Confinement par couverture et étanchéification

Les confinements physiques ont pour but d'empêcher l'écoulement des eaux souterraines hors du lieu pollué.

Le confinement physique consiste à :

• isoler les polluants de façon à prévenir leur propagation de manière pérenne,
• s’assurer du maintien de cet isolement par des mesures de contrôles rigoureux,
• s’assurer de l’efficacité de cet isolement par des mesures de suivi à long terme.

Les mesures à mettre en place seront choisies et modulées en fonction des conditions particulières de chaque cas, tels que :

• la nature et l’ampleur de la pollution,
• les caractéristiques géologiques, hydrogéologiques et hydrologiques du terrain,
• l’usage du terrain (nappe d’eau souterraine utilisée comme source d’eau potable...)
• et, le cas échéant, les spécificités du projet envisagé (maisons, jardins...).

De telles mesures de confinement doivent être pérennes et adaptées aux usages du site. Aussi, il est important d'apporter des éléments démonstratifs tangibles sur les performances du confinement et sur leur pérennité.

Le but de l’isolation de surface (Confinement par couverture et étanchéification) est multiple :

• confinement des sols souillés. Il s’agit de prévenir la pollution vers les enjeux identifiés :
  • mise en place d’une isolation de surface perméable ou semi-perméable afin d’empêcher (ou de limiter) la percolation des eaux de pluie à travers la zone non saturée, puis l’infiltration des eaux souillées vers les eaux souterraines et superficielles,
  • mise en place d’une barrière entre la source de pollution et :
    • les humains (ingestion directe de sols, contact cutané),
    • la faune (rongeurs, terriers),
    • la flore (racine),
  • mise en place d’une barrière au-dessus de la source de pollution afin de prévenir le réenvol de poussières,
• surélévation de la surface du sol afin de fournir les pentes adaptées pour le ruissellement et le drainage contrôlé des eaux de surface,
• limitation des flux de gaz vers l’atmosphère et les habitations et maîtrise de leur récupération,
• renforcement de la stabilité mécanique du stockage,
• intégration du site dans son environnement (mise en place de conditions permettant la croissance des plantes).

En fonction des enjeux identifiés, l’isolation de surface pourra mettre en jeu différents types de couverture (simple ou multicouche) :

• la couverture multicouche terreuse : d’une perméabilité supérieure ou égale à 10^-6 m/s, elle est peu performante vis-à-vis des infiltrations d’eau. Elle concerne :
  • les sites à faible potentiel polluant (ou faiblement évolutif) vis-à-vis des gaz, des eaux souterraines et superficielles,
  • les sites devant faire l’objet d’un confinement vis-à-vis du contact direct et de l’ingestion de sols souillés.
• la couverture multicouche semi-perméable : d’une perméabilité comprise entre 10^-6 et à 10^-9 m/s, elle limite moyennement les infiltrations et les émanations de gaz. Elle est utilisée pour :
  • les sites présentant un environnement peu vulnérable,
  • les sites dont on souhaite épuiser le potentiel polluant tout en limitant l’impact des rejets.
• la couverture multicouche imperméable : d’une perméabilité inférieure ou égale à 10^-9 m/s, elle limite très fortement les infiltrations et les émanations de gaz. C’est pourquoi, elle s’applique à :
  • des sites à fort potentiel polluant,
  • des sites à environnement vulnérable.

La sélection des matériaux à mettre en œuvre se base non seulement sur leurs coûts mais aussi sur leurs caractéristiques vis-à-vis de la protection, l’étanchéité, du drainage, de la filtration, de la séparation, du renforcement, de la résistance à l’érosion, de la pérennité, du type de polluant...

La mise en place de ces matériaux est réalisée à l’aide d’engins de chantiers spécifiques.

Il est nécessaire de mettre en place des filets avertisseurs au-dessus du confinement.

Les mesures de confinement conduisent à la mise en œuvre de dispositifs de restriction d’usage d’une part pour garder la mémoire de leur présence et d’autre part pour préciser les modalités d’exploitation et d’entretien éventuellement nécessaires au maintien de leur pérennité. En particulier, une surveillance environnementale appropriée doit être mise en place pour vérifier l’absence d’impact sur les milieux lorsqu’un confinement des pollutions a été décidé.

Il faut donc distinguer :

• les mesures de contrôle réalisées juste après les travaux de confinement,
• les mesures de suivi à long terme.

Les mesures de contrôle et de suivi doivent être inscrites dans les obligations des servitudes.

Mesures de contrôle

Pour être efficace, toute mesure de confinement doit être accompagnée de mesures de contrôle qui permettent d’en assurer l’intégrité. Il existe de nombreuses méthodes de détection et de localisation de défauts : géomembrane conductrice, jet d’eau, sonde mobile, système fixe de détection de localisation et d’alarme, cloche à vide, mise en pression du canal central, test à la pointe émoussée (au tournevis), spectrométrie infrarouge, liquide coloré sous pression, thermographie infrarouge, ultrasons…

Mesures de suivi

Le suivi devra être obligatoirement à long terme et devra permettre de vérifier son fonctionnement et de suivre l’évolution de son efficacité. Le but est de pouvoir caractériser autant que faire se peut qualitativement et quantitativement le flux de matière échangé avec l’extérieur.

