Paramètres physico-chimiques des sols

Les conditions environnementales du SUC influencent directement le potentiel de dégradation des contaminants. Les conditions physico-chimiques à considérer sont nombreuses ; elles peuvent être entre autres le type de sol, le pH, le taux d’humidité, la température et le carbone organique total (COT). Cette section décrit brièvement l’influence de certains paramètres physico-chimiques sur le comportement des composés organiques dans le sol.

5.1.1 La granulométrie et le type de sol

La granulométrie du sol joue directement sur la capacité de rétention d’eau ainsi que sur la perméabilité à l’air (Bégin, 1999). Les pores formés à la suite d'une agglomération de particules contribuent au transport des liquides et des gaz présents dans le sol. Plus la granulométrie des particules du sol est grossière, plus la perméabilité à l’air (saturée) est grande ; ce qui signifie que l’air (et l’eau) peut circuler davantage dans les pores du sol. La perméabilité du sol est un des paramètres importants à considérer puisqu’un sol peu perméable empêche une bonne répartition des produits injectés lors des traitements et une mauvaise récupération des produits résiduels (Destribats et autres, 1994). Sous un certain seul de perméabilité pouvant varier de 10-7 à 10-8 m/s, la perméabilité du sol est trop faible afin de pouvoir retirer par aspiration les composés volatils du sol (Lecomte, 1998). Ainsi, contrairement à un sol argileux, les sols sableux très perméables à l’air permettront d’extraire facilement les composés volatils tels que les HAM.

De plus, une faible circulation de l’air et un excès d’eau (occasionné par un problème de circulation et de rétention de l’eau) dans le sol empêchent l’utilisation de procédés de traitement in situ basés sur le pouvoir décontaminant des plantes (phytoremédiation) (Fox et autres, 2014). Un sol avec une granulométrie fine, comme les sols argileux, ne sera également pas propice pour la mise en place d’un procédé de traitement par biodégradation (aérobie) ; puisqu’ils ne

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permettront pas une bonne circulation et distribution de l’air dans le sol (Bégin, 1999). Il est par conséquent important de s’assurer que les variations de perméabilité du sol n’interfèrent pas dans l’efficacité du traitement, et ce sur la totalité du site (Lecomte, 1998). De plus, les sols en milieu urbain sont souvent caractérisés par une hétérogénéité, en raison de la présence importante de remblais dans les premiers mètres de surface. Pour ce faire, une grande importance doit être mise sur la caractérisation préliminaire du terrain afin de s’assurer que le site possède les propriétés intrinsèques permettant l’implantation d’une technologie in situ et l’atteinte des objectifs de décontamination.

5.1.2 Le pH et la température

Le potentiel hydrogène (pH) doit être contrôlé, car il influence grandement la croissance des microorganismes ; un pH se situant entre 6 et 7,5 assure une croissance maximale de la majorité des souches bactériennes (Bégin, 1999 ; Intera Information Technologies Corp., 1995). Un pH trop acide (soit au-dessous de 5) ou trop basique (supérieur à 8,5) empêche la croissance des microorganismes et donc du processus de biodégradation.

La température a quant à elle un impact sur la solubilité du contaminant, la pression de vapeur et la Constante d’Henry ; ces trois paramètres étant directement proportionnels à la température. En modifiant les propriétés des contaminants, la température joue également un rôle sur les propriétés de diffusion des contaminants dans les sols. Plusieurs technologies in situ utilisent les effets engendrés par une augmentation de la température pour mobiliser et dégrader les hydrocarbures. Un accroissement de la température a pour effet de faciliter les réactions chimiques, car elle diminue l’énergie requise pour que la dégradation ait lieu (ex. : énergie d’activation) (Martin, mai 2012). Une diminution de la température a également pour effet d’augmenter la viscosité de l’eau et diminue ainsi sa mobilité dans le sol et son contact avec les composantes du sol (ibid.).

De plus, chaque microorganisme possède sa température optimale de croissance, qui varie généralement entre 20 et 37 C. La température a un impact important sur la croissance des microorganismes ainsi que sur leur capacité à métaboliser les composés organiques des sols contaminés (Iqbal, 2003). La température offrant une consommation optimale du substrat (soit des hydrocarbures) se situe essentiellement entre 20 et 30 C (Intera Technologies, 1995). Pour ce

