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De dragage» «Comportement à long terme, caractérisation opérationnelle et évaluation environnementale des contaminants organiques des sédiments issus des.

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Présentation au sujet: "De dragage» «Comportement à long terme, caractérisation opérationnelle et évaluation environnementale des contaminants organiques des sédiments issus des."— Transcription de la présentation:

1 de dragage» «Comportement à long terme, caractérisation opérationnelle et évaluation environnementale des contaminants organiques des sédiments issus des activités de dragage» Directeur de thèse : Pr Pierre DOUMENQ* Co-directeur de thèse: Dr Pierre HENNEBERT** Doctorat en Sciences de lEnvironnement : Mention Chimie de lEnvironnement Benoît CHARRASSE *FRE CNRS 3416, Aix Marseille Université Laboratoire Chimie Environnement Équipe Micropolluants Organiques **Institut National de lEnviRonnement industriel et des rISques Direction des Risques Chroniques Équipe Comportement dans les sols et dans les matériaux

2 Sédiment : Roches mères Aquifère Sol Ruissellement Aérosols, fumées Station, Pompage/ Epuration Epandage Matière particulaire solide, minérale et organique, qui se dépose au fond de l'eau Dragage des voies de navigation est nécessaire pour: - les travaux daménagement - le bon usage des voies navigables (transport - Grenelle de la Mer) - le maintien de la qualité du milieu Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilitéEmissionEvolutionConclusion 1

3 65 millions de tonnes/an de sédiments dragués en France (Marins, rivières,…) 8 millions de tonnes dépassent les seuils réglementaires (>N2 et >S1) Considérés comme un Déchet Classification des déchets Dangerosité (H1 à H15), selon la réglementation européenne Oui Non Traitement physico-chimique Traitement thermique Elimination Butte paysagère Recharge de plage Terre-plein, quai Remblai de carrière Valorisation potentielle comme: Sous-couche routière Produits manufacturés (Création de béton) Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilitéEmissionEvolutionConclusion 2 Holm (2013)

4 Choix dune filière de valorisation Coût Réglementation en vigueur Degré de contamination Caractéristiques intrinsèques Propriétés géotechniques Valeurs «agronomiques» Acceptabilité sociale Impact sur lenvironnement Valeurs seuils (référentiel principal – Arrêté du 28 octobre 2010 – ISDI) Gestion des sédiments dragués Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilitéEmissionEvolutionConclusion 3

5 Particules dargiles et/ou doxydes Produits de combustion de type « suie » (BC) Hydrocarbures récents Phases dhydrocarbures vieillis Matière organique (MO) amorphe MO dense Mésopores Micropores Géosorbants Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilitéEmissionEvolutionConclusion 4 Luthy et al. (1997)

6 (Bio)disponibilité : 100 % 0 % [Contaminants] Temps Définition fraction chimique disponible à létat dissous dans leau porale [Contaminant] dans le sédiment [Contaminant] dans leau porale du sédiment Représentation conceptuelle (Bio)disponibilité : Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilitéEmissionEvolutionConclusion 5

7 100 % 0 % [Contaminants] Cycles de lavage Regroupe la fraction (bio)disponible et potentiellement (bio)disponible [Contaminant] dans le sédiment [Contaminant] dans leau porale du sédiment Représentation conceptuelle (Bio)accessibilité : Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilitéEmissionEvolutionConclusion 6 Définition

8 Connaissance approfondie du comportement des familles de contaminants organiques à court et à long terme pour un scénario de stockage à terre Proposer des outils méthodologiques et analytiques opérationnels Objectifs Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilitéEmissionEvolutionConclusion 7 Cinétique de dissipation/dégradation Coefficients de partage Distribution des contaminants organiques sur les géosorbants Caractériser qualitativement et quantitativement les émissions Emissions vers les eaux souterraines

9 Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilitéEmissionEvolutionConclusion Plan de la présentation 1. Fractions récalcitrantes et labiles 2. Concentration en contaminants dissous 3. Emission des contaminants 4. Evolution dans le temps Méthode Détermination des différentes fractions Implications Méthode Détermination des C eau Implications Méthode Concentrations et quantités émises Importance de la fraction colloïdale Implications Dégradation Fractions labiles et récalcitrantes (Bio)disponibilité Emission 8

