies (le plus courant) ou anaérobies, il s agit du stockage des matériaux selon trois façons : Sous forme d andains à l air libre : piles allongées et aérées par un brassage régulier Idem mais avec une aération assurée par un système de ventilation à air forcé Dans des vaisseaux qui aèrent le produit par des systèmes rotatifs ou d agitation. L objectif est de favoriser l activité biologique pour dégrader les composés organiques. Cette activité peut être favorisée par l apport d éléments nutritifs (azote, phosphate ) et par un remaniement régulier des bandes de matériaux. Les produits issus d un compostage peuvent alors être valoriser vers l agriculture, le maraîchage, la viticulture, l horticulture, la culture de champignons, Traitement Biologique Ex Situ : Epandage sous serre Intérêt Contrôle des paramètres accélérant le processus Procédé naturel Maîtrise des émanations Impacts environnementaux faibles Limites Coûts supplémentaires d infrastructure Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air, Eau, Sol 20 à 50 /tms 90% Il s agit de land-farming sous conditions contrôlées. Suite à pré-traitement afin d assécher les matériaux, les matériaux sont étalés sous des serres. Ceci entraîne l accélération du processus : 3 mois en serre pour 1 an en extérieur, mais est plus coûteux du fait des infrastructures nécessaires.

101 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 101 Intérêt Procédé naturel Impacts environnementaux faibles Traitement Biologique Ex Situ : Land-farming Limites Nécessité de grandes superficies Nécessité de remanier le sol régulièrement Non maîtrise des gaz émis Durée Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air, Eau, Sol 10 à 50 /tms 90% Il s agit d étaler sur un terrain à l air libre et sur une épaisseur d environ 15 à 30 cm les matériaux dragués. L activité biologique commence alors et dégrade les composés organiques. Cette activité peut être favorisée par l apport d éléments nutritifs (azote, phosphate ) et par un remaniement régulier du sol. Il existe deux types de land-farming : l intensif et l extensif. Pour l extensif, l oxygène est capté naturellement par le labour. Pour l intensif, il est intégrer artificiellement dans le sol, par des erses par exemple, dans un premier temps, puis l apport se fait naturellement comme pour l extensif, dans un deuxième temps. Le landfarming intensif requiert 1 à 3 ans dans la première partie du traitement durant lequel les PAH diminue de 25 à 92% et les huiles minérales de 60 à 80%. Le land-farming extensif nécessite plusieurs années (4 à 15 selon les conditions) pour être réellement efficace. Intérêt Contrôle des paramètres accélérant le processus Procédé naturel Impacts environnementaux faibles Traitement Biologique Ex Situ : Rotamix Limites Coûts supplémentaires d infrastructure Devenir des produits traités Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air, Sol - 90% Ce procédé allie un retourneur rotatif autopropulsé et l ajout de biostimulants et d agents structurants. Dans un premier temps, les sols sont tamisés et humidifiés. Est ajouté ensuite un agent structurant, un amendement nutritionnel ou biostimulant et des micros organismes. L utilisation d un retourneur rotatif spécialement conçu pour ce type de matrice permet un mélange optimal et une structuration des matériaux qui favorise un processus aérobie si nécessaire. Les produits sont ensuite aérés sur des conduites perforées, puis mélangées régulièrement à l aide du retourneur. Ce système permet de traiter tous les types de granulométrie. Retourn eur rotatif du procédé Rotamix e

