Excavation des sols

L’Excavation ne constitue pas un procédé de traitement en tant que tel ; elle doit être accompagnée d’actions complémentaires afin de traiter et/ou stocker les terres excavées. Elle ne constitue donc qu’une phase préliminaire de traitement/réhabilitation.

Le procédé d'Excavation est généralement réalisé une fois la source de pollution délimitée via des investigations de terrain et des analyses.

Il s’agit de la méthode la plus simple, la plus radicale et la plus rapide pour supprimer une source de pollution. Néanmoins, l'Excavation n'est pas une fin en soi, les sols pollués excavés devront faire l’objet d’un traitement/confinement sur ou hors site.

Figure 1 - Schéma de principe de l’excavation.

Les moyens utilisés lors des travaux de terrassement sont identiques à ceux utilisés par les entreprises de travaux publics : pelle mécanique, tractopelle, véhicules de transport (dont certains doivent être habilités à contenir des déchets ou à respecter la réglementation du Transports de Matières Dangereuses (TMD)).

Afin de gérer les flux de terres excavées, il est souvent nécessaire de mettre en place des aires de stockage temporaires étanches (tampon). Ainsi, les terres excavées sont triées au fur et à mesure de l’excavation en fonction de leur degré de pollution. Ce degré de pollution est déterminé à partir des analyses préalablement réalisées lors du diagnostic de sols, et est complété par :

• des observations organoleptiques,
• et/ou des analyses semi-quantitatives sur site (kits immuno-enzymatiques, détecteur à photo-ionisation - PID, détecteur à ionisation de flammes – FID, spectromètre de fluorescence X portable, spectromètre UV),
• et/ou des analyses quantitatives en laboratoire sur ou hors site.

Les terres excavées sont alors réparties en différentes catégories en fonction de leur degré de pollution et de leur devenir :

• terres réutilisables sur site sans restrictions d’usage,
• terres réutilisables sur site avec restriction d’usage,
• terres excédentaires à éliminer hors site dans tel ou tel centre d’élimination agréé.

Après vérification de leur degré de pollution, les terres pourront alors être éliminées hors site dans un centre agréé ou sur site telles quelles, après traitement, dans un confinement, ou via des restrictions d’usage.

L’excavation pourra être réalisée en suivant un maillage prédéfini ou/et en suivant la zonation de la source de pollution préalablement définie.

Le nombre d’analyses est à adapter en fonction de la quantité de sols à extraire. D’une manière générale, un nombre d’analyses élevé permettra d’obtenir un tri plus fin.

En fin d’excavation, des échantillons en fonds et flancs de fouille seront prélevés et analysés afin de valider que les seuils de dépollution sont bien atteints.

Les paramètres à suivre lors d’une opération d'Excavation sont les suivants :

•  le suivi piézométrique,
•  la qualité des eaux souterraines en amont, en aval et au droit de la source de pollution : les paramètres pH, O₂, température, conductivité,
•  les concentrations en polluants,
•  les concentrations en métabolites éventuels,
•  le suivi de la qualité de l’air si nécessaire (réenvols de poussières, volatilisation),
•  la stabilité des bâtiments,
•  le suivi des teneurs en polluants dans les terres sur site :
  •  lors des tris afin d’optimiser le réemploi, le traitement et l’élimination des terres en centres agréés,
  •  fond et flanc de fouille,
  •  paramètres relatifs à l’acceptation dans les centres d’élimination agréés,
•  le suivi des terres traitées hors site :
  •  les bordereaux de suivi et acceptation dans les centres d’élimination agréés,
  •  le transport selon la RTMD (Règlement pour le Transport des Matières Dangereuses) si nécessaire,
•  la vérification des teneurs en polluants dans les terres d’apport.

Les variantes à l’Excavationrésident dans le mode d’extraction des sols : pelle hydraulique avec godet spécifique (utilisée dans la plupart des cas), mais aussi dans une moindre mesure benne à câble ou à mât télescopique, haveuse…

Tous les types de sols pollués peuvent faire l’objet d’excavation (quel que soit la granulométrie et la teneur en polluants).

D’une manière générale, seules les sources de pollution situées en zone vadose font l’objet d’une excavation. L’Excavation des sols, surtout en zone saturée, doit s’accompagner de mesures adéquates (suivi des eaux souterraines, piège hydraulique, confinement …) afin de ne pas générer une remobilisation 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) vous donnera 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 concernent essentiellement la géométrie et la concentration en polluants de la source de pollution.

Les tests de traitabilité (pour les traitements on site) ainsi que les certificats d’acceptation préalable (pour les traitements en centre agréé) doivent être acquis avant d’envisager toute excavation.

Des données géotechniques complémentaires peuvent être nécessaires en cas de terrassement à proximité de zones sensibles (bâtiments, voierie) ou dans le cas de confinement (Étude géotechnique pour tenue des terrains ou pour dimensionnement d'un soutènement si besoin).