10 Dunkerque Marseille Lens Nimy Blaton Evry HAP 16 (OMS, US-EPA) PCB 80 (22 à 36) ASE + GC-MS/MS Carbone Organique Hydrocarbures totaux Black Carbon ASE + GC-FID COTmètre CTO375* *Bucheli and Gustafsson (2000) Unité EvryDunkerqueLensMarseilleNimy Blaton BC%0,000,060,660,220,35 COT%3,202,913,94,910,6 16 HAPµg.kg PCBµg.kg HCT C 10- C 40 mg.kg S1N2ISDI Matériel Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilitéEmissionEvolutionConclusion 9 5 sédiments dorigines et de contaminations variées

11 1. (Bio)accessibilité

12 Relargage des COH : plusieurs phases *Cornelissen et al., 2005 Fractions (bio)accessibles Fractions très lentement désorbables très peu mobiles et peu ou pas accessibles à la dégradation Fractions rapidement désorbables mobiles et potentiellement dégradables* Fractions récalcitrantes Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution ConclusionPrincipe 11

13 Méthodes Familles contaminants ciblées Références Tenax TA HAP, PCB, Hexaclorobenzene, Pyrethroides, DDD, DDE (Pesticides) Cornelissen et al., 1997; Cornelissen et al., 1998; Kan et al., 2000; Cornelissen et al., 2001; Johnson et al., 2001; Kukkonen et al., 2003; Shor et al., 2003; Reeves et al., 2004; Saalfield et al., 2007; Zhu et al., 2008; Guthie et Musella, 2009; Sormunen et al., 2010; Richardson et Aitken, 2011; Hu et Aitken, 2012 ; Schwab et Brack, 2007; You et al., 2007; Xu et al., 2008 XAD 4 Ghosh et al., 2000 XAD 2 HAP, Pesticides Northcott et Jones, 2001; Loehr et al., 2003; Sun et al., 2003; Lei et al., 2004; Chai et al., 2006a et b; Chai et al., 2007; Saalfield et al., 2007) Cold fiber SPME HAPHaddadi et al., 2009 Hydroxypropyl-β- cyclodextrin (HPCD) Pesticides, HAP, PCB Saalfield et al., 2007 ; Reid et al., 2000; Wong et Bidleman, 2010 ; Rhodes et al., 2010 Disque C 18 HAPHu et Aitken, 2012 Supercritical fluid extraction (SFE) HAPJonker et al., 2005 Polyoxymethylene (POM) HAP et PesticidesSormunen et al., 2010 Tenax TA Poly(2,6-diphenyl-p- phenylene oxide) CompositionStructure chimique Méthode Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution Conclusion 12

14 Echantillonnage au temps t x (1 h à 1464h) (+ Etalons de rendement) Flacons en verres – Système rotatif (15 tpm) + 2 g de sediments 0,4 g de Tenax TA Extraction et analyse par GC-MS (+ Etalons internes) Protocole expérimental Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution Conclusion 13

15 Contaminants Polymères (Tenax TA) S(t)/S 0 0 0,5 1 Temps Echantillonnage au temps t x (1 h à 1464h) (+ Etalons de rendement) Flacons en verres – Système rotatif (15 tpm) + 2 g de sediments 0,4 g de Tenax TA Extraction et analyse par GC-MS (+ Etalons internes) Protocole expérimental Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution Conclusion 13

16 Sédiment de Lens Les cinétiques de désorption sont décrites par un modèle de premier ordre à trois termes* S t /S 0 = F rapide *exp(-k rapide *t) + F lent *exp(-k lent t) + F trèslent *exp (-k trèslent *t) S 0 et S t : Les concentrations en contaminant aux temps t 0 et t F rapide, F lent, F très lent ; les fractions de désorbées k rapide, k lent, k très lent ; les constantes de désorption HCT, HAP, PCB sur les 5 sédiments Résultats Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution Conclusion 14 *Sormunen et al. (2010)

17 Comparaison inter-sédiment Recherche de relation (ACP); COT, BC, [COH] et [HCT], granulométrie Pas de corrélation entre les fractions et les caractéristiques des sédiments* Potentiellement lié à lutilisation dun modèle Empirique plutôt que Mécanistique** Résultats Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution Conclusion 15 Naph An BaAN Evry Lens Marseille Evry Lens Marseille Evry Lens Marseille Evry Lens Marseille Evry Lens Marseille Evry Lens Marseille PCB 101 PCB 138 PCB 153 Très lent Lent Rapide Très lent Lent Rapide *Kukkonen et al. (2003) **Birdwell et al. (2007)

