Landfarming

Le procédé consiste à étaler une faible épaisseur de sols pollués sur un support imperméable et à favoriser, via des techniques agricoles classiques, leur biodégradation aérobie.

Le principe est simple et consiste à étaler des sols pollués (sur site ou ex situ) sur une faible épaisseur (30 cm) et de grandes surfaces, ce qui permet une interaction entre la matrice polluée et l’atmosphère. Le but est de favoriser l’aération et donc la dégradation aérobie.

Le labour des sols permet l’aération régulière. La biodégradation est aussi favorisée par l’ajout de compléments nutritionnels (minéraux et engrais).

Les terres polluées doivent être étalées sur des supports imperméables (asphalte, géomembrane, plus rarement béton) afin d’éviter toute pollution des sols et des eaux souterraines. Les lixiviats sont par la suite, soit traités avant rejet dans le milieu naturel, soit recirculés afin de favoriser l’humidification et le réensemencement bactérien.

Si nécessaire, les opérations peuvent être réalisées sous une tente ou un toit en dur afin de limiter les réenvols de poussières et la dissémination des polluants volatils.

Figure 1 - Schéma de principe du landfarming.

Comme tout traitement biologique, les paramètres essentiels à prendre en compte et à maîtriser sont essentiellement l’humidité, les nutriments, le pH et la température. Une fois mélangés avec les agents structurants (paille..) et divers amendements, les sols sont généralement retournés une à deux fois par semaine afin d’améliorer l’aération qui est le facteur limitant principal.

Le taux d’humidité requis se situe entre 40 et 85%. Il peut être régulé via la recirculation des lixiviats. La température optimale se situe entre 10 et 25°C, son contrôle est difficile à réaliser notamment en période hivernale. Le pH doit être compris entre 6 et 8°C.

Les contaminants organiques et la matière organique des sols constituent un apport en carbone non négligeable ; l’apport des autres nutriments classiques (N, P, K) est souvent requis pour un traitement efficace. Pour ce faire, on a recours à des apports de compost ou à des engrais liquides ou solides.

Le Landfarming est mis en oeuvre à partir des éléments suivants :

• une plateforme de prétraitement (homogénéisation, criblage, matériel relatif à l’ajout de nutriments, amendement de matière organique ou structurante …),
• une plateforme de traitement fixe munie d’un radier imperméabilisé (argile, béton ou PEHD-polyéthylène haute densité) incliné et surmonté par une couche drainante (sable gravier) permettant la récupération des lixiviats,
• un réseau de récupération et de recirculation des lixiviats et matériel relatif à l’ajustement de l’humidité (drain, sprinkler, pompes …),
• si nécessaire un toit ou une tente afin de limiter les pollutions atmosphériques diffuses avec les systèmes de traitement d’air associés ; cette option de maîtrise des rejets atmosphériques diffus est, du fait de ses coûts importants, très rarement mise en place,
• du matériel agricole pour le labour,
• du matériel de contrôle des conditions du milieu : oxygénation du milieu, humidité, concentration des nutriments, température, densité de la population microbienne en place,
• du matériel de suivi des impacts environnementaux (eaux souterraines, superficielles et air),
• un stockage des déchets solides et liquides issus du traitement.

Les paramètres à suivre lors d’une opération de Landfarming sont les suivants :

• les paramètres relatifs au bon développement des bactéries :
• le pH, la température, la conductivité, le potentiel redox,
• l’humidité,
• le ratio C/N/P/K, les teneurs en éventuels additifs et en compost,
• si nécessaire le dénombrement bactérien dans les sols et dans l’eau,
• les concentrations en polluants dans les sols et les gaz des sols (suivi de la production de CO₂ notamment),
• si nécessaire, les concentrations en polluants dans les rejets liquides et paramètres relatifs au traitement des eaux (débits, saturation des filtres….).

Les variantes résident dans le type et le mode d’ajout d’agents structurants et de compost. La nécessité de la présence d’un toit, d’une aspiration et d’un traitement de l’air dépend de l'importance des concentrations de composés volatils présents.