102 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 102 Traitement Physico-Chimique Ce type de traitement s appuie sur des interactions physico-chimiques (adsorption/désorption, oxydation/réduction, échange ionique ) pour détruire, transformer ou immobiliser les contaminants. On peut alors : Extraire les contaminants Détruire les contaminants Immobiliser les contaminants Extraction Ce procédé enlève les contaminants sans détruire ou modifier leur structure chimique par dissolution dans un liquide qui est ensuite récupéré et traité. On peut alors réduire la teneur en métaux lourds par apports d acides ou extraire les contaminants organiques par lessivage. Il faut alors les détruire par une autre méthode thermique ou physico-chimique. Malheureusement, les techniques associées à cette méthode ne sont pas efficaces pour tous les métaux lourds et coûteuses. Certaines techniques sont aussi spécifiques à l extraction des PCB par neutralisation du chlore. Avantages Traite différents types de contaminants Pas de problème d émissions de gaz dans l atmosphère Inconvénients Nécessité de récupérer et traiter les solutions usées de lavage ou d extraction Acides (Métaux lourds) Extraction Extraction sous vide Lessivage aux solvants, fluides supercritiques (CO) Déchloration (Cl) Flottation Complexant Destruction Il s agit, généralement, d apporter un agent très oxydant en grande quantité (ozone, eau oxygénée ). Un certain nombre de propriétés chimiques des contaminants permettent de choisir tel ou tel traitement chimique : ph, pouvoir oxydant ou réducteur, précipitation, complexion, réactivité, inflammabilité, corrosivité Destruction Oxydation / Réduction (Contaminants organiques)

103 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 103 Traitement Physico-Chimique : Acide Intérêt Limites Coûteux Extraction des métaux lourds Peu recommandée si grande teneur en contaminants organiques Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Eau 50 à 150 /m 3 70% Cette technique s applique aux métaux lourds mais n est pas toujours très efficace avec le Cadmium. Il s agit de déposer les sédiments dans un bain d acide et de les mélanger à un agent chélatant. Le tout est alors décanté et les sédiments sont alors lavés à l eau. Les sédiments sont alors propres et son ph est maintenu. L eau et l acide décantés, contenants les métaux et agents chélatants, sont pompés et amenés dans un réservoir où l on ajoute des billes de résine qui s attachent à l extrémité des agents chélatants. Les billes sont extraites de la solution acide pour être envoyées vers un second réservoir où le ph retombe à 7. Les billes sont ensuite récupérées par filtration, les métaux par électrolyse et les agents chélatants sont recyclés. Il est possible de compléter le traitement par des systèmes d aération afin de dégrader les organiques mais les coûts deviennent alors exorbitants Traitement Physico-Chimique : Extraction sous vide Intérêt Procédé d extraction naturel Limites Coûteux Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Eau 60 à 150 /m 3 70% Ce procédé applique un vide par une série de puits d extraction pour créer un débit d air dans la zone vadose des sols, zone située au-dessus de la nappe phréatique. L air se déplace à travers le sol et entraîne les contaminants volatils présents dans le sol et l eau interstitielle. Cette technologie sépare les substances organiques volatiles des sols de sorte que les vapeurs extraites doivent être ensuite traitées. Ce type d extraction peut être amélioré par chauffage ou ventilation. Traitement Physico-Chimique : Lessivage Intérêt Limites Odeur Sédiments contaminés par des organiques Coûteux Sédiments à grains fins Lent Contrôle des émissions atmosphériques Lourd à mettre en oeuvre Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Eau 50 à 120 /tms 90 % Cette méthode utilise l eau et son action mécanique pour enlever les contaminants (PCB, dioxines, PAH, hydrocarbures) liés physiquement aux particules. Cette technologie peut être très simple : le lavage s effectue avec l eau (Lavage) ou en ajoutant des agents d extraction (Lessivage) : acides, bases, chélateurs, surfactants, réducteurs Le solvant mélangé à l eau à température ambiante forme un azéotropre (mélange de 2 liquides bouillant à température constante) avec d excellentes propriétés d extraction. Après mise à température (en fonction du solvant) du mélange, le solvant, l eau et les contaminants organiques sont séparés et récupérés purs. Cette méthode a l avantage de ne pas émettre de fumée nocive et d être peu consommatrice d énergie. Des essais ont aussi été effectués avec des solvants type fluide aux conditions critiques et supercritiques. Le CO 2 ou des hydrocarbures légers, soumis à des pressions et températures critiques, possèdent à la fois les caractéristiques des liquides et des gaz. Dans ces conditions, des variations de température ou de pression peuvent augmenter la solubilité des composés organiques dans le solvant.

