FR2975088B1 - Vehicule motorise pour la depollution in-situ d'un sol - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un véhicule motorisé pour la dépollution in-situ d'un sol, qui comprend au moins : - une unité de malaxage (2) comprenant : - un carter de confinement (4) destiné à délimiter avec le sol une chambre (5) de malaxage du sol, - au moins une fraise de malaxage (3) disposée en partie au moins dans le carter et associée à des moyens d'entrainement (6), Selon l'invention, le véhicule comprend en outre : - une unité d'aspiration et de traitement (10) adaptée pour placer la chambre de malaxage en dépression de manière à aspirer les gaz contenus dans la chambre de malaxage (5)et pour assurer : - un traitement et/ou une captation d'une partie au moins des particules solides aspirées, - et un traitement et/ou une captation d'une partie au moins des gaz polluants aspirés.

Description

[01] La présente invention concerne le domaine technique de la dépollution des sols et plus particulièrement le domaine des engins de travaux publics utilisés pour procéder à cette dépollution.

[02] Dans le domaine ci-dessus, il est connu d'excaver la couche supérieure d'un sol pollué au moyen d'un engin tel qu'une pelle mécanique ou un chargeur pour ensuite transporter le sol excavé vers une unité fixe de dépollution au sein de laquelle une partie au moins des polluants sont extraits du sol excavé qui ensuite est replacé sur le site d'excavation. Une telle façon de procéder permet effectivement une dépollution assez efficace du sol excavé mais présente néanmoins un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, lors de la phase d'excavation, le sol pollué est remué ce qui induit une évaporation au moins partielle des polluants volatils et donc une pollution de l'air. Il est à noter que cette pollution de l'air ambiant se poursuit tout le temps du transport du sol pollué vers l'unité fixe de dépollution. Pour éviter ce transfert de pollution dans l'atmosphère une des principales méthodes disponibles est le recours à des tentes dépressurisées, option coûteuse et de dimension limitée. Ensuite, le transport du sol pollué vers l'unité fixe de dépollution puis le transport du sol dépollué pour sa remise en place sur son site d'origine induisent, d'une part, un temps de transport relativement important qui prolonge d'autant la durée du chantier de dépollution et, d'autre part, une importante consommation d'énergie par les engins de transport et de manutention.

[03] Dans certains types de pollution, il est proposé un traitement du sol pollué qui fait tout d'abord intervenir un épandage de chaux sur le sol à traiter puis un malaxage in-situ au moyen d'une unité de malaxage porté par un tracteur comme par exemple une unité de travail du sol commercialisé par exemple sous la dénomination Rotachaux par la société Plaisance Equipement (54540 Montigny - France). Un tel mode de traitement du sol permet d'éliminer une grande partie des polluants volatils du sol tel que les composés organiques volatils COV grâce à une élévation de la température du sol suite à la neutralisation de la chaux vive par l'humidité présente dans le sol. Ce mode de traitement des sols présente l'inconvénient majeur d'induire une diffusion des polluants du sol dans l'atmosphère et consiste donc, en fait à déplacer la pollution sans la traiter, ce qui n'est pas satisfaisant.

[04] Il est donc apparu le besoin d'un système de dépollution qui permette un traitement effectif des polluants tout en ne présentant pas les inconvénients des méthodes de dépollution ci-dessus.

[05] Afin d'atteindre cet objectif, l'invention concerne un véhicule motorisé pour la dépollution in-situ d'un sol, comprenant au moins : - une unité de malaxage comprenant : - un carter de confinement destiné à délimiter avec le sol une chambre de malaxage du sol, - au moins une fraise de malaxage disposée en partie au moins dans le carter et associée à des moyens d'entrainement.

Selon l'invention le véhicule motorisé comprend en outre : - une unité d'aspiration et de traitement adaptée pour placer la chambre de malaxage en dépression de manière à aspirer les gaz contenus dans la chambre de malaxage et pour assurer : - un traitement et/ou une captation d'une partie au moins des particules solides aspirées, - et un traitement et/ou une captation d'une partie au moins des gaz polluants aspirés.

[06] La mise en dépression de la chambre de malaxage permet de récupérer à la source les gaz polluants, libérés lors du malaxage du sol, évitant ainsi leur diffusion dans dans l'atmosphère ce qui contribue à la protection des opérateurs ainsi de l'environnement proche du chantier de dépollution. De plus, l'unité d'aspiration et de traitement assure un nettoyage des gaz aspirés avant rejet dans l'atmosphère avec une élimination au moins partielle des particules solides ainsi que des gaz polluants transportés par les gaz aspirés. Le véhicule selon l'invention est donc particulièrement adapté au traitement des sols pollués par des hydrocarbures légers, les solvants chlorés, et les composés aromatiques volatils. Par ailleurs, la mise en œuvre du véhicule selon l'invention évite tout déplacement du sol pollué autre que celui intervenant dans la chambre de malaxage au sein de laquelle le sol est remué et aéré.