18 F rapide potentiellement liée à la fraction (bio)accessible (potentiellement mobile et dégradable) F très lent = la fraction récalcitrante à la désorption Important en terme de bioremédiation Réévaluation de la gestion des sédiments contaminés Constantes de désorption (h -1 ) 90 % désorption k rap 0,5 et 0,09 Quelques heures/ jours k lent 0,01 et 0,001 Quelques jours/mois k très lent 1x10 -5 et 1x10 -7 Quelques années Evry Résultats Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution Conclusion 16

19 Quel est lapport concret de cette méthode dans le mode de gestion des sédiments (principalement contaminés)? Renseigne sur le pool (bio)dégradable – bioremédiation Reconsidération de la contamination de base: Réévaluation par rapport à la dangerosité [Sédiment] disponible = [sédiment] totale * (F rapide + F lent ) Réévaluation par rapport aux scénarii de valorisation [sédiment] totale = [Sédiment] rapide + [Sédiment] lent + [Sédiment] très lent Résultats Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution Conclusion 17

20 Larticle R du code de lenvironnement relatif à la classification des déchets Sil possède une des 15 propriétés (H1 – H15) Dangereux Traitement Physique/chimique Traitement thermique Elimination Valorisation potentielle non oui Deux méthodes pour évaluer la dangerosité dun déchet : Par lattribution dun code de la liste des déchets En terme de détermination de la dangerosité Evaluation par les propriétés de danger Gestion des sédiments contaminés Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution Conclusion 18

21 Evaluation si « Non dangereux » avec une batterie de tests écotoxiques** Evaluation de la dangerosité du déchet pour H14 par connaissance en substances dépend: En terme de détermination de la dangerosité Evaluation des propriétés par calcul à partir de la connaissance du déchet en substances (calcul «Pire Cas»)*: *INERIS, 2013 Des phrases de risques (substances) Coefficients majorants pour les substances toxiques (CE 50 / NOEC) Somme des risques 1 dangereux Teneur totale en substance **BRGM, 2013 Gestion des sédiments contaminés Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution Conclusion 19

22 22 Filière ConditionsRéférentiels Valorisation en technique routière Sédiment inerte ou non dangereux Guide acceptabilité de matériaux alternatifs en techniques routières (SETRA, 2011)- Valeurs de lArrêté du 28 octobre 2010 Valorisation en aménagement paysager Sédiment inerte ou étude spécifique selon EN Arrêté du 28 octobre 2010 relatifs aux installations de stockage de déchets inertes (annexe II) + Arrêté du 9 août 2006 (Geode) Remblaiement de carrière Sédiment inerte Arrêté du 28 octobre 2010 relatifs aux installations de stockage de déchets inertes (annexe II) Couverture dinstallation de stockage de déchets Sédiment inerte ou non dangereux Arrêté du 28 octobre 2010 relatifs aux installations de stockage de déchets inertes (annexe II) Produits de construction Sédiment inerte ou étude spécifique selon EN Arrêté du 28 octobre 2010 relatifs aux installations de stockage de déchets inertes (annexe II) En terme de gestion des sédiments contaminés Gestion des sédiments contaminés Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution Conclusion 20

23 Calcul du danger H14 aiguCalcul du danger H14 chronique [Sédiment] totale [Sédiment] disponible [Sédiment] totale [Sédiment] disponible Lens[Sédiment] totale [Sédiment] disponible Arrêté du 28 octobre 2010 Σ HAP51,918,450,0 Σ PCB0,540,251,00 En terme de détermination de la dangerosité En termes de scenarii de gestion des sédiments contaminés Lens1,670,18524,5430,435 Evry0,0940,0121,2060,489 Marseille1,5120,07425,6160,141 1 Non dangereux Gestion des sédiments contaminés Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution Conclusion 21

24 Désorption rapide, lente et très lente des COH Détermination des fractions et des constantes de désorption par Tenax TA Intérêt pour la gestion des sédiments (principalement ceux contaminés), réévaluation : Accès rapide aux limites de latténuation naturelle (bioremédiation) Dangerosité Scénarii de valorisation Outils pour la gestion des sédiments contaminés Exemple : Etude technico-économique simplifiée Cas 1 – Centre de Stockage de Déchets Dangereux Cas 2 – Valorisation en butte paysagère + coût analyses Cas 1 – CSDD Cas 2 – Valorisation + Analyses Conclusion partielle Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Evolution Conclusion 22