104 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 104 Traitement Physico-Chimique : Déchloration Intérêt Limites PCB et autre contaminants chlorés Nécessité de contrôles Limité par la présence d argiles Ne traite pas les inorganiques Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air, Eau 50 à 80 Il s agit de réactions chimiques permettant le remplacement des atomes de chlore des composés dangereux par des métaux alcalins, par exemple. Est utilisé le principe de transfert des électrons. La réactions doit être réalisées avec un ph élevé, on utilise donc des agents alcalins tels que les hydroxydes de métaux alcalins, ou le méthyle de polyéthylène glycol. Cette méthode nécessite un pré traitement pour éviter la présence de gros débris. Les agents de déchloration sont ajoutés aux sédiments et chauffés à C dans un réacteur. Après 4 à 5 jours, les sédiments passent à travers un séparateur pour récupérer les agents de déchloration. Les vapeurs passent à travers un condenseur et l eau à la sortie est recyclée. Intérêt Traitement Physico-Chimique : Flottation Technologie tirée de l industrie minière Concentre des contaminants inorganiques (cuivre, zinc ) et des organiques (HAP, PCB ) Granulométrie de 0.2 à mm Faibles besoins en énergie Limites Agent de conditionnement parfois nécessaire Dépend de la granulométrie, peu efficace pour les argiles Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Eau 10 à 40 /tms Réduction de 85% du volume Cette méthode est basée sur les différences de densité (les moins denses flottent à la surface et sont récupérées par écrémage) et le caractère hydrophobe et hydrophile des surfaces des solides. L ajout d eau ou d agents chimiques aux produits de dragage dans une chambre fait mousser le mélange. L injection d air au bas de la chambre crée un mouvement de bulles d air de bas en haut piégeant, grâce aux additifs, les particules à surface hydrophobe (chargé en contaminants) et créant une écume à la surface. Celle-ci est récupérée par le haut de la chambre, alors que les particules les plus denses s évacuent par le bas. Les boues introduites sont généralement conditionnées. La première étape est l injection d agents dispersant afin de rendre les surfaces des particules libres par ajustement du ph. La seconde est l ajout des agents chimiques améliorants le caractère hydrophobe des particules. La troisième étape est l ajout d agents chimiques faisant mousser le mélange pour assurer la dispersion des bulles fines et pour maintenir la stabilité de la mousse. L appareil est constitué d un réservoir muni d une turbine entourée de palles afin d assurer l homogénéité du mélange. L air est alimenté par l axe de la turbine et dispersée par les palles. La capacité de ces appareils varie en fonction du volume du réservoir et peut s élever jusqu à 380m 3 /h pour des boues comportant 25% de solides. D autres appareillages sont apparus comme de grandes colonnes verticales. L air est alimenté par un diffuseur qui disperse l air sous pression en de fines bulles. Les boues sont alimentées par pompage dans la colonne au tiers de la hauteur afin de définir deux zones. La zone inférieure se distingue par un mouvement à contre courant qui favorise le contact entre les bulles d air ascendantes et les particules. Une fois fixées, les particules remontent avec les bulles vers la zone supérieure dite zone de lavage. En effet, sous l action de jets d eau vaporisés sur la mousse qui flotte, les particules indésirables sont entraînées. Le concentré est alors récupéré par débordement en haut de la colonne et le rejet (matrice décontaminée) est pompé par le bas. La capacité de ce dispositif peut s élever à 230m 3 /h pour une boue comportant 25% de solides. Elle est plus faible que celle du dispositif traditionnel mais l efficacité de la colonne est plus intéressante.

105 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 105 Traitement Physico-Chimique : Complexant Intérêt Contaminants inorganiques Limites Destruction du milieu Coût Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Eau 50 à 130 /tms 70 à 90% Ce procédé consiste à introduire dans les sédiments en agitation des agents chimiques ayant de fortes propriétés complexantes vis-à-vis des contaminants inorganiques. Les plus usuels sont l EDTA, le NTA ou l acétate d ammonium. Le passage en solution de ces contaminants impose un traitement en phase aqueuse. Pour les métaux, on arrive à une récupération de l ordre de 70 à 90%. Le résultat est encore meilleur si on aère régulièrement la boue. Traitement Physico-Chimique : Oxydation / Réduction Intérêt Limites Procédé d extraction naturel Coûteux Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air, eau 100 à 190 /tms 75% Après ajustement du ph et ajout d agents réducteurs, les produits oxydés ou réduits précipitent et sont détruits ou extraits. Les agents réducteurs usuels sont : les métaux alcalins, le dioxyde de soufre, les sels de sulfite et les sulfates ferreux, le fer, l aluminium, le zinc, et les borohydrides de sodium. Les agents oxydants usuels sont : permanganate de potassium, le peroxyde d hydrogène, les hypochlorites et les gaz chlorés. Il est à noter que les effluents de ce type de traitement sont à traiter.