Le Landfarming est efficace pour traiter les sols souillés par les composés monoaromatiques (BTEX), phénols, HAP (les plus légers de type naphtalène et phénanthrène), hydrocarbures pétroliers (essence, diesel, lubrifiants légers, huiles). Certaines expériences positives ont été démontrées sur les pentachlorophénols, les hydrocarbures lourds et certains pesticides.

1. Faisabilité

La faisabilité d’un traitement est évaluée à l’aide d'essais :

• d’orientation qui visent à valider la possibilité de mettre en œuvre une technique de dépollution ;
• d’évaluation des performances qui servent à vérifier l’atteinte des objectifs et permettent d'estimer la vitesse du traitement donc sa durée.

Le guide méthodologique « Traitabilité des sols pollués » de l’ADEME (2009) et le Guide ESTRAPOL vous donneront des éléments vous permettant de vérifier la faisabilité de la technique sur votre site.

2. Dimensionnement

Le dimensionnement relève d’un travail d’ingénierie en aval des essais de faisabilité.

Les données nécessaires au dimensionnement sont essentiellement recueillies lors des tests de biodégradabilité et de compatibilité au compost (oxygénation du milieu, humidité, concentration des nutriments, température, densité de la population microbienne en place, type de compost, cinétique de dégradation). Ces tests, associés à la prise en compte des paramètres intrinsèques du milieu vont permettre de définir les conditions d’opération optimales et le dimensionnement de l’unité de traitement :

• la surface nécessaire,
• le type de compost et ratio d’apport nécessaire,
• le type et ratio d’agents structurants nécessaire,
• la fréquence des labours,
• si nécessaire les caractéristiques du réseau d’aspersion (ajout de nutriments et recirculation des lixiviats) :
  • le nombre, l’espacement et les caractéristiques des drains de récupération et de recirculation (aspersion) des lixiviats,
  • le type et la puissance de la pompe de recirculation et les éléments associés (cuve de stockage, système de mélange),
• le type de nutriments,
• éventuellement les dimensions des unités de traitement (rejets liquides).

L’Union des Professionnels de la Dépollution des Sites (UPDS) a déterminé les paramètres à fournir pour permettre le dimensionnement des traitements :

a. Définition du projet

• Délais,
• Objectifs de traitement (sols et/ou eaux et/ou gaz du sol),
• Seuils de dépollution ou profondeur/volume d'excavation,
• Seuils de rejet à l'air,
• Volume à traiter (préciser si en place ou excavé),
• Devenir des terres après traitement.

b. Site

• Accessibilité : au site, au chantier, à la zone de travail,
• Obstacles aériens et de surface (y compris encombrants),
• Obstacles souterrains (réseaux enterrés, fondations, blocs ...),
• Présence d'ouvrages avoisinants, bâtiment, ...,
• Contraintes liées à l'environnement, aux riverains,
• Site en activité, coactivité,
• Durée de mise à disposition des terrains,
• Contraintes H&S et réglementaires liées au site,
• Topographie de surface,
• Surface disponible pour unité,
• Utilités et distance par rapport à la zone de traitement (eau, électricité - pour électricité : puissance),
• Gardiennage (prévu ? ou à prévoir ?)

Pour les traitements d'eau :

• Emplacement du point de rejet.

c. Sol ou matériau à traiter

• Géologie/lithologie ou nature des sols,
• Terres en place ou déjà excavées,
• Granulométrie,
• Taux de fraction argileuse,
• Humidité,
• Teneur en azote,
• Flore bactérienne.

d. Polluants

• Type (nature),
• Concentrations (cartographies de pollution dans les sols, l'eau, les gaz du sol),
• Présence de produit pur (flottant, coulant, piégé…),
• Estimation du stock,
• Teneurs en hydrocarbures par fraction : C5-C10 volatils hors BTX, C10-C20, C20-40, >C40,
• BTX, HAP, PCB, ...,
• Métaux,
• Cyanures,
• Tests de biodégradabilité,
• Représentativité des échantillons et variabilité des valeurs.