25 2. (Bio)disponibilité

26 Fraction (bio)disponible en HAP et PCB des 5 sédiments Comparaison de différents modèles de K d Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusionObjectifs K d (C sed / C eau ) Evaluation des risques écologiques Modélisation de lémission Amélioration de leur utilisation « routinière » PNEC NQE Distribution des COH 24

27 25 Détermination de la concentration en COH dissous dans leau porale Délicate Echantillonneurs passifs Très faibles concentrations Problème de la contribution des colloïdes pour C eau filtration 0,45 µm 1 nm à 1 µm Séparation difficile entre leau porale et la fraction solide des sédiments Méthodes analytiques (C eau ) Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion

28 Principalement utilisés dans le monitoring des eaux de surface Récemment utilisés pour déterminer la C eau dans des sédiments (ou sols) Silicon Rubber* Polyoxymethylène (POM)** ***Allan et al. (2012) **Cornelissen et al. (2008) Polyéthylène Basse Densité (LDPE)*** *Smedes et al. (2012) Echantillonneurs passifs Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion 26

29 Utilisation des membranes en Polyéthylène Basse Densité (LDPE)* - Système monophasique - Facilité de manipulation et de préparation - Faible coût Diffusion passive et sélective (< 1 nm) des contaminants dissous libres Contaminants organiques hydrophobes : log K ow > 3 Utilisable pour les HAP, PCB, Pesticides organochlorés, Chlorobenzènes, Dioxines et Furanes Echantillonneurs passifs - LDPE Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion 27 *Huckins et al. (2006)

30 Méthode et Fonctionnement Echantillonnage au temps t x (+ Etalons de rendement) 17 flacons en verres – Système rotatif (5 tpm) - 46 jours 5 cm LDPE ( 80 μm dépaisseur) + PRC Extraction et analyse par GC-MS (+ Etalons internes) Composés similaires aux contaminants : - Permet dévaluer les échanges entre la membrane et les sédiments - Utilisé pour le contrôle qualité de la mesure (appauvrissement des sédiments) Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion 28

31 Absorption/ Dissipation Phase de Sorption Eau/ matrice sédimentaire Couche limite Membrane ContaminantsPRC Phase dEquilibre Echantillonnage au temps t x (+ Etalons de rendement) 17 flacons en verres – Système rotatif (5 tpm) - 46 jours 5 cm LDPE ( 80 μm dépaisseur) + PRC Extraction et analyse par GC-MS (+ Etalons internes) Concentration dans léchantillonneur Temps Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion Méthode et Fonctionnement 28

32 Estimation de la concentration dans leau (C eau ) à partir de la concentration dans la membrane (C LDPE ) à léquilibre C eq eau = C eq LDPE / K LDPE_eau K LDPE_eau ** = (C eq LDPE / C eq eau ) *Booij K. et al. (2002) K d = C sed / C eq eau 32 C LDPE (t) = C eq LDPE [1 – e (-ke. t ) ]* k e : Constante déchange 32 Cinétique de sorption sur LDPE **Smedes F. et al. (2009) Sédiment de Lens Détermination de la C eau Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion 29

33 K d vs Hydrophobicité (K ow ) Concentration dans leau porale C eau du ng/l au pg/l K d des HAP supérieurs de 1 à 1,5 unités log aux K d des PCB pour un même K ow Explications possibles*: - encapsulés dans la suie - adsorption spécifique (structure planaire) *Jonker and Koelmans (2002) R 2 = 0.95 s=0.26 (n=13) R 2 = 0.88 s=0.14 (n=29) Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion Détermination de la C eau 30

34 C eau par échantillonneurs passifs – Contrôle qualité (PRC) Distributions des COH sur les différents géosorbants* Conclusion partielle BC Hydrocarbure COA Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion Modélisation satisfaisante: Loi de Raoult (HAP), Triple domaines de sorption (PCB)* 31 *Charrasse et al. (2013)

35 3. Emission

36 Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilité Emission EvolutionConclusionObjectifs o Evolution des concentrations après plusieurs cycles de percolation Déterminer les fractions émises en HAP, PCB et HCT dans les 5 sédiments dragués contaminés o Estimer les quantités émises (Q émise /Q tot ) Estimer la part du transport colloïdal dans lémission Evaluer le risque (scénario valorisation matière) Déterminer lémission à court et à long terme Evaluer linfluence du pH sur lémission des COH 33

