Le Tri granulométrique permet de séparer les différentes fractions des sols. Les fractions fines qui représentent les fractions les plus polluées sont ainsi isolées avant traitement. Il ne constitue donc qu’une phase préliminaire du traitement et/ou de la réhabilitation.
Au préalable, il est important de rappeler que les fractions fines des sols (< 63 µm et principalement les particules d’argiles (< 2 µm)) représentent la plus grande proportion de la surface de contact nécessaire au mécanisme d’adsorption. Ainsi, la très grande majorité de la pollution est concentrée dans ces fractions fines.
Le Tri granulométrique a pour but de séparer les différentes fractions du sol en fonction soit de leur taille, de leur densité ou de leur propriété de surface et de récupérer le polluant en volume réduit. La séparation se fait en différentes étapes successives avec ou sans ajout d’eau. Dans le cas d'ajout d’eau, les procédés utilisés sont identiques à ceux utilisés dans le Lavage à l'eau sur site, hor site des sols.
En fin de traitement, les sols pollués (fractions les plus fines) sont récupérés à part, ainsi que les eaux de lavage polluées et les sols non/peu pollués (fractions les plus grossières). L’eau est récupérée, traitée et le plus souvent réutilisée (circuit pseudo-fermé) ; les fractions de sols grossières sont valorisées (réutilisation en remblai …), les fractions fines souillées sont traitées (lavage, extraction, traitement biologique …) ou enfouies.
Les différentes opérations potentielles successives de tri sont : précriblage ou calibrage, séparation magnétique, unité de désagrégation ou compacteur, criblage, tamisage, hydrocyclonage, séparation en spirales, unité de flottation, séparation gravitaire par sédimentation, filtration et déshydratation des particules fines … La succession des différentes unités dépend de la répartition granulométrique et de la finesse de séparation demandée.
Figure 1 - Schéma de principe du tri granulométrique.
Le Tri granulométrique peut, en fonction des chantiers, être constitué d’une filière de traitements très différents. Les principaux éléments utilisés lors du Tri granulométrique sont les suivants (par ordre de finesses de séparation) :
- le précriblage ou calibrage, réalisé à l’aide de grilles fixes et animées, permet de séparer les particules d’un diamètre supérieur à 100 mm (éléments grossiers de type briques, morceaux de béton…),
- la séparation magnétique est utilisée pour extraire les particules magnétiques. Il existe deux types de séparateurs magnétiques : les séparateurs magnétiques à basse intensité qui permettent de séparer les particules ferromagnétiques et les séparateurs magnétiques à haut gradient qui permettent d’extraire les matériaux paramagnétiques et diamagnétiques,
- l’unité de désagrégation ou décompacteur : de l’eau est additionnée aux sols afin de le désagréger et le fluidifier ; cette action permet la séparation des particules fines (agglomérées aux particules plus grossières) et un transfert partiel des polluants dans le milieu liquide. L’ajout d’eau est réalisé à l’aide de jets à haute pression, de nettoyeurs, de bassin à basse agitation…,
- le criblage est réalisé à l’aide de trommels (cribles rotatifs), de cribles plans à secousses ou de cribles vibrants. Le criblage permet de séparer des sols présentant des granulométries comprises entre 100 et 1 mm. La séparation des fractions du sol est réalisée en fonction de leur densité,
- le tamisage, mettant en jeu des tamis vibrants ou des blutoirs rotatifs (tamis rotatifs hexagonaux), permet de séparer des sols présentant des granulométries comprises entre 1 et 0,04 mm. La séparation des fractions du sol est réalisée en fonction de leur taille,
- l’hydrocyclonage : cette technique séparative se base sur la différence de masse des particules ; la force centrifuge entraîne les particules lourdes vers la sortie inférieure alors que les particules légères sont dirigées vers la sortie supérieure,
- la séparation en spirales : les particules en suspension sont séparées dans des caniveaux en spirales, les forces centrifuges permettant de séparer les particules plus lourdes,
- l’unité de flottation : elle permet de séparer les fractions en fonction de leur densité ; pour ce faire, des tensioactifs sont ajoutés et s’attachent aux particules les plus polluées (les plus fines et donc les plus légères), ce qui augmente leur hydrophobicité. Ces particules s’associent alors aux remontées des bulles d’air injectées au fond de bassin de flottation. Les fractions polluées sont in fine récupérées par écrémage,
- la séparation gravitaire par sédimentation : l’eau chargée en particules est dirigée vers un séparateur gravitaire dans lequel passe un contre-courant permettant de garder les particules fines en suspension en vue de leur récupération et de laisser décanter les particules les plus lourdes ; des opérations de coagulation/floculation sont souvent nécessaires au préalable,
- la filtration : les filtres permettent de séparer les particules les plus fines,
- la déshydratation des particules fines : les particules fines doivent être déshydratées à l’aide d’un centrifugeur ou d’un filtre presse.
