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Lixiviation de massifs poreux contenant de polluants : efet des conditions hydrodynamiques 

TIRUTA-BARNA Ligia, BURDET Mathias, FERNANDEZ Aurora,BARNA Radu

INSA Lyon, LAEPSI, 69621 Villeurbanne cedex; EMAC, campus Jarlard, 81013 Albi

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Résumé
Le relargage des polluants contenus dans des massifs poreux non percolants soumis au contact avec l’eau (situation rencontrée dans de nombreux scénarios de stockage de déchets et de valorisation de déchets) est régi par des processus de transfert de matière et par des réactions chimiques ayant lieu dans deux compartiments : l’espace poral interne au matériau saturé ou non saturé en eau et le lixiviat considéré comme un réservoir (ouvert ou non) contenant le matériau solide. Si les processus ayant lieu dans l’espace poral sont relativement bien identifiés, les processus ayant lieu à la surface de contact matériau/lixiviant sont moins connus et souvent négligés lors de l’interprétation du comportement à la lixiviation des matériaux poreux contenant des polluants.

Notre objectif est d’étudier l’effet du transfert de matière à l’interface matériau/lixiviant sur le relargage d’éléments chimiques contenus dans de matériaux obtenus par la solidification/stabilisation des déchets minéraux avec de liants hydrauliques. La mise en évidence des processus ayant lieu à l’interface solide/lixiviant a été possible par une approche expérimentale et de modélisation.

Différents matériaux ont été obtenus par la s/s de REFIOM dopés en polluants spécifiques (notamment de sels de Pb et Zn). Ils ont subit une caractérisation physico-chimique approfondie (dosage élémentaire, caractérisation mécanique, porosité, solubilisation dans différentes conditions de pH,…).

Des essais de lixiviation en continu et à long terme, allant jusqu’à trois mois ont été réalisés sur des blocs de ces matériaux avec comme lixiviant de l’eau déminéralisée et de l’eau chargée en CO₂ (conditions environnementales). Le dispositif expérimental mis au point comprend un réacteur ouvert remplit par le lixiviant agité par la récirculation du liquide et contenant le bloc. Le régime hydrodynamique a été étudié par traçage pour différentes vitesses de récirculation et pour différents débits d’entrée-sortie du réacteur. Dans tous les cas, le système réacteur+récirculation a pu être représenté par le modèle de 1 ROPA. Le processus de relargage a été suivi par la caractérisation de la solution en sortie du réacteur (pH, conductivité, concentrations des espèces majeures et des polluants), prélevée périodiquement.

Des investigations au MEB ont été réalisées avant et après lixiviation pour mettre en évidence les éventuelles changements de la surface des blocs : modifications morphologiques et de composition chimique.

Un modèle de comportement à la lixiviation basé sur un couplage transport-réactions chimiques dans les deux compartiments, matériau poreux et lixiviant, a été utilisé et amélioré pour la prise en compte des phénomènes de surface.

L’étude permet d’identifier et hiérarchiser les processus dynamiques responsables du relargage des polluants dans des conditions de contact liquide/solide plus proches de scénarios réels (stockage de déchets).