37 Flacons de récupération (ratio L/S 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10) Pompe faible débit (24 ml/h soit 8 cm/jour pour un diamètre de 10 cm) Eau déminéralisée ayant une conductivité maximale de 0,1 mS/m Colonne en verre (30 cm de hauteur et 10 cm de diamètre) Couche de sable fin de Fontainebleau Méthode Percolation ascendante - NF CEN/TS Estimation de lémission à Court et à Long terme Essai en laboratoire le plus représentatif du terrain - Drainage moyen: 315 mm/an - Densité : kg.m -3 - Hauteur : 2 m L/S = 10 Q cumulées à ans Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilité Emission EvolutionConclusion 34 - Précipitation : 800 mm/an

38 Emission en COH élevées pour un L/S = 0,1 Résultats Potentiellement liée à un non équilibre et à la purge de leau porale Diminution de la conductivité et/ou un transport colloïdal Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilité Emission EvolutionConclusion 35 Sédiment de LensSédiment de NB

39 Comparaison des résultats Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilité Emission EvolutionConclusion 36 Sédiment de Lens Sédiment de NB

40 Log Kow <4Log Kow >4 Log Kow <5 Log Kow >5 Transport colloïdal/MOD Essais en parallèle :HAP sont associés entre > 20 % (cas du naphtalène) et > 99,9 % (cas des HAP les plus lourds) Comparaison des résultats Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilité Emission EvolutionConclusion 36 Sédiment de Lens Sédiment de NB

41 Schéma conceptuel du scénario de valorisation Détermination de la distance théorique/minimale entre dépôt à terre et AEP pour le sédiment de Lens Comparaison des éluats à larrêté du 11 janvier 2007 ( eaux destinées à la consommation humaine ) Paramètres Sédiment de Lens (ng/l) Sédiment de NB (ng/l) Arrêté du 11 janvier 2007 (ng/l) Benzo[b]fluoranthène, Benzo[k]fluoranthène, Benzo[ghi]pérylène, Indéno[1,2,3-cd]pyrène 24910,2100 Benzo[a]pyrène 38,58,35 10 AEP 2 m 7 m 50 m AmontAval Simulation de lémission – scénario de dépôt à terre ? Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilité Emission EvolutionConclusion 37

42 Principaux mécanismes de transfert Hypothèses majorantes (configuration du scénario) ParamètresValeursRéférences Dépôt de sédiment50x50x2 (m)Perrodin et al. (2006) Perméabilité (sable limoneux)1x10-5 m s -1 BRGM, 2009* Gradient hydraulique0,001 Porosité30% K d sorption dans laquifèref oc K oc (f oc =0,0001)INERIS Rapport détude N°66244-DESP-R02 *Modélisation des impacts liés à lutilisation de matériaux alternatifs en technique routière MécanismesPrincipaux paramètres associésMécanismes pris en compte Advection (ou convection)Coefficient de perméabilité (K)Oui Dispersion cinématiqueCoefficient de dispersivité longitudinale α L Oui DiffusionCoefficient de diffusionNon – Négligeable par rapport à la dispersion AdsorptionCoefficient de partage (aquifère/eau)Oui BiodégradationConstante de biodégradation (temps de demi-vie) Non – Approche conservatoire) Modélisation du transfert Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilité Emission EvolutionConclusion 38

43 39 Caractéristique du site – Gradient hydraulique La durée de calcul = régime stabilisé (avec une source infinie)) 50 m 500 m 300 m Dépôt de sédiment de dragage Evaluer le panache de dilution en fonction de la distance Approche conservatoire. Simuler lexpansion maximale Logiciel : GMS 7.1 Simulation des écoulements: logiciel MODFLOW 2000 Simulation du transport des polluants: logiciel MT3D Utilisation dun traceur Modélisation du transfert Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilité Emission EvolutionConclusion

44 Paramètres Sédiment de Lens (ng/l) Arrêté du 11 janvier 2007 (ng/l) Σ 4 HAP Benzo[a]pyrène 38,510 Atténuation nécessaire 60% 74% Paramètres Distance de lAEP (m) Σ 4 HAP 400 Benzo[a]pyrène ans4109 ans8219 ans Cas Benzo[b]fluoranthène : K d = 23 l/kg Modélisation du transfert Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilité Emission EvolutionConclusion 40 Panache de la contamination

