Mesures en conditions contrôlées (colonne)

4.2.1.SIMULATION DU TRANSFERT D’ELEMENTS EN TRACES DANS LES LIXIVIATS

La dynamique des éléments en traces en conditions contrôlées a été analysée avec pour double objectif d’étudier l’évolution du potentiel de relargage de métaux de chacun des matériaux parents tout en comparant les concentrations observées avec les gammes mesurées in situ (Figure 41).

146 759 0,01 3 431 23 40 2 43 2 76 0,001 0,1 34 123 405 0,01 3 298 19 37 0,4 41 1 42 0,001 0,9 26

a)

c)

e)

b)

d)

f)

En ce qui concerne le Cr, il a été fortement lixivié du compost et la concentration dans ses lixiviats a décru régulièrement au cours de l’expérimentation de 34,6 à 5,1 µg.L-1. Pour les 3 autres matériaux parents, les concentrations étaient beaucoup plus faibles (< 10 µg.L-1) et étaient décroissantes, jusqu’à devenir inférieures au seuil de détection (2 µg.L-1). Dans l’ensemble, les valeurs qui ont été mesurées se situent dans la même gamme que celles observées au terrain (de 0 à 25,1 µg.L-1) et sont toutes inférieures à la norme VCI « usage sensible » (50 µg.L-1).

Le Cu a été très fortement mobilisé au cours du test sur le compost de déchets verts et les concentrations mesurées de 0 à 0,25 volume de lit étaient élevées (> 600 µg.L-1). Par la suite, la teneur en Cu des lixiviats a baissé rapidement jusqu’à 28,6 µg.L-1 au 4ème volume de lit. Un schéma très similaire se retrouve pour les 3 autres matrices, puisque les concentrations mesurées sont comparables et toujours faibles (> 60 µg.L-1 pour le mélange et > 14 µg.L-1 pour la terre et la boue), avec une décroissance continue au cours du temps. Il est cependant à noter que la teneur en Cu des lixiviats du mélange est globalement plus élevée que celles de ses deux constituants. Dans ce cas, les concentrations lixiviées en colonne sont globalement plus élevées qu’in situ (entre 120 et 0 µg.L-1, avec une moyenne proche de 10 µg.L-1).

Les niveaux de Ni lixiviés ont été à peu près comparables dans les 4 matrices, bien que les lixiviats du compost aient été les plus concentrés (> 80 µg.L-1 jusqu’à 1,3 volumes de lit). Les concentrations ont varié au début de l’expérimentation entre 25 et 90 µg.L-1 et ont atteint au final des valeurs proches ou inférieures au seuil de détection (2 µg.L-1). Cette gamme de valeurs est comparable à ce qui a été mesuré dans les percolats et du même ordre de grandeur que la norme VCI usage sensible.

Les lixiviats du compost sont très nettement les plus concentrés en Pb (> 130 µg.L-1 jusqu’à 1,3 volumes de lit). La décroissance a toutefois été plus lente et moins marquée que pour les autres éléments. Alors que des quantités limitées de Pb ont été lixiviées de la terre industrielle traitée (< 11 µg.L-1) et du sous-produit papetier (< 0,9 µg.L-1), les concentrations dans les lixiviats du mélange étaient plus élevées (jusqu’à 64,3 µg.L-1). Cet élément en trace est celui qui a été le plus surestimé dans cette expérimentation en conditions contrôlées par rapport aux teneurs faibles qui avaient été mesurées sur les percolats provenant des 3 modalités de sols construits in situ (< 6 µg.L-1). Par conséquent, certaines des concentrations sont largement supérieures à la norme VCI usage sensible (50 µg.L-1).

Enfin, le cas du Zn est très proche de celui du Cr ou du Pb. Les quantités lixiviées depuis le compost sont très significativement supérieures à celles des autres matériaux parents. En effet, les concentrations maximales sont de l’ordre de 500 µg.L-1 et elles ne décroissent que jusqu’à 57,6 µg.L-1. Dans les mêmes conditions, les teneurs mesurées dans les autres matrices – qui sont maximales pour le sous-produit papetier (jusqu’à 45,7 µg.L-1) – sont 10 fois moins élevées. Les teneurs mesurées in situ étaient plus faibles (80 % en moyenne), cependant les concentrations des lixiviats restent très largement inférieures à la norme VCI usage sensible (5000 µg.L-1).