106 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 106 Traitement Physico-Chimique : Alexsol Système de traitement par séparation physique, chimique et biologique Traitement Objectif Efficacité Physique, chimique, biologique Métaux lourds 70 à 99% Avantages Traite différents types de contaminants Pas de problème d émissions atmosphériques Inconvénients Nécessité de récupérer et traiter les solutions usées de lavage ou d extraction La première étape du procédé consiste en la séparation physique des métaux par tamisage des fractions de sol contaminés et non contaminés. Cette première étape peut aussi faire intervenir des systèmes de séparation par densité, par magnétisme ou par flottation. La deuxième étape consiste en une séparation chimique et biologique en réacteur en utilisant le potentiel oxydant de certains acides, produits chimiques et microorganismes qui ajustent le ph et le potentiel d oxydoréduction du milieu dans le but de rendre les métaux sous une forme soluble. Cette étape est suivi d une déshydratation qui produit les sédiments sains et un liquide à traiter contenant les métaux. (Cl. Canada environnement)

107 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 107 Traitement Physico-Chimique : Soltec Système de traitement physico-chimique des sols contaminés par les hydrocarbures Traitement Objectif Efficacité Physico-chimique Traitement des BTEX, HAP, BPC 90% Avantages Pas de problème d émissions atmosphériques Inconvénients Nécessité de récupérer et traiter les solutions usées de lavage ou d extraction Ce système est basée sur le phénomène d oxydation des hydrocarbures. Il est, à la base, prévu pour le traitement des sols mais peut s appliquer à des sédiments extraits. Le principe est l injection des réactifs respectueux de l environnement. les hydrocarbures rentrent alors en contact avec un réactif solides à base de calcium et des agents oxydants liquides et gazeux. L injection peut se faire par des puits de faible diamètre pour un traitement in situ ou lors du mélange avec les produits draguer dans un conteneur. La réaction s opère alors en 48 heures. Il en résulte un dégagement gazeux (vapeur d eau et gaz carbonique). L efficacité du traitement in situ peut être moindre selon la perméabilité et l hétérogénéité du sol. (Cl. Environnement Canada)

108 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 108 Traitement : Inertage L objectif de ces techniques de traitement est de fixer les contaminants dans la matière afin qu ils ne soient plus mobiles. Les produits traités sont alors envoyés en décharge ou revalorisés en matériaux de construction (selon la loi liée au Bâtiment en vigueur). Le contaminant (organique ou inorganique) n est pas détruit, il est donc nécessaire d effectuer des études à long terme afin d appréhender les risques de ce type de stabilisation. Typologie de traitement d inertage Immobilisation Solidification et stabilisation par liants Inertage Thermique Désorption thermique Incinération Pyrolyse Réduction thermique Vitrification Oxydation humide Lit fluidisé Bain sur sels fondus Inertage Thermique Intérêts Limites Possibilité de revalorisation des produits contaminés coûteuse en énergie Ces techniques traitent la partie fine des matériaux dragués qui a été isolée par pré-traitement puis déshydratée. Elle passe, généralement, dans un four avec des additifs. Le produit est alors, selon la température, chauffé ou totalement fondu. Que ce soit en phase sèche ou humide, ce type de méthode cause la désintégration totale ou partielle des contaminants Ces techniques sont particulièrement intéressantes, notamment pour la revalorisation des produits de dragage dans le milieu de la construction mais sont très coûteuses en énergie. En effet, des matériaux comme du gravier ou basalte artificiel ont pu être conçus après test de leurs propriétés (mobilité des contaminants ). Si le basalte répond parfaitement à tous les tests, le gravier est sensible à la présence d Arsenic parmi les contaminants. Typologie de traitement par Inertage thermique Désorption thermique Incinération Dusagrind Vitrification Pyrolyse Oxydation humide Lit fluidisé Bain sur sels fondus Résidu d incinération