45 Essais laboratoire Modélisation des données Les sédiments de NB ont une émission compatibles avec un captage AEP Distance minimale entre les sédiments de Lens et un captage AEP Conclusion partielle Mise en évidence dun transport colloïdal lié à la nature de la MOD Influence du pH sur le relargage des COH (lié au HA) Quantités émises inférieures à 1,6 % de la quantité totale dans les sédiments 2 m 50 m Amont AEP Aval 1 km Contexte (Bio)accessibilité(Bio)disponibilité Emission EvolutionConclusion 41

46 4. Evolution

47 Objectifs/Méthodes Contexte BioaccessibilitéBiodisponibilitéEmission Evolution Conclusion Faire maturer/vieillir les sédiments dans des conditions proches de la réalité (scénario de stockage à terre) Déterminer les cinétiques de dégradation des contaminants étudiés (prélèvement au temps t=1, 3, 6, 12 et 18 mois) Déterminer linfluence du vieillissement sur la (Bio)accessibilité des HAP, PCB et HCT la (Bio)disponibilité des HAP et des PCB lémission des HAP, PCB et HCT Régime saturé 40/60% de la capacité de rétention Suivi de la teneur en eau 43

48 Résultats Dégradation (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité Emission Dégradation non significative pour les HAP, PCB (liée à lhétérogénéité des sédiments) Abattements compris entre 4 et 10% pour les HCT Diminution des constantes de désorption Diminution des fractions labiles et augmentation des fractions récalcitrantes Réduction de 50% à 100% des HAP (légers vs lourds) (liée à labsence des HA) Diminution des C eau en HAP et en PCB, principalement pour les composés les plus légers Réduction de plus de 40% des HCT Contexte BioaccessibilitéBiodisponibilitéEmission Evolution Conclusion 44

49 Quelques explications Séquestration de composés organiques hydrophobes pourrait être le résultat de mécanismes physiques et chimiques (1) Rétrécissement et gonflement des sédiments (2) Aération des agrégats (changement de couleurs, du noir au marron) Modification de la structure de la Matière Organique qui tend à encapsuler les COH (changement rapide)* Augmentation du potentiel RedOx (anoxique à oxique), formation doxydes (minéraux)** (3) Evolution de la qualité et de la quantité des hydrocarbures (maturation) Augmentation de la capacité de sorption (modèle à trois domaines de sorption)*** *Liu et al. (2006) ***Jonker et Barendregt (2006) Koelmans et al. (2009) **Tunega et al. (2009) Contexte BioaccessibilitéBiodisponibilitéEmission Evolution Conclusion 45

50 Conclusion

51 Contexte BioaccessibilitéBiodisponibilitéEmissionEvolution Conclusion Evolution du comportement à court et à long terme des COH Présence dune fraction récalcitrante importante (liée à la nature des sédiments) Augmentation de la fraction récalcitrante après mise en dépôt des sédiments (aération/oxydation) Faibles teneurs en COH dissous (BC, Hydrocarbure) Diminution des teneurs en COH dans leau porale (significativement pour les COH les plus légers) 47

52 Emission des COH sous formes libres et colloïdales Diminution des teneurs en COH dans les percolats (diminution des hydrocarbures et des HA) Evolution du comportement à court et à long terme des COH Faibles quantités émises (<1,6 % pour un L/S de 10) Transport colloïdal majoritaire (>20 à 99,9% liées) Lien avec la MOD Contexte BioaccessibilitéBiodisponibilitéEmissionEvolution Conclusion 48

53 Dragage des sédiments enjeu économique et écologique Nécessité dune réglementation plus adaptée Parallèle à faire entre les sites et sols pollués (« guide terres excavées ») gestion par lusage (étude de risque) Nécessité daffiner les analyses (caractérisation opérationnelle) pour une meilleure gestion (économique) Contexte BioaccessibilitéBiodisponibilitéEmissionEvolution Conclusion 49

54 Perspectives Etudier le transport colloïdal Etudier lémission de la MOD (en lien avec les COH retrouvés dans les eaux de percolat/lixiviat) Contexte BioaccessibilitéBiodisponibilitéEmissionEvolution Conclusion 50 Etudier la MO après humidification/dessication