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,
• Contexte d'intervention (pleine masse, rabattement, soutènement provisoire, contraintes …),
• Contraintes de remise en état : portance, caractéristiques.

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 ?),
• 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.

c. Sol ou matériau à traiter

• Géologie /lithologie ou nature des sols,
• Granulométrie,
• Présence de blocs, fondations, ...

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,
• 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).

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.
• Des données complémentaires sont nécessaires dans le cas d'un rabattement de la nappe.

L'Excavation des sols présente les avantages suivants :

• technique simple et rapide,
• l’Excavation est un préalable à tous les traitements sur site et ex situ,
• technique fiable et éprouvée,
• l’Excavation présente une garantie de résultats : les seuils de dépollution atteints sont aisément contrôlables via les analyses de fonds et de flancs de fouille,
• cette technique est particulièrement utilisée dans le cas de projets nécessitant des excavations générant un excédent de terres (aménagement des fondations, de caves de parkings enterrés),
• il s’agit d’une technique applicable à de nombreux composés ; elle est particulièrement bien adaptée pour éliminer une source de pollution très concentrée et limitée dans l’espace (hot spot) ou une source de pollution difficilement traitable par d'autres techniques (contaminants récalcitrants, mélange de pollution, concentrations élevées).

Ses inconvénients et facteurs limitants sont les suivants :

• l’Excavation ne constitue qu’une phase préliminaire de traitement/réhabilitation,
• l'Excavation s'applique généralement à des profondeurs de 5-6 m (ce qui correspond à la longueur des flèches des pelles standards). Des excavations plus profondes peuvent être réalisées avec des engins et des techniques de chantier spécifiques (benne preneuse, descente en escalier ….) mais les coûts et les durées de traitement sont alors plus conséquents,
• l'Excavation nécessite souvent l'arrêt de l'activité sur la zone de travaux et entraîne des perturbations sur les zones avoisinantes (trafic, bruit …),
• plus la pollution est étendue, plus le volume de terres à excaver est important et les travaux sont difficiles à organiser et à réaliser,
• les limites et les délais d’acceptation dans les centres de traitement agréés doivent être pris en compte lors de la conception du chantier,
• les excavations sous ou à proximité immédiate de bâtiments ou d’ouvrages divers sont rares et nécessitent souvent des mesures spécifiques (étaiement..) qui rendent l’opération plus coûteuse et moins rapide,
• les risques typiques des terrassements doivent être considérés :
  • explosion : mise à jour d’atmosphère explosive : ancienne décharge, ancien dépôt d’explosif, couches géologiques relarguant des gaz, cuve ou canalisation contenant des hydrocarbures, des gaz…,
  • endommagement d’infrastructures enterrées : canalisation, fondation...,
  • chute d'une personne dans la fouille, effondrement des parois de la fouille …,
• l’Excavation peut dans certains cas favoriser la migration des polluants par :
  • modification de la mobilité des polluants métalliques (modification des conditions d’oxydoréduction par aération des sols),
  • modification de la perméabilité ou de la cohésion des sols ce qui rend la nappe plus vulnérable ; ce cas peut être problématique pour le LNAPL en phase pure,
  • remise en suspension des polluants adsorbés sur les colloïdes.
  • migration de la pollution sur site ou hors site sous forme de poussière.

Les coûts des excavations dépendent principalement des volumes de sols à traiter et des cadences.

Les coûts de location des pelles hydrauliques varient de 700 à 1000 euros/j (auxquels, il faut ajouter l’amenée-repli de l’ordre de 900-1000 €).

A titre informatif, pour de grands volumes, les coûts de terrassement sont de l’ordre de 5-7 €/m³. Pour de petites quantités, des cadences limitées et dans des conditions délicates, les prix peuvent atteindre 50 €/m³. (BRGM, 2010)

D'après une actualisation des prix fournie par l'UPDS en septembre 2019, la moyenne basse estimée est de 7 €/m³, la moyenne haute de 15 €/m³ et le maximum de 40 €/m³ de sols excavés.

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 Sols Pollués.

Cette technique est une des plus utilisée en France, notamment lors des réaménagements qui imposent des délais courts.

La technique est radicale et présente une garantie de résultats. Son efficacité est très dépendante de la précision des investigations de terrain.

Les rendements d’Excavation avec du tri sont de l’ordre de 50 à 200 m³/j selon les difficultés de terrassement et le nombre d’analyses.

En 2010, l'ensemble des techniques de traitements nécessitant une Excavation des sols (soit la somme des tonnages pris en charge par les techniques hors site et sur site) représente 51,5% du tonnage total de sols traités (soit respectivement 36,8 et 14,7%).

(ADEME, 2010)

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.

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