e. Aquifère

• Données locales issues d'essai de pompage :
• Perméabilité,
• Coefficient d'emmagasinement,
• Porosité,
• Gradient,
• Épaisseur de la nappe,
• Profondeur,
• Niveau statique,
• Épaisseur de la ZNS,
• Amplitude des variations saisonnières,
• Anisotropies,
• Carte piézométrique / direction d'écoulement.

f. Essais de traitabilité

Le document suivant issu du guide sur la « Traitabilité des sols pollués » de l’ADEME (2009) vous donnera des éléments vous permettant de vérifier la faisabilité de la technique sur votre site.

Cahier des charges : Caractérisation et essais en vue de l'application d'un traitement par biodégradation (PDF - 287 Ko)

Le Landfarming présente les avantages suivants :

• technique simple de conception et de mise en œuvre,
• compétitivité en termes de coût et de performance,
• technique éprouvée ayant démontré une grande fiabilité et des résultats extrêmement significatifs,
• procédé destructif,
• technique utilisée pour les sols hétérogènes et facilement biodégradables,
• technique permettant un meilleur contrôle que les traitements biologiques in situ (et donc de meilleurs rendements épuratoires),
• applicabilité à de nombreux polluants,
• amélioration des qualités physiques des sols (taux de matière organique notamment).

Ses inconvénients et ses facteurs limitants sont les suivants :

• technique nécessitant l’Excavation des sols,
• technique nécessitant un prétraitement conséquent,
• technique nécessitant de grandes surfaces de terrain imperméables,
• les polluants volatils ont tendance à s'évaporer dans l'atmosphère,
• le labourage génère des poussières,
• le Landfarming est une technique de biodégradation plus lente et moins performante que le Biotertre et le Compostage,
• le Landfarming « classique » (sans couverture) doit être de préférence utilisé pour les polluants facilement biodégradables et peu volatils (ex. : gasoil) pour éviter les risques de contamination de l'air par évaporation,
• le devenir des sols excavés doit être examiné avec attention (une fois excavés, les sols pollués sont considérés comme des déchets),
• l'ajout d'agents structurants, parfois, augmente le volume de matériaux à traiter,
• le pourcentage de particules fines contenues dans le sol est un facteur limitant,
• les sols contenant de l’argile et un taux de matière organique élevé engendrent une grande adsorption des polluants sur la matrice solide, ce qui diminue les rendements épuratoires,
• le système nécessite souvent un tri au préalable ; les granulométries supérieures à 60 mm sont souvent exclues du procédé,
• les polluants volatils devront faire l’objet d’un prétraitement afin de limiter les impacts atmosphériques,
• la nature du contaminant (biodégradable) et les teneurs en polluants doivent être considérés avec attention,
• le taux d’humidité, le ratio carbone/azote/phosphate/potassium, la température, l’aération doivent être maintenus aux conditions optimales,
• les concentrations élevées en polluants peuvent être toxiques pour les microorganismes (HCT > 50 000 à 100 000 mg/kg),
• les concentrations élevées en métaux/métalloïdes sont incompatibles avec ce procédé,
• des températures faibles diminuent considérablement l’efficacité du traitement.

En 2009, il est admis que les coûts variaient généralement entre 12 et 35 €/t (estimation). (BRGM, 2010)

La biodégradation est une technique peu coûteuse et les coûts du marché sont uniformes à polluant identique. La variabilité des prix est essentiellement liée à la nature des polluants à traiter.

1. Sur site

D'après une actualisation des prix fournie par l'UPDS en septembre 2019, la moyenne basse estimée est de 13 €/t, la moyenne haute de 25 €/t et le maximum de 35 €/t de sols traités après Excavation (hors excavation, tri des terres (avant traitement), transport interne et consommation électrique). 