109 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 109 Traitement Inertage Thermique : Désorption Thermique Intérêt Limites Efficacité Contaminants organiques volatils et Destruction du milieu quelques métaux Coût Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air, Eau 100 à 200 /tms PAH et PCB = 99% Cette technique utilise la chaleur (100 à 600 C) pour rendre volatils les contaminants organiques. Ils sont ensuite recueillis sous forme de résidus huileux après condensation pour être éliminés. Elle est très efficace pour les HAP et hydrocarbures alors que cela ne l est pas pour les métaux lourds (sauf le Mercure). Il existe trois procédés de désorption thermique : par chaleur directe (utilisation d un brûleur auxiliaire les unités à chaleur interne ressemblent à des fours rotatifs l air chauffé passe à contre courant à travers les produits les unités travaillent à 400 C utilisation pour les contaminants organiques non chlorés), par chaleur indirecte (chaleur de la surface des fours transférée aux produits unités travaillent à 300 C les contaminants vaporisés sont extraits en utilisant un gaz d entraînement pauvre en oxygène pour prévenir une oxydation condensation et enlèvement par adsorption sur du charbon activé). On ne peut donc recycler que des produits à faible teneur en métaux lourds. Cette méthode demande donc une étude de caractérisation très précises, et implique une consommation d énergie importante. Un traitement des gaz émis et de l eau rejetée est nécessaire. Intérêt Traitement Inertage Thermique : Incinération Sédiments très contaminés (organiques et métaux lourds) Revalorisation Limites Coût Elimination des résidus difficiles Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air Cette méthode demande souvent un prétraitement pour enlever le sable et assécher les fines. Les matériaux subissent alors une oxydation à très haute température (800 à 1200 C) détruisant les contaminants organiques et éliminant la totalité de l eau. L incinération est, généralement, réalisée en deux phases : Combustion à très haute température dans un four tournant (outil polyvalent permettant l injection de liquides, de solides et de pâteux), Post-combustion dans une chambre spécialisée. On obtient généralement des graviers dépourvus de contaminants organiques dans lesquels les métaux sont inertes. Cette méthode est très coûteuse en raison de la consommation en énergie et pour le traitement des fumées. Une partie de l énergie des fumées issues de la post-combustion est récupérée dans une chaudière. La vapeur peut être réutilisée en interne (alimentation de l évapoincinération ou fabrication d électricité) ou vendue à l extérieur. 100 à 150 /tms Organiques = 99% Inertage des métaux = 100% Fours rotatifs : les contaminants sont évaporés à des températures de 200 à 700 C par chaleur directe ou indirecte. Les vapeurs sont incinérés dans un brûleur post-combustion à des températures de 750 à 1300 C. Sur lit fluidisé ou mobile : les déchets sont déposés sur un lit de matériaux inertes afin d améliorer le transfert d énergie. La chambre de combustion secondaire permet un temps de séjour de 2 secondes pour obtenir une combustion complète des contaminants. A radiation infrarouge : une chambre de combustion primaire chauffée par un rayonnement IR (1000 C), une chambre secondaire (1300 C) et un système d épuration des gaz.