55 Membres du jury Directeurs Pierre Doumenq Pierre Hennebert Rapporteurs Pierre Benoit Arno Heeren de Oliveira Examinateur Céline Tixier Remerciements Personnels du LCE Laurence Asia Marie Maillet Gilbert Mille Anne Piram Stephanie Lebarillier Max Bresson Jean-François Barbion Cécile Langlois Laure Malleret Pascal Wong-Wa-Chung Patrick Hohener Fréderic Poitou Marise Alvitre Personnels INERIS Pierre Toulhoat Roger Revalor Benoit Hazebrouck Martine Ramel Martine Letessier Fabrice Quiot Pauline Molina Anne Bénard Flore Rebischung Marie Lemoine Arno Papin Aux étudiants Marie Spiandore François Vangioni Mélissa Montgaillard Frederic Gandolfi Fehmi Kanzari Delphine Kaifas Halik Umasanganji Moussa Mahdi Ahmed Yudhis Nattan Momo A la Famille et aux amis Parents Mon Frère Beaux Parents Mon Bibi -- Amis – Piero, Lucatch, Choucroutte, Lulu, Clairette, Raph, Agnès, Juju, Gilou, Phifou, Medi, Isa, Eloi … Et encore et encore à Céline Tixier MERCI A TOUTES LES PERSONNES PRÉSENTES AUJOURDHUI

56 Calcul du Danger - Exemple

57 Annexe I à l'article R541-8, relative aux propriétés qui rendent les déchets dangereux H1 " Explosif " H2 " Comburant " H3-A " Facilement inflammable " H3-B " Inflammable " H4 " Irritant " H5 " Nocif " H6 " Toxique " H7 " Cancérogène " H8 " Corrosif " H9 " Infectieux " H10 " Toxique pour la reproduction " H11 " Mutagène " H12 " Dégazage toxique" H13 "Sensibilisant" H14 " Ecotoxique " H15 " Evolution dans le temps" Calcul du Danger - Exemple

58 Propriété de danger Phrase de risque Mention de danger H14Ecotoxique R50 R50-53 R51-53 H400 H410 H411 Calcul du Danger - Exemple (1) Des phrases de risques (substances) (2) Coefficients majorants pour les substances toxiques (CE 50 / NOEC) Anthracène: H351 H302 H400 H410 Anthracène: CE50 = 0,0012 mg/l NOEC = 0,0012 mg/l aigu Chronique Concentration seuil H14 Aigu (%)H14 Chronique (%) 0,250,025

59 Calcul du Danger - Exemple (3) Teneur totale en substance Concentration seuil H14 Aigu (%)H14 Chronique (%) 0,250,025 Calcul du danger [Anthracène] = 1,3 mg/Kg H14 Aigu (%)H14 Chronique (%) 0,0520,523

60 Détermination des valeurs seuils

61 Hjelmar, 2012 Stockage /dépôt Seuil réglementaire Seuils ???? Modèle de transport dans la zone saturée Modèle de transport dans la zone insaturée Modèle démission de la source Nappe phréatique

62 Contrôle qualité – Détermination de la teneur en C eau des sédiments

63 ANTd10FLUOd10 CHRYd12 Di[ah]ANTd LogK ow LogK ow 7.0 CB10 CB14 CB29 CB112 CB204 Première condition: Equilibre doit être atteint 92% pour HAP% Etat déquilibre= [1-e (-ke * t) ] 96% pour PCB 46 jours Seconde condition: Faible appauvrissement des sédiments Facteur de distribution(DF)* = Capacité de sorption du Sed Capacité de sorption de la MB Résultat des PRC définit le domaine de validité des composés natifs DF<0.1 C eau non affectée 10 PRC pour une gamme de logK ow 4,53 (anthracène-d10) à 7,5 (PCB 204) NAPH ACN ACNY FLU PHE ANT PYR FLUO B[a]ANT Di[ah]ANT B[ghi]PER B[a]PYR CHRY B[b]FLUO ANTd10FLUOd10 CHRYd12 B[a]PYRd12 Di[ah]ANTd LogK ow IND[123,cd] LogK ow 7.0 CB16 CB10 CB18 CB17 CB32 CB28CB52CB60 CB22 CB41 CB47 CB71CB44 CB56 CB70 CB87 CB101 CB110 CB132 CB118 CB153 CB149 CB179 CB141 CB138 CB174 CB178 CB180 CB203 CB201CB171CB183 CB14 CB29 CB112 CB204 HAP PCB HAP pour logK ow <6,75 et PCB pour logK ow <7,11 63 Brand et al. (2012) [PRC] mb [PRC] sed Contrôle Qualité