Pour mémoire, il est toutefois rappelé que ces tarifs ne sont que des estimations tirées du retour d'expérience des acteurs du domaine des Sites et Sols Pollués et pourront varier plus ou moins significativement d'un site à l'autre, notamment en fonction des polluants, des bilans massiques, de la complexité à atteindre la pollution et à intervenir sur le site. S'ils peuvent permettre d'obtenir une fourchette de prix avant la réalisation d'un projet, un budget réaliste ne pourra être obtenu qu'en faisant appel à un professionnel du domaine des Sites et Sols Pollués.

Évolution 2009 / 2019 :

Entre 2009 et 2019, les coûts associés au Landfarming sur site sont restés globalement stables.

Répartition des coûts :

Le coût total a été réparti selon trois types de charges :

• Charges exceptionnelles correspondant au coût de la phase initiale (phase pilote, mise en place du chantier : installation d’une unité de traitement, préparation du terrain) et intervenant de façon unique (au démarrage du chantier par exemple) ;
• Charges récurrentes correspondant au coût de la phase « chantier » à renouveler au cours du traitement (matériel, main d’œuvre, réactifs ou produits) et pour l'élimination des déchets,
• Charges liées aux études (hors études de risques sanitaires préalables au chantier) et suivi de la dépollution correspondant aux coûts des analyses et prestations intellectuelles (rédaction de rapports, réunions sur site).

L’investissement initial est limité. Il est principalement lié à la mise en place de la semelle étanche, des différents réseaux d’apport d’oxygène et d’humidité, de collecte des lixiviats et des unités de traitement associées.

Le coût de mise en œuvre est important. Cela est lié aux opérations à effectuer pour constituer le tertre. Les charges liées aux consommables sont limitées à l’injection d’air ou de nutriments et au traitement des éventuels lixiviats collectés.

Le traitement par biodégradation ne nécessite pas de maintenance spécifique. Néanmoins, un suivi analytique important est nécessaire pour suivre précisément la dégradation de la pollution. Cela permet également d’optimiser l’ajout d’air ou de nutriments selon les bactéries présentes et donc les coûts associés.

Dans le cas où le volume de terres est plus faible et où la place sur site est plus importante, le Landfarming peut être pratiqué.

2. Hors site

D'après une actualisation des prix fournie par l'UPDS en septembre 2019, la moyenne basse estimée est de 13 €/t, la moyenne haute de 25 €/t et le maximum de 35 €/t de sols traités après Excavation (hors excavation, tri des terres (avant traitement), transport et TGAP si applicable). 

Pour mémoire, il est toutefois rappelé que ces tarifs ne sont que des estimations tirées du retour d'expérience des acteurs du domaine des Sites et Sols Pollués et pourront varier plus ou moins significativement d'un site à l'autre, notamment en fonction des polluants, des bilans massiques, de la complexité à atteindre la pollution et à intervenir sur le site. S'ils peuvent permettre d'obtenir une fourchette de prix avant la réalisation d'un projet, un budget réaliste ne pourra être obtenu qu'en faisant appel à un professionnel du domaine des Sites et Sols Pollués.

Évolution des coûts :

Entre 2009 et 2019, les coûts associés au Landfarming hors site sont restés globalement stables.

Répartition des coûts :

Le coût total des traitements biologiques hors site a été réparti selon les trois types de charges définies ci-dessus.

Les filières hors site se caractérisent par l’absence de coûts directement liés à l’investissement. En effet, les investissements initiaux de l’installation se répercutent indirectement dans les charges récurrentes qui intègrent l’amortissement des installations pour l’opérateur de traitement.

Les charges récurrentes sont principalement liées aux opérations à effectuer pour constituer le tertre. Les charges liées aux consommables sont limitées à l’injection d’air ou de nutriments et au traitement des éventuels lixiviats collectés. Cette technique engendre des coûts de maintenance peu élevés. Néanmoins, un suivi analytique important est nécessaire pour surveiller précisément la dégradation de la pollution ce qui permet d’optimiser l’ajout d’air ou de nutriments selon les bactéries présentes.