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faire, la température a un impact important sur le taux de croissance des microorganismes et ainsi sur le taux de biodégradation des composés organiques lors de traitements biologiques in situ. Une variation de 10 C peut diminuer d’environs de moitié l’activité microbienne et ainsi l’efficacité de la biodégradation (Iqbal, 2003 ; Destribats et autres, 1994). Une augmentation de la température permet également de diminuer l’adsorption des contaminants sur les particules de sol, ce qui les rend plus disponibles pour une biodégradation par la microflore du sol (Iqbal, 2003). Par conséquent, les conditions climatologiques sont un facteur d’une grande importance à considérer dans le choix du traitement. Les températures hivernales peuvent diminuer, voir inhiber, certains procédés de traitement in situ et donc empêcher leur mise en place. Au Québec, la température extérieure ressentie en hiver peut atteindre moins 40 C, toutefois la température du sol à environ six pieds de profondeur demeure à environ 10 C lorsque recouvert de neige (Geothermal Québec, 2012). Bien que l’efficacité des procédés de traitement in situ est largement affectée et diminuée par la température hivernale, la dégradation des hydrocarbures n’est toutefois pas impossible. En effet, certaines souches ont la capacité de dégrader les hydrocarbures à des températures allant de -2 C à 70 C (Texas Research Institude et American Petroleum Institute, 1982). En outre, la microflore indigène se situant en profondeur dans la zone non saturée est généralement adaptée à des températures constantes qui peuvent varier de 10 C à 20 C selon la localisation géographique (Newman et Martinson, 1992).

5.1.3 Le taux d’humidité

Lors de la réhabilitation de sites contaminés, il est important de maintenir un taux d’humidité optimal. L’eau est un solvant polaire qui permet la dissolution de composés polaires. L’eau est essentielle pour la mise en circulation des particules organiques et minérales et a une influence sur la circulation de certains gaz. L’humidité du sol a également un effet négatif sur la perméabilité à l’air du sol, puisque l’eau et l’air entrent en compétition pour l’occupation des zones libres ou poreuses du sol (Dueso et Cadiere, s.d.). En tout, trois facteurs influencent le régime hydraulique du sol, tels que la texture qui détermine les forces de rétention de l’eau, la porosité qui définit la quantité d’eau emmagasinée et la structure du sol qui influence la distribution de l’eau (Martin, mai 2012).

L’eau permet également la mise en contact des composés organiques et d’autres nutriments avec la microflore bactérienne. La biodégradation des contaminants dans les sols nécessite de l’eau

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pour la croissance des microorganismes ainsi que pour la diffusion des nutriments et des déchets métaboliques. Un sol a en moyenne une teneur en eau se situant entre 15 et 35 % en unité volume (Dueso et Cadiere, s.d.). Les sols sont dits saturés lorsqu’ils sont situés en dessous du niveau de la nappe. Il a également été déterminé que les activités de biodégradation seraient optimales à des valeurs de capacité de rétention d’eau allant de 50 à 70 % (une capacité de rétention de 25 à 100 % équivaut à des taux d’humidité de 7 à 28 %) (Dueso et Cadiere, s.d.). 5.1.4 La lumière

La lumière est un paramètre physico-chimique qui contribue de surcroit à la dégradation des hydrocarbures ; des hydrocarbures légers peuvent être dégradés ou altérés par photolyse sans traitement additionnel. La photolyse est un processus qui permet la décomposition du carbone organique directement en contact avec la lumière en molécules plus petites comme le CO2 (Centre d'études nordiques, 2011). En outre, la lumière est essentielle afin d’initier la photosynthèse chez les plantes et les bactéries photoautotrophes qui participent à leur tour à la dégradation des hydrocarbures (Prescott et autres, 2003).

5.1.5 Le carbone organique total (COT)

Le COT détermine la teneur globale en matière organique du sol, il inclut donc la matière organique proprement dite du sol et la pollution (Dueso et Cadiere, s.d.). La matière organique présente dans les sols naturels provient de la dégradation de la biomasse végétale et animale. Le COT a un rôle important puisqu’il influence directement la capacité de rétention d’eau du sol de même que la capacité d’adsorption des contaminants dans le sol (Bégin, 1999).

« Une capacité d’adsorption importante rend plus difficile l’extraction des contaminants en phase gazeuse et une trop forte capacité de rétention d’eau réduit l’activité des microorganismes aérobies en limitant le transport de l’oxygène. » (Bégin, 1999, p.8)

La matière organique et donc le COT est l’un des facteurs principaux influençant l’activité biologique, car l’activité et la diversité de la microflore du sol sont en relation directe avec la présence de matière organique. Comme décrits plus en détail dans la section 5.2, les composés organiques du sol peuvent être utilisés comme source de carbone par la microflore, assurant ainsi leur activité métabolique. La matière organique et l’activité biologique qui est ainsi favorisée ont toutes deux un impact sur les propriétés chimiques et physiques du sol (FAO, 2014b). Il a par

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ailleurs été démontré que plus le sol possède une teneur élevée en carbone, plus l’agrégation et la stabilité du sol augmentent (ibid.).