Les paramètres de suivi lors d‘une opération de Tri granulométrique sont :
- la consommation électrique,
- la granulométrie, le taux d’humidité et les concentrations en polluants en entrée et en sortie des différentes unités de traitement,
- le bruit,
- la consommation en eau,
- la consommation et dosage des réactifs (coagulant, floculant),
- la consommation en air (flottation),
- les poussières,
- les concentrations en polluants dans les rejets atmosphériques si nécessaire (respect des normes de rejets) et les paramètres relatifs au traitement des gaz (débits, dépression, perte de charge, saturation des unités de traitement….),
- les concentrations en polluants dans les rejets liquides si nécessaire (respect des normes de rejets) et paramètres relatifs au traitement des eaux (débits, pression, perte de charge, saturation du charbon actif….).
Les variantes du Tri granulométrique résident dans le type de séparation à réaliser ; précriblage ou calibrage, unité de désagrégation ou compacteur, criblage, tamisage, hydrocyclonage, séparation en spirales, unité de flottation, séparation gravitaire par sédimentation, filtration et déshydratation des particules fines.
Les autres variantes consistent au lavage à l’eau, à la mise en solution et l’extraction chimiques, l’oxydation et la réduction chimique, ainsi que le traitement des rejets aqueux sur site.
Le tri s’applique principalement sur des sols hétérogènes afin de concentrer les fractions les plus fines, généralement les plus polluées. Il est principalement appliqué sur des sols contenant des hydrocarbures pétroliers, SCOV, SCOHV, COHV, COV, pesticides, métaux/métalloïdes, radionucléides. Le tri est particulièrement intéressant pour la séparation des composés peu dégradables et récalcitrants : HAPs, PCBs, dioxines et furannes et métaux/métalloïdes.
La séparation magnétique, moins couramment utilisée, est plus particulièrement adaptée à la séparation des métaux lourds, des radionucléides, des particules magnétiques radioactives (comme l’uranium et le plutonium). Les procédés par tri physique ou physico-chimique ont pour cible les contaminations liées aux constituants solides du sol. Ils ne s’adressent pas aux pollutions des phases gazeuses ou dissoutes.
Il est à noter que la séparation physique précède souvent le Lavage ou la Mise en solution suivie d'une extraction chimique.
Tableau 1 - Domaine d’application du tri granulométrique en fonction de l’état physique de la pollution.
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 (2019) 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.
L’Union des Professionnels de la Dépollution des Sites (UPDS) a déterminé les paramètres à fournir pour permettre le dimensionnement des traitements :
a. Aspects géotechniques
- Étude géotechnique pour tenue des terrains ou pour dimensionnement d'un soutènement si besoin (présence d'ouvrages ou bâtiments).
- Contraintes de remise en état : portance, caractéristiques.
b. Définition du projet
- Délais,
- Objectifs de traitement (sols et/ou eaux et/ou gaz du sol),
- Seuils de dépollution ou profondeur/volume d'excavation,
- Contexte d'intervention (pleine masse, rabattement, soutènement provisoire, contraintes …).
c. Site
- Accessibilité : au site, au chantier, à la zone de travail,
- Obstacles aériens et de surface (y compris encombrants),>/li>
- 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 ?),
- Dimensions de la zone à excaver (cotes de terrassement, profondeur/latéral),
- Risque pyrotechnique.
Si un rabattement est nécessaire :
- Paramètres de rejet dans le réseau ou dans le milieu naturel.
d. Sol ou matériau à traiter
- Géologie /lithologie ou nature des sols
- Présence de blocs, fondations, ...
- Répartition granulométrique,
- Abrasion,
- Densité,
- Vitesse de décantation,
- Magnétisme,
- Charge électrique,
- pH,
- Chimie de surface,
e. 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,
- Concentrations en polluants organiques et métaux (teneurs sur brut et sur lixiviat si évacuation en filière extérieure),
- Risques liés aux polluants gazeux (exposition des opérateurs et explosivité),
- Concentration et l’hétérogénéité dans chaque fraction granulométrique,
- Association des contaminants dans les sols : contaminant adsorbé, enrobage liquide ou semi liquide des particules, enrobage des particules sous forme de précipité chimique, particules incluses, parties de grains individuels, contamination interne aux pores,
- Solubilité dans l’eau, les acides, les alcalins, les agents complexants,
- Volatilité.
f. 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.