Le procédé est commercialisé depuis de nombreuses années en France. Néanmoins, cette technique est de nos jours délaissée au profit des traitements par Biotertre et par Compostage qui nécessitent moins d'espace et permettent un meilleur contrôle des conditions du milieu.

Le rendement de ce procédé varie fortement en fonction des conditions du milieu ; il peut dans certains cas atteindre 90%. Les concentrations résiduelles faibles sont difficiles à obtenir.

La cinétique de biodégradation est le facteur limitant le plus contraignant.

Les techniques biologiques reposent sur des mécanismes de biodégradation complexes qui sont généralement très longs. Le temps de traitement est donc élevé et très variable selon l'objectif de dépollution.

Les durées de traitement varient entre trois mois et 2 ans voire plus.

En 2012, le marché des traitements sur site a été dominé par la biodégradation (Biotertre et Landfarming sur site). Elle représente près de 52 % des terres traitées sur site et 7,6 % du total des terres traitées. Les installations de traitement biologiques hors site (Biotertre et Landfarming hors site) représentent enfin près de 31 % des terres traitées hors-site et 11,3% du total des terres traitées.

En 2012, le traitement biologique a été la deuxième famille de traitement la plus utilisée (avec plus de 37% des tonnages de terres totaux), derrière les traitements physico-chimiques (plus de 55% des tonnages totaux de terres). Il est toutefois important de noter que les traitements physico-chimiques sont principalement liés à des chantiers de Venting/Bioventing (techniques les plus utilisées pour traiter les sols, avec près de 35% des tonnages totaux à elles seules), chantiers généralement pluri-annuels ce qui peut entraîner une surestimation des volumes de sols réellement traités par Venting/Bioventing sur l'année 2012. Après le Venting/Bioventing et à part les évacuations en Installation de Stockage de Déchets Inertes (environ 10% des tonnages totaux), les 3 techniques les plus utilisées sont des techniques de traitement biologiques (Installation de traitement biologique hors-site (biocentre), bio-augmentation/bio-stimulation in situ, biodégradation sur site (Biotertre)), avec respectivement 11%, 9% et 7 % des tonnages de terres traitées. Les traitements biologiques sont des techniques éprouvées et maîtrisées par une grande partie des acteurs de la dépollution. Ces traitements sont efficaces sur un grand nombre de polluants organiques et en particulier les hydrocarbures et les solvants halogénés et ont l’avantage d’être peu coûteux.

Évolution 2010/2012 :

Les terres traitées en installation de traitement biologique hors site ont augmenté de 10 %.

Les tonnages traités par biodégradation sur site ont doublé (100 % d'augmentation).

(ADEME, 2012) (ADEME, 2015)

1. Bibliographie

ADEME (2009)
Traitabilité des sols pollués - Guide méthodologique pour la sélection des techniques et l'évaluation de leurs performances. Guide méthodologique. Version 0 - 15 octobre 2009, 123 p.
https://librairie.ademe.fr/sols-pollues/5686-traitabilite-des-sols-pollues.html

ADEME (2012)
Les taux d'utilisation et coûts des différentes techniques et filières de traitement des sols et des eaux souterraines pollués en France (Les)
Étude Ernst & Young
Synthèses des données 2008 – 114 p.

ADEME (2015)
Taux d'utilisation et coûts des différentes techniques et filières de traitement des sols et des eaux souterraines pollués en France (Les)
Étude Ernst & Young
Synthèse des données 2012, 148 p.
https://librairie.ademe.fr/sols-pollues/1738-taux-d-utilisation-et-couts-des-differentes-techniques-et-filieres-de-traitement-des-sols-et-des-eaux-souterraines-pollues-en-france-les.html

BRGM (Juin 2010)
Quelles techniques pour quels traitements - Analyse coûts-bénéfices
S. Colombano, A. Saada, V. Guerin, P. Bataillard, G. Bellenfant, S. Beranger, D. Hube, C. Blanc, C. Zornig et I. Girardeau
Rapport final BRGM/RP-58609-FR
http://ssp-infoterre.brgm.fr/quelles-techniques-quels-traitements
http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-58609-FR.pdf