Le suivi doit permettre de s’assurer de l’efficacité des mesures de confinement mises en place. Le plus souvent, il consistera à prélever des échantillons dans l’eau souterraine ou dans l’eau de surface afin d’en vérifier la qualité et de suivre son évolution (conditions du milieu, sous-produits de dégradation…). Des prélèvements d’eau au droit de la source de pollution sont aussi recommandés.

Un programme de suivi des émissions atmosphériques (poussières, émissions gazeuses ou autres) peut également être approprié, le cas échéant.

Une vérification régulière du terrain doit être effectuée pour s’assurer que les mesures de confinement sont toujours en place et fonctionnelles et que l’usage qui est fait du terrain ne remet pas en question l’intégrité de ces mesures. Dans certains cas, il peut être nécessaire d’instituer un programme d’entretien des ouvrages.

Par ailleurs, il est nécessaire de réaliser le suivi des servitudes, citons par exemple : absence de culture potagère, absence d’arbre à racines profondes, présence de filets avertisseurs. Ces servitudes doivent aussi permettre de garder la mémoire de ces travaux dans le temps.

De plus, lorsque les mesures de confinement le requièrent, un contrôle des mouvements physiques du terrain, du système de pompage ou de collecte des eaux, de l'état des infrastructures en place (clôtures, barrières, fossés de drainage...) doit être effectué.

La figure 1 ci-dessous présente différents type de couvertures tandis que les tableaux 1 à 6 indiquent des recommandations associées à différents confinements en fonction des conditions de leur mise en œuvre.

Des étanchéités composites auront pour origine le fait que certains matériaux sont « étanches » vis-à-vis d’un liquide mais pas d’un gaz. Ainsi, une paroi verticale réalisée avec un coulis de béton-ciment pourra être doublée par une géomembrane en polyéthylène haute densité.

Dans le cas de sols pollués par des composés volatils, il conviendra de mettre en place un dispositif de drainage des gaz.

Ce type de traitement peut être appliqué à presque tous les types de pollution COV, COHV, PCB, HAP, métaux/métalloïdes à condition que :

• les tests de percolation, l’infiltration à travers les sols pollués ainsi que la charge hydraulique soient compatibles avec l’usage des eaux souterraines,
• les émanations gazeuses soient compatibles avec l’usage futur.

Ce type de confinement est essentiellement utilisé pour les métaux/métalloïdes présents en grande quantité (remblais) sous forme non ou peu lessivable.

Dans tous les cas, il conviendra de confiner les sols à une côte altimétrique supérieure à celle du niveau piézométrique le plus haut.

Le confinement peut être temporaire ou final.

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 à 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.

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 (afin de s’assurer de la tenue des terrains)

• teneur en eau naturelle,
• limites d’Atterberg,
• essais triaxiaux et de cisaillement,
• essais pressiométriques,
• essais au pénétromètre dynamique,
• essais de perméabilité,
• essais à la plaque,

b. Aspects environnementaux

• Eaux souterraines et superficielles :
  • impact du confinement actuel et à long terme (sous-produits de dégradation),
  • compatibilité chimique de la nature de la barrière passive avec les polluants,
  • estimation et vérification de la perméabilité de la couverture de surface : bilan hydrique, perméabilité équivalente, mesures de contrôle de la bonne mise en place,
  • estimation et vérification de la production et de la qualité des percolats,
• Air :
  • impact du stockage actuel et à long terme (sous-produits de dégradation),
  • estimation et vérification de la production et de la qualité des gaz :
    • drainage (passif, actif avec dépression),
    • traitement (sur site).

c. Définition du projet

• Délais,
• Objectifs de traitement (sols et/ou eaux et/ou gaz du sol),
• Seuils de dépollution ou profondeur/volume,
• Surface concernée.

d. 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 ?),
• Ouvrages existants pouvant être réutilisés (coupe technique de l'ouvrage ou, à défaut : diamètre, profondeur et équipement).

Pour les traitements d'eau :

• Emplacement du point de rejet.

e. Sol ou matériau à traiter

• Géologie /lithologie ou nature des sols.

f. 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.

g. 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.

Le Confinement par couverture et étanchéification présente les avantages suivants :

• permet de confiner un très grand nombre de polluants,
• particulièrement bien adapté pour les grands volumes de pollution par des composés inorganiques voire mixte,
• technique éprouvée ayant démontré une grande fiabilité et des résultats extrêmement significatifs,
• compétitivité en termes de coût et de performance pour des volumes importants et des composés récalcitrants,
• fiabilité.

Ses inconvénients et facteurs limitants sont les suivants :

• les pollutions ne sont pas détruites et restent en place : aucune action n’est réalisée sur le volume et la toxicité des déchets. La seule action est relative à la réduction importante du transfert de pollution,
• il est primordial de garder la mémoire de la pollution et d’instaurer des restrictions,
• il est nécessaire de réaliser un suivi à très long terme,
• il est nécessaire d’entretenir le confinement afin de s’assurer la pérennité de son bon fonctionnement (endommagement du confinement du au gel/dégel, tassement différentiel, passage d’engins, dessiccation, attaque de rongeurs, végétation, ….),
• la couverture permet seulement de limiter les transferts verticaux (eaux pluviales, gaz, contact, réenvols de poussières) mais ne permet pas de contrôler les flux horizontaux,
• le Confinement par couverture et étanchéification nécessite parfois d’autres mesures de confinements complémentaires (confinement vertical, encapsulation, mesures constructives…),
• la mise en place notamment au niveau des soudures doit être irréprochable,
• il est nécessaire de tenir compte des exigences d’entretien et de suivi dans le temps (servitudes …),
• étant donné que les confinements existants n’ont que quelques dizaines d’années au plus, il est difficile de prouver l’efficacité du confinement sur le long terme.

Coûts

Les coûts de traitement sont très variables. A titre indicatif, les coûts pour différents type de couverture sont les suivants (BRGM, 2010) :

• couverture avec une couche de 0,25 m de sable-bentonite : 15-35 €/m² ;
• couverture avec une couche de 0,4 m d’argile naturelle : 5-15 €/m² ;
• combinaison membrane (PEHD 2 mm) et 0,25 mm de sable bentonite : 15-30 €/m² ;
• polymère de 0,07 m de sable-bentonite : 7-15 €/m² ;
• matelas bentonitique : 5-15 €/m² ;
• couverture avec une feuille synthétique (géotextile…) : 3-7 €/m² ;
• couverture béton : 75-100 €/m² ;
• couverture asphalte : 30-60 €/m² ;
• couche externe 1 m de terre : 7-15 €/m² ;
• couche de drainage - 0,3 m : 2-5 €/m² ;
• géomembrane PEHD 2 mm : 7-15 €/m² ;
• système drainant : 1-3 €/m² ;
• profilage (avec engins de terrassement classiques) : 2-5 €/m².

Plus généralement, les prix de confinement peuvent être déclinés comme suit :

• confinement par couverture non étanche (hors végétalisation) (épaisseur < 0,6m) : 8 à 20 €/m² de couverture.
• confinement par couverture et étanchéification (épaisseur <1m) : 40 à 60 €/m² de couverture.

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 » (traitement (matériel, main d’œuvre, réactifs ou produits), élimination des déchets), à renouveler au cours du traitement ;
• 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 assez important. Il est notamment lié à l’ouvrage de confinement à mettre en place et aux différents travaux et aménagements qui peuvent être nécessaires. Ce coût est très variable selon l’étendue du confinement à réaliser.

Cette technique nécessite une maintenance et une surveillance soutenue des installations afin de garantir la pérennité de l’ouvrage.

Le travail d’étude et de suivi analytique est important afin de prévenir toute évolution ou dispersion de la pollution.

Délais

C’est une technique rapide compatible avec une valorisation immobilière sur les parties confinées après les travaux de mise en œuvre. Néanmoins, la mise en place d’un suivi strict et pérenne est nécessaire.

Les délais sont relativement courts et identiques à ceux de travaux de terrassement. A titre informatif, une décharge (ou un sol pollué) de 1 à 2 hectares peut être traitée par remodelage, drainage, Confinement par couverture et étanchéification en quelques mois.

Maturité

Cette technique est mature et très largement utilisée en France.

Efficacité

Les confinements, lorsqu’ils sont bien conçus et bien mis en place, sont très efficaces et ne permettent pas ou très peu de fuites vers l’extérieur. Dans tous les cas, les flux sortant du confinement doivent être compatibles avec les usages sur et hors site.

On considère ici les taux d’utilisation du confinement des sols in situ au sens global : Confinement vertical et Confinement par couverture.

Contrairement aux résultats de l'étude de 2010, en 2012, le marché de la gestion et du traitement des terres polluées a très peu utilisé des méthodes de confinement in situ (0,8 % des terres traitées in-situ et 1,4% du total des terres traitées en 2012).

(ADEME, 2015)

Évolution 2010/2012 :

Les volumes confinés in situ ont diminué de 94 % en 2012, confirmant que la forte augmentation identifiée en 2010 était bien liée à un acteur en particulier qui avait effectué plusieurs chantiers de confinement importants en 2010.

(ADEME, 2012)

Bibliographie

ADEME (1999)
Procédés de confinement appliqués aux sites et sols pollués
184 p.

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://ssp-infoterre.brgm.fr/fr/guide/traitabilite-ssp-selection-techniques-evaluation-performances

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. (Fichier PDF - 6,13 Mo)

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

Nathanail J., Bardos P. et Nathanail P. (2002)
Contaminated Land Management. Land Quality
Press and EPP Publications, Londres, 467 p.