110 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 110 Traitement Inertage Thermique : Dusagring Dusagring est le nom du processus d immobilisation thermique pour le traitement des boues de dragage fortement pollués. Le produit résultant est un matériau céramique, granuleux, approprié, aussi bien du point de vue de l hygiène environnementale que du point de vue de ses propriétés physiques, à être utilisé dans la construction. Principe de Fonctionnement 5 étapes Immobilisation des métaux lourds Elle repose sur le fait qu à haute température, les oxydes métalliques se fixent dans la structure cristalline (occlusion des métaux). Cette immobilisation ayant lieu à une échelle microscopique, les métaux lourds restent immobilisés même après pulvérisation du produit. Traitement préalable Les boues entre dans l incinérateur après avoir été criblées (élimination des débris), déshydratées, et séparées des particules grossières non contaminées. Traitement thermique Le mélange est mis en forme (pelletisation) et séché thermiquement. Les pellets sont successivement passés dans un four à oxydation et dans un four de frittage. Dans le premier four, les contaminants organiques s évaporent et les métaux lourds sont oxydés à une température de 900 C. Dans le second four, la fixation définitive des métaux lourds a lieu et les pellets sont frittés à une température de 1200 C. Après refroidissement, on obtient le produit final. Purification des gaz Les gaz d incinération et les contaminants gazeux sont brûlés dans un brûleur de gaz d échappement et ensuite purifiés à l aide de filtres et de laveurs de gaz. Réutilisation de l énergie et des produits résiduels L énergie contenue dans les gaz chauds est utilisée pour le séchage thermique des pellets. Intérêt Tous contaminants Traitement Inertage Thermique : Vitrification Limites Pré traitement nécessaire Coûteux Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air 90 à 130 /m % Initialement utilisée pour le traitement des déchets, cette méthode de traitement est en fait une désorption thermique des contaminants organiques et une immobilisation des métaux. Elle est généralement pratiquée après un pré traitement permettant de diminuer les volumes à traiter. Ce procédé de traitement permet, sous haute température (5000 C), d inerter les contaminants. Elle nécessite une température élevée pour permettre la fusion des silices et métaux et leur inertage. Le Hg et le Cd sont volatilisés au cours de cette opération. Cela nécessite donc un traitement des gaz dégagés. Les substances organiques sont détruites à haute température. Cela permet une réutilisation des produits comme matériaux de construction (briques, graviers ), carreaux de verre, fibres de verre, laine de verre Typologie de moyens d opération Four à scories à haute température (1200 C) Réacteur à plasma ( à C) Torche à plasma Réacteur à flamme (2000 C) Réacteur électrique (2200 C) Combustion cyclonique

111 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 111 Traitement Inertage Thermique : Pyrolyse et Gazéification Intérêt Contaminants organiques volatils Limites Métaux et sels dans les cendres Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air 75 à 130 /tonne de ms 98% La pyrolyse et la gazéification sont des procédés thermiques de transformation de la matière organique fonctionnant soit en absence totale d'oxygène, soit en présence de quantités d'oxygène largement inférieures aux quantités stœchiométriques nécessaires à l'incinération. La température dans la chambre de combustion primaire varie entre 500 et 750 C, dans la chambre secondaire, elle est de 1200 C. Les matériaux doivent être pré traités (tamisage) et subissent généralement une désorption thermique. Ils produisent d'un côté, un gaz de synthèse, combustible, et de l'autre un résidu couramment appelé " semi-coke ", qui contient non seulement la matière minérale initiale de la boue, mais aussi une fraction plus ou moins importante du carbone, sous une forme non organique. Ces procédés traitent des boues préalablement débarrassées de leur eau par un séchage thermique. Le gaz de synthèse représente bien entendu le combustible privilégié. Traitement Inertage Thermique : Oxydation Humide Intérêt Limites PCB, HAP Coût Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air, Eau 90 à 150 /tms 70 à 80% Il s agit d incinérer les boues non asséchées en introduisant de l oxygène à C puis en imposant des pressions importantes de 20 à 100 bars et plus (augmente la solubilité de l oxygène dans l eau). L'emploi fréquent d'oxygène pur comme oxydant limite considérablement le débit de gaz évacué, par ailleurs facile à épurer avant rejet à l'atmosphère. Quelques installations prototypes sont en fonctionnement. Cette méthode est très efficace pour les PCB et les HAP. Ces derniers sont transformés en gaz carbonique et en eau. Technologiquement, elle nécessite de hautes températures et de hautes pressions ce qui la rend coûteuse. Elle permet de réduire considérablement la teneur en polluants organiques (70 à 80%). Le résidu est immobilisé et, après test, peut passer en matériel de construction. La teneur en métaux lourd ne change pas même si leur mobilité est réduite. Contrairement à l'incinération, l'oxydation humide n'est pas complète, et il subsiste dans la liqueur oxydée un résiduel de DCO soluble, et d'azote ammoniacal qui font, si nécessaire l'objet d'un complément de traitement avant retour en tête de station.