64 Modélisation des K d

65 Deux types de modèles sont utilisés dans la littérature: (i) Approches mécanistiques contribution des différentes phases de sorption *K d = 1 à 2 unités log de différence *Chiou et al., 1979; Karickhoff et al., f BC. K BC. C eau n-1 Modèle Double sorption *Accardi-Dey and Gschwend, (2002) Comparaison des modèles Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion f COA. K COA f COT. K COT 31

66 Estimés à partir de la littérature Deux types de modèles sont utilisés dans la littérature: (i) Approches mécanistiques contribution des différentes phases de sorption *K d = f COA. K COA + f BC. K BC. C eau n-1 Modèle Double sorption **K d = f COA. K COA + f BC. K BC. C eau n-1 + f oil. K oil Modèle Triple sorption MesurésEstimés à partir de la littérature Relations f(logK ow )Références HAPLogK COA = 0,98 logK ow – 0,32 (Schwarzenbach et al., 2003) HAPLogK BC = 1,6 logK ow – 1,4 (Schwarzenbach et al., 2003) HAPLogK BC = 0,6997 * logK ow +2,8219 (Koelmans et al., 2006) HAPLogK oil = 0,2285*logK ow + 5,9081 (Jonker et al., 2003) PCBLogK COA = 0,74 logK ow + 0,15 (Schwarzenbach et al., 2003) PCBLogK BC = 0,912 * logK ow + 1,370 (Werner et al., 2010) PCBLogK BC = 1,016 * logK ow + 0,2469 (Koelmans et al., 2006) PCBLogK oil = 0,9948 * logK ow + 0,9787 (Jonker and Barendregt, 2006) **Koelmans et al., (2009) Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion Comparaison des modèles 31

67 Deux types de modèles sont utilisés dans la littérature: (i) Approches mécanistiques contribution des différentes phases de sorption *K d = f COA. K COA + f BC. K BC. C eau n-1 Modèle Double sorption K d = f COA. K COA + f BC. K BC. C eau n-1 + f oil. K oil Modèle Triple sorption Relation Polyparameter linear free-energy (pp-LFER) La loi de Raoult Relation Quantitative structure-activity relationship (QSAR) (ii) Approches empiriques propriétés intrinséques des contaminants et les propriétés dune phase de sorption spécifique Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion Comparaison des modèles 31

68 Critères de validation* 90% des valeurs comprises dans ±1 log (IC10) 99% des valeurs comprises dans ± 1,5 log (IC30) Ligne 1:1 *Hawthrone et al., (2011) Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion Comparaison des modèles COT = COA + BC 32

69 Meilleures corrélations observées HAP Log K COT = 1 / (C eau sat * MW COT ) IC 30 (%)IC 10 (%) Loi de Raoult (Coal Tar) MW COT = 0,223 kg COT/mol de Arp et al. (2009) C eau sat de Van Noort et al. (2009) Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion Comparaison des modèles 32

70 Meilleures corrélations observées HAP Loi de Raoult (Coal Tar) Log K COT = 1 / (C eau sat * MW COT ) IC 30 (%)IC 10 (%) MW COT = 0,223 kg COT/mol de Arp et al. (2009) C eau sat de Van Noort et al. (2009) PCB K d = f COA. K COA + f oil. K oil.+ f BC. K BC. C eau n-1 IC 30 (%)IC 10 (%) 100 Modèle à trois domaines de sorption K CO de Scharzenbach et al. (2003) K oil de Jonker and Barendregt (2006) K BC de Koelmans et al. (2006) Contexte (Bio)accessibilité (Bio)disponibilité EmissionEvolutionConclusion Comparaison des modèles 32

71 Evaluation de lémission

72 Percolation (norme NF CEN/TS 14405) Lixiviation (norme EN A1) Essais de désorption ( XAD-2, Tenax ) Maximum lixiviable Quantités relarguées Contamination (bio)disponible Contamination (bio)accessible) Devenir de lémission des contaminants à court terme Devenir de lémission des contaminants à long terme Contamination totale Contamination libre Détermination des K d (LDPE, POM, POCIS) Evaluation de lémission


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