[07] Selon l'invention, la captation des particules solides aspirées peut être réalisée de toute façon appropriée. Ainsi, l'unité d'aspiration et de traitement peut comprendre des moyens de captation des particules solides aspirées, choisis parmi les moyens suivants : - filtre à cartouche, - filtre à manche, - système à cyclone, ou des combinaisons de ces moyens.

[08] De manière préférée, la captation des particules solides contenues dans les gaz aspirés interviendra avant le traitement visant à assurer une captation et/ou une destruction des gaz polluants contenus dans ces gaz aspirés.

[09] Selon l'invention le traitement des gaz polluants présents dans les gaz aspirés peut être réalisé de toute manière appropriée pour que les concentrations en gaz polluants dans les gaz rejetés dans l'atmosphère après traitement soit inférieure aux seuils légaux voire aux seuils recommandés et pour que les concentrations en gaz polluants dans les gaz rejetés soient aussi faible que possible.

[10] Selon une première forme de réalisation de l'invention, le traitement des gaz aspirés avant rejet fait intervenir une captation d'une partie au moins des gaz polluants avec des moyens de piégeage ou de captation appropriés choisie notamment en fonction de la nature des gaz polluants. Ainsi, les moyens de traitement peuvent comprendre des moyens de captation d'une partie au moins des gaz polluants comprenant au moins un filtre à charbon actif. La mise en oeuvre d'un tel filtre à charbon actif est particulièrement adaptée pour la captation des composés organiques volatils.

[11] Selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, le traitement des gaz aspirés fait intervenir une destruction au moins partielle des gaz polluants. Ainsi selon cette forme de réalisation, l'unité d'aspiration et de traitement comprend des moyens de destruction d'une partie au moins des gaz polluants aspirés.

[12] Selon l'invention les moyens de destruction des gaz polluants peuvent être réalisés de toute manière appropriée et par exemple par combustion assistée ou non. Ainsi, selon une variante de cette deuxième forme de réalisation, les moyens de destruction des gaz polluants comprennent au moins une unité d'oxydation catalytique.

[13] Afin d'apporter l'énergie complémentaire éventuellement nécessaire pour permettre une bonne combustion ou oxydation au niveau de l'unité d'oxydation catalytique, le véhicule selon l'invention peut comprendre des moyens de chauffage des gaz en amont de l'unité d'oxydation catalytique. Ces moyens de chauffage des gaz peuvent être réalisés de toute façon appropriée.

[14] Lorsque le véhicule motorisé selon l'invention comprend une unité motrice comprenant au moins un moteur thermique, les moyens de chauffage des gaz peuvent comprendre des moyens de récupération de la chaleur produite par l'unité motrice. Ainsi, de tels moyens de récupération de chaleur permettent d'améliorer le rendement énergétique de l'ensemble du traitement de dépollution assurée au moyen du véhicule selon l'invention.

[15] Selon une variante de réalisation, les moyens de récupération de chaleur comprennent des moyens de mélange des gaz d'échappement de l'unité motrice avec les gaz à traiter, en amont de l'unité d'oxydation catalytique. Un tel mode de récupération de la chaleur des gaz d'échappement présente le double intérêt de la simplicité et du traitement des gaz d'échappement par l'unité d'oxydation catalytique.

[16] Selon une autre variante de réalisation, les moyens de récupération de chaleur comprennent un échangeur de chaleur entre les gaz d'échappement et les gaz aspirés.

[17] Selon encore une variante de réalisation, les moyens de récupération de chaleur comprennent un échangeur de chaleur entre le circuit de refroidissement de l'unité motrice et les gaz aspirés.

[18] Selon encore une autre variante de réalisation, les moyens de chauffage des gaz comprennent des moyens de chauffage par combustion d'un carburant auxiliaire. Ce mode de chauffage par combustion d'un carburant auxiliaire permet d'augmenter l'apport énergétique notamment lors des phases d'amorçage de l'oxydation catalytique et/ou lorsque la température extérieure induit un apport d'air froid important.

[19] Selon une forme de mise en œuvre de cette variante de réalisation, le carburant auxiliaire est le même carburant que le carburant d'alimentation du moteur thermique. Cette forme de mise en œuvre évite de devoir gérer plusieurs types de carburant au niveau du véhicule selon l'invention.

[20] Selon encore une variante visant à optimiser la récupération d'énergie, le véhicule conforme à l'invention comprend des moyens d'échange de chaleur entre les gaz issus de l'unité d'oxydation catalytique et les gaz en amont de l'unité d'oxydation catalytique.

[21] Toujours dans ce même sens d'efficacité énergétique, le véhicule selon l'invention peut comprendre des moyens de recirculation vers la chambre de malaxage d'une partie au moins des gaz chauds issus de l'unité d'oxydation catalytique.

[22] Afin de garantir, dans les gaz amenés à