112 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 112 Traitement Inertage Thermique : Lit Fluidisé Intérêt Ne nécessite pas de brûleur post combustion Ne requiert pas une énergie d appoint pour maintenir la combustion Coût Limites Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air ~100 95% Ce procédé utilise un lit de matériaux inerte (sable ) sur lequel sont déposés les déchets. L air de combustion est introduite à la base du lit dans un courant ascendant. L introduction d air à grande vitesse crée une zone de combustion. Cela permet d incinérer des composés organiques à des températures plus basses que dans les fours rotatifs (800 C économie d énergie) et de limiter le taux d émission d oxydes d azote. Traitement Inertage Thermique : Bain de Sels Fondus Intérêt Incinération à basse température Aucune production de gaz acide Composés inorganiques hautement toxiques ou composés halogénés Limites Contrôle permanent de processus nécessaire Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air ~100 98% La destruction par bains de sels fondus est une méthode de combustion des produits organiques comportant un abattage des poussières et des gaz de combustion. Le sel fondu est maintenu à une température comprise entre 400 et C. Cette température dépend du type de sel utilisé. Les sels les plus souvent utilisés sont les chlorures de lithium, de potassium ou de sodium et les carbonates ou sulfates de sodium. Les déchets sont introduits sous la surface du bain. L'eau est évaporée. les constituants du déchet tels que le phosphore, le soufre ou les halogènes réagissent avec le sel pour former des sels inorganiques qui sont retenus dans le bain.

113 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 113 Traitement Immobilisation: Solidification et Stabilisation Intérêt Limites Métaux lourds et hydrocarbures Coût Compartiments potentiellement impactés Coût Efficacité Air 92 à 184 /tonne de ms 99% Ce traitement suit généralement un pré-traitement permettant de séparer les produits réellement contaminés des produits réutilisables. La filière de traitement permet donc un recyclage des sables et un inertage de la partie réellement polluée. Une fois le pré-traitement effectué, les produits sont mélangés avec des produits chimiques à base de ciment, de pouzzolanes, d argiles modifiés, de silicates, de polymères organiques, de thermoplastiques ou autres additifs. Il existe différentes techniques : La solidification par liants hydrauliques (ciment, pouzzolanes ) : les liants hydrauliques stabilisent partiellement certains métaux comme le chrome, le plomb, le cadmium, le zinc et le mercure alors que la chaux forme des composés peu solubles avec le zinc et l'arsenic. La solidification à basse température ( C) permet un enrobage par des liants organiques (bitumes ). Le procédé d'enrobage au bitume consiste à incorporer progressivement des déchets dans du bitume rendu fluide par chauffage (190 C), en malaxant pour obtenir un mélange homogène. Celui-ci est alors moulé puis refroidit pour être placé en site contrôlé. L intérêt est d utiliser des déchets (plastiques ) pour inerter d autres déchets. Le mélange est ensuite déposé dans des moules pour solidification avant leur envoie vers des sites agréés. La solidification est donc une transformation physique du déchet en un solide le plus souvent compact qui ne modifie pas le caractère polluant du déchet. Variations de Prix selon le Procédé Solidification par liants organiques : de 107 à 184 /tms Solidification par le bitume : de 92 à 123 /tms sans le traitement des fumées Stabilisation solidification par les thermoplastiques : 184 /tms Inertage (Cl. Inertec)

114 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments Destinations des déblais de dragage Choix de la Filière de Destination Conformité réglementaire Meilleure pratique environnementale Critères de Choix de la filière Meilleure technique disponible Coût économiquement acceptable Typologie des Filières de Destination Mise en dépôt (stockage sous eau, stockage à terre) Maintien en place (peut palier au dragage) Valorisation : Génie civil (régalage / maintien des berges, le remblaiement, matériaux de construction ou produit utilisable dans le génie civil) Amendement des sols (épandage sur sol cultivable et compostage, Néosol, et reconstruction de sols) Réhabilitation de sites naturels Tableau Synoptique des Filières de Destination Filières Technique Environnement Coût/m 3 Immersion ou rejet en mer et dépôt en eau libre Mise en dépôt à terre Mise en décharge Régalage Remblaiement Valorisation en matériaux divers (cimenterie ) Epandage et compostage Reconstruction de sol Bio-dragage Réhabilitation de site naturels Clapage par chaland ou Conduite de rejet hydraulique Bassin de décantation avec ou sans géomembrane Déblais confiés à un exploitant privé Dépose par pelleteuse, benne preneuse Utilisation en remblai Conduite ou transport camion Traitement Epandage sur sols cultivables ou non sur une grande surface et une épaisseur de quelques centimètres Epandage massif environ 1 m 3 /m 2 de terrain, avec reprise et étalement Digestion de la part organique du sédiment par des bactéries Conduite ou transport par camion Maintien en place / Solution dispersive Largage potentiel de contaminants Traitement des lixiviats et Transport par route Acceptation en tant que «déchet» Transport par route A partir de 4.58 A partir de Transport A partir de transport Pas de contaminants A partir de 5 Eaux percolantes (lixiviats) Transport par route Traitement des eaux et des émissions de gaz Valeur agronomique et qualité du déblai Transport par route Valeur agronomique et qualité du déblai. Lessivage du sol. Transport par route Encore expérimental. Devenir des contaminants? Traitement partiel Gestion du transport et des eaux percolantes Gestion de la mobilité des contaminants Hors ouvrage Transport Très variable A partir de Transport Transport A partir de 7.63 Hors ouvrage Transport 0

115 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 115 Filière Mise en dépôt Dépôt de Mortagne du Nord (France Cl. Sodranord ) Milieu concerné Type de solution Type de sédiments Ports, cours d eau, canal, fossé Mise en dépôt Hautement contaminés ou non, s il n y a pas d autres solutions disponibles Typologie des dépôts Dépôt en milieu aquatique Dépôt en berge Dépôt en milieu terrestre Rejet en eaux libres s il n y a pas de Dépôt en milieu Dépôt en berge contamination terrestre Confinement en berge Confinement en milieu Confinement sécuritaire aquatique Facteurs à prendre en compte dans l étude de faisabilité Volume et propriétés physico-chimiques des matériaux (granulométrie, contamination, comportements des contaminants ) et du site de dépôt Localisation du dépôt, conditions environnementales (vents, courants, régime hydrologique ) Techniques de transport et d extraction Le traitement envisagé Les exigences réglementaires Les coûts Les contraintes de temps Les caractéristiques des matériaux de recouvrement et d imperméabilisation (perméabilité, résistance à l érosion ) Les attentes de la population environnante et les risques qu elle encourt

116 Inventaire détaillé des techniques de curage, transport, traitement et usages des sédiments 116 Stockage sous Eau Acheminement des matériaux Le problème majeur est la diffusion de particules en suspension pouvant être reprises par les courants naturels lors de leur mise en place sur le site de dépôt Clapage depuis une barge (ouverture du fond d une drague autoporteuse) Diffuseur placé à l extrémité d une conduite de rejet Tube à trémies Jupe ou un écran de protection pour éviter la diffusion des particules Devenir des matériaux selon le mode de déchargement (USEPA/USACE 1992) Devenir des Matériaux Phénomène de consolidation qui diminue le volume du dépôt (phénomène stabilisateur) Phénomène d érosion dû aux courants et passage de bateaux (phénomène déstabilisateur) Précautions d usage pour un rejet en eau Selon le taux de contamination, des mesures de confinement devront être prises et la technologie utilisée pour déverser les sédiments devra être non dispersive. On évitera, par exemple, de claper dans une zone où le courant est non nul. Minimiser la remise en suspension des sédiments par le choix d un système de déversement adéquat en envisageant l utilisation d écrans de protection Minimiser les entraves à la navigation en prévoyant une signalisation adéquate Minimiser les répercussions sur la faune et la flore Avantages Inconvénients Possibilité de créer des habitats pour la faune Possibilité de recouvrement des zones polluées Coût minimal Facilité de réalisation Augmentation locale de la concentration de matières en suspension Possibilité de turbidité persistante liée à l érosion du dépôt sous l action des courants, ou de la navigation Perturbation temporaire d éléments sensibles ou d activités humaines ou fauniques