Des données complémentaires sont nécessaires dans le cas d'un rabattement de la nappe.
g. 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.
Le Tri granulométrique présente les avantages suivants :
- le procédés et les moyens techniques et matériels sont éprouvés,
- le procédé permet de traiter une grande quantité de polluants,
- le procédé peut être facilement adapté pour toute sorte de granulométrie,
- une réduction importante de la quantité de sols contaminés permet de réduire les coûts de traitement et de transport ultérieur,
- la réutilisation des fractions grossières non polluées permet d’économiser des coûts de fourniture de remblais,
- la séparation de la pollution en fonction de la granulométrie permet d’adapter plus efficacement les traitements ultérieurs,
- des prétraitements légers sur site, comme des trommels (utilisés seuls en voie sèche), permettent dans le cas de remblais hétérogènes grossiers souillés superficiellement d’avoir une séparation appréciable et une bonne dépollution par attrition.
Ses inconvénients et ses facteurs limitants sont les suivants :
- ce procédé ne permet pas de détruire les polluants,
- ce procédé est le plus souvent utilisé en prétraitement,
- le procédé n’est pas rentable économiquement pour de petites quantités,
- le fait de changer la texture des sols peut générer des problèmes de réutilisation en tant que remblais,
- utilisé sur site, le procédé présente un encombrement important,
- les émissions atmosphériques (poussières..) et les nuisances sonores peuvent être importantes,
- l’utilisation d’eau nécessite un traitement qui génère des surcoûts et un suivi technique non négligeable,
- la consommation en eau est parfois importante (de 0,4 à 3 L d’eau/kg de sol traité parfois) ; il est donc d’usage de pratiquer la recirculation des eaux,
- le taux d’humidité résiduel après traitement est souvent un frein à une bonne revalorisation des sols ou un frein à sa mise en décharge. C’est pourquoi, des unités (souvent onéreuses) de déshydratation des particules fines sont souvent nécessaires,
- il est d’usage de considérer que trier des sols présentant une proportion de fractions fines supérieures à 20-40% n’est pas rentable économiquement,
- le procédé est peu adapté aux sols et remblais poreux,
- le traitement de matériaux plus ou moins homogènes est économiquement plus rentable que ceux présentant une très grande diversité granulométrique,
- le contact entre l’eau et les particules fines polluées doit être important pour que le traitement soit efficace,
- pour des contaminations multiples, complexes et hétérogènes, il peut être parfois difficile de trouver la bonne formulation,
- le traitement génère souvent une augmentation du volume (plusieurs dizaines de pourcents parfois), les terres en excédent doivent alors être gérées à part,
- des études poussées d’applicabilité sont nécessaires,
- les effluents gazeux, les réenvols de poussières et les effluents liquides générés lors d’un traitement doivent être recueillis et traités si nécessaire, ce qui génère des surcoûts,
- des essais poussés de décantation/flottation doivent être réalisés afin de bien dimensionner les procédés de séparations gravitaires,
- des mesures spécifiques doivent être prises pour gérer les problèmes d’odeur des boues issues de pollutions organiques,
- les sols présentant une grande capacité d’échange cationique, ou présentant une forte teneur en acide humique, de par leur grande capacité d’adsorption des polluants, vont présenter des problèmes d’extraction des contaminants et nécessitent souvent un prétraitement spécifique.
Les coûts de traitement (hors coûts d’amenée-repli) vont de 8 à 80 €/t de sols traités en fonction de la complexité et de la quantité de matériaux à traiter. (BRGM, 2010)
Le procédé est largement commercialisé et utilisé en prétraitement de nombreuses unités de traitement fixe. Il existe également des unités mobiles, moins complexes et plus compactes utilisées en prétraitement sur de nombreux chantiers.
Des rendements épuratoires de l’ordre de 95-98 % peuvent être obtenus dans des conditions optimales.
Il existe des unités de traitement capable de traiter sans difficulté 20 tonnes de sol par heure. Des unités plus importantes ou plus compactes existent dans le commerce.
Aucun acteur n’a déclaré avoir utilisé le Tri granulométrique en 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 (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
ESTRAPOL (2019)
Essais de faisabilité de traitement de sols pollués
https://librairie.ademe.fr/sols-pollues/3966-projet-estrapol.html