Confinement vertical

Le confinement 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.

Le but du Confinement vertical est multiple :

• mise en place d’une barrière entre la source de pollution et :
  • les eaux souterraines,
  • les eaux superficielles,
• renforcement de la stabilité mécanique du stockage.

Dépendamment des conditions environnementales et des enjeux à protéger, les confinements verticaux peuvent être implantés au pourtour, en aval ou en amont de la source de pollution.

Le Confinement vertical peut être réalisé de trois manières différentes :

• confinement périphérique complet : le Confinement vertical est positionné autour de la source de pollution,
• confinement en amont : une paroi imperméable (déflecteur) est positionnée en amont de la source de pollution afin de dévier les eaux souterraines et de diminuer les contacts eaux/polluants,
• confinement en aval : ce type de confinement est plus rare et est principalement utilisé lorsque les conditions du site (encombrement ...) ne permettent pas de réaliser le confinement amont.

Les trois types de confinement peuvent être associés à des pompages d’eaux souterraines (figure 1). Le confinement aval doit nécessairement être utilisé avec un piège hydraulique conséquent.

La mise en place de ces différents types de confinement verticaux nécessite des engins de chantiers très spécifiques : excavation à la pelle rétro, excavation à la benne preneuse, excavation à la haveuse de paroi, vibrofonçage, pieux sécants, engins de malaxage, dispositif de levage et de déroutage de membrane, glissière et mat vertical pour l’enfoncement des palplanches, mélange in situ, foreuse en ligne, appareillage d’hydrofracking.

Le suivi sera obligatoirement à long terme. Il devra permettre de vérifier le fonctionnement du confinement 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, suivi piézométrique…). Des prélèvements d’eau au droit de la source de pollution sont aussi recommandés. De plus, la direction de l'écoulement des eaux souterraines devra être suivie car elle peut être fortement perturbée par l’installation du Confinement vertical.

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 l'absence de captage d’eau pour des jardins potagers au droit de la source de pollution…

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, fossé de drainage...) doit être effectué.

Plusieurs types de matériaux et de techniques peuvent être utilisés. Leur choix, régi par les conditions géotechniques, géologiques, hydrogéologiques et financières, doit faire l’objet d’études complètes. La forme et le type de confinement doivent aussi faire l’objet d’une étude hydrogéologique approfondie afin de valider les futurs écoulements en hautes et basses eaux.

D’une manière générale, il est préférable d’ancrer les parois dans un horizon étanche sous-jacent. Si pour des raisons technico-économiques, ceci ne s’avère pas possible, il convient néanmoins de descendre les parois latérales au minimum à la base de la zone polluée.

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

• la pollution des eaux souterraines issue du confinement soit compatible avec les usages du milieu,
• les émanations gazeuses soient compatibles avec l’usage futur.

Étant donné les coûts d’amenée-repli des engins de terrain spécifiques, il est nécessaire d’avoir un volume minimum de sols pollués à confiner. D’une manière générale, on considère que la pollution doit se trouver à une profondeur supérieure à 3 m et que le volume de sols pollués doit être supérieur à 500 voire 1 000 m³.

Certains polluants ne sont pas compatibles avec les matériaux de confinement usuels, il conviendra donc de vérifier la compatibilité polluants/matériaux de confinement.

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.

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 stockage actuel et à long terme (sous-produits de dégradation),
  • compatibilité chimique de la nature du confinement avec les polluants,
  • estimation et vérification de la perméabilité du confinement,
  • estimation de l’impact sur les écoulements hydrogéologiques et sur la migration des polluants (diffusion, convection),
  • estimation et vérification de la production et de la qualité des lixiviats ;
• 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,
• Objectifs de traitement >> perméabilité requise.

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,
• Présence de blocs ou d'encombrants,
• Essais pressiométrique /pénétrométrique avec fréquence adaptée à la variabilité de la géologie dans l'ensemble des couches.

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,
• Position de l'horizon étanche.

h. Géochimie nappe

• pH,
• Conductivité,
• Potentiel redox,
• MES,
• Teneur O₂ dissous,
• Carbonates et hydrogénocarbonates,
• Sulfates,
• Fer dissous,
• Manganèse dissous,
• H₂S dissous.

Le Confinement vertical présente les avantages suivants :

• le procédé permet de confiner un très grand nombre de polluants,
• il est particulièrement bien adapté pour des volumes significatifs de pollution de 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,
• le Confinement vertical permet seulement de limiter les transferts horizontaux mais ne permet pas de contrôler les flux verticaux.

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,
• le procédé nécessite des engins de chantier conséquents et spécifiques ainsi qu’un savoir-faire d’une haute technicité,
• 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,
• il est primordial de vérifier la compatibilité polluants/matériaux de confinement,
• le Confinement vertical permet seulement de limiter les transferts horizontaux mais ne permet pas de contrôler les flux verticaux,
• le Confinement vertical nécessite souvent d’autres mesures de confinements complémentaires (confinement par couverture et étanchéification, pompage et piège hydraulique, encapsulation, mesures constructives…),
• il est nécessaire de tenir compte des exigences d’entretien et de suivi dans le temps (servitude …),
• étant donné que les travaux n’ont que quelques dizaines d’années au plus, il est difficile de prouver l’efficacité du confinement sur le long terme,
• l’utilisation de cette technologie ne garantit pas forcement une absence de traitement future si nécessaire (non maîtrise de la pollution, reconversion nouvelle du site …),
• le Confinement vertical est actuellement efficace sur les sols poreux et homogènes. Ce type de confinement reste très difficile à mettre en œuvre dans des terrains fracturés et à double porosité.

Coûts

Les coûts de traitement sont très variables. Les prix génériques de confinement verticaux varient entre 75 et 400 €/m² (en prenant en compte l’amenée-repli des installations et pour des profondeurs inférieures à 15 m). (BRGM, 2010)

D'après une actualisation des prix fournie par l'UPDS en septembre 2019, la moyenne basse estimée est de 140 €/m², la moyenne haute de 175 €/m² et le maximum de 350 €/m² de Confinement vertical. 

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.

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 assez important. Il est notamment lié à la mise en place de l’ouvrage de confinement 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, dérivée du génie civil, est mature. Du fait de besoins en matériel importants et spécifiques, son utilisation reste marginale. En matière d’environnement, seules quelques sociétés en France sont capables de réaliser l’ensemble des techniques relatives au Confinement vertical.

Efficacité

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

Il a été démontré que les confinements verticaux permettaient de retenir plus de 95% des flux de pollution.

Pour les sols

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 lié à un acteur en particulier qui cette année là avait effectué plusieurs chantiers de confinement importants.

Pour les eaux

Le confinement in situ n’a pas été mis en œuvre en 2012 par les acteurs ayant répondu à l’enquête.

(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

Groupe de Travail sur la Gestion des Lieux Contaminés (GTGLC) (2006)
Les technologies d'assainissement des lieux contaminés : manuel de référence,
http://www.ec.gc.ca/etad/csmwg/pub/site_mem/fr/toc_f.htm