Figure 41 : Evolution en conditions contrôlées des teneurs

en a) Cr ; b) Cu ; c) Ni ; d) Pb ; e) Zn dans les lixiviats en fonction du nombre de volumes de lits

4.2.2.SIMULATION DU TRANSFERT D’ELEMENTS DEPUIS DES SUBSTRATS

Des expérimentations ont été menées avec quatre terres industrielles contrastées sans contrôle de pH. Elles représentent un scénario de construction de sol sur un substrat industriel contenant des pollutions résiduelles.

a) _b)

c) d)

Elles testent le potentiel de re-mobilisation de polluants contenus dans le substrat par les percolats de sols construits, principal vecteur entre les 2 systèmes.

Les quantités de Cd extractible ont tout d’abord varié en fonction du substrat considéré entre 0,1 et 9 % du Cd total (Figure 42). Ces quantités n’étaient pas proportionnelles à la teneur totale en élément en traces des terres industrielles et la tendance était même inverse (Cd extrait sol F > Cd extrait sol M1 = Cd extrait sol M2 > Cd extrait sol B). Ensuite, il a pu être mis en évidence le fait que les trois premières solutions (eau, CaCl2 et percolat issu de la modalité I) ont mobilisé une quantité de Cd statistiquement très supérieure (de 75 à 93 % plus) à celle libérée par le percolat issu de la modalité II pour 3 des substrats industriels testés sur 4 (M1, M2 et F). Aucune différence significative n’a pu être mise en évidence entre les différents traitements pour le substrat B.

Les résultats ont été similaires en ce qui concerne l’extractibilité du Zn (0,2 à 8,9 % de métal extrait en fonction des modalités). Le percolat de la modalité II a mobilisé de faibles quantités de Zn (de 0,2 à 3,0 % du métal total) des substrats M1, M2 et F, en comparaison de l’eau (0,3 à 7,9 %), du CaCl2 (0,3 à 8,9 %) et du percolat de la modalité I (0,3 à 6,0). Les différences ont été un peu moins marquées (de 38 à 88 % moins de métal mis en solution par le percolat II que par les autres solutions). Aucune tendance nette ne s’est dégagée sur le substrat B. Enfin, les résultats ont été plus contrastés pour le Pb. Les quantités solubilisées sont plus faibles, de 0,1 à 6,0 % du Pb total présent dans les substrats a pu être extrait par les 4 réactifs. Il est apparu que l’eau et le percolat I ont mobilisé des quantités plus élevées de Pb des substrats M1, F et B (de 30 à 82 % plus) que le CaCl2 et le percolat II. Aucune différence significative n’a été mise en évidence en ce qui concerne le substrat M2.

En complément à ces extractions, des mesures de pH ont été conduites sur les suspensions substrat/solution. Il en est ressorti que le pH des suspensions contenant de l’eau, du CaCl2 ou le percolat provenant de la modalité I avaient des valeurs de pH proches de celles des sols (M1 : 6,8 – 7,3 ; M2 : 3,8 – 3,9 ; F : 5,7 – 6,6 ; B : 7,7 – 7,8). Par contre, un effet tampon sur le pH a pu être très nettement mis en évidence après mise en contact des sols avec le percolat de la modalité II (M1 : 8,0 ; M2 : 7,7 ; F : 8,1 ; B : 8,2). C’est la raison pour laquelle nous avions souhaité nous affranchir de l’effet du pH sur la disponibilité des éléments en traces en fixant le pH de la suspension pour chacune des solutions.

Figure 42 : Rapport d'extraction du a) Cd ; b) Pb ; c) Zn par différentes solutions modèles ou percolats collectés sous des sols construits, sans contrôle de pH

a)

b)

Le substrat F a été utilisé pour réaliser la série d’extraction à pH fixé. Il est tout d’abord ressorti de cette expérimentation que le Cd et le Zn avaient des comportements très proches, distincts du Pb. Par ailleurs, dans le cas du Cd et du Zn, il est apparu que le pH était bien le facteur principal expliquant la disponibilité de ces éléments lors des extractions (Figure 43a). C’est la raison pour laquelle les variations de concentrations en Corg en solution – engendrées par l’utilisation des différents réactifs - n’ont pas provoqué d’évolution significative de leur mobilité (Figure 43b). A l’opposé, la dynamique du Pb est très peu expliquée par les variations de pH (Figure 43c). Par contre, une tendance s’est dégagée, reliant les concentrations en Corg et en Pb en solution (Figure 43d).

Figure 43 : Rapport d’extraction du Zn par différentes solutions modèles et des percolats collectés sous des sols construits, avec contrôle de pH, en fonction

a) du pH et b) du Corg ; du Pb en fonction a) du pH et b) du Corg

a)

b)

c)

4.3. Transferts de métaux vers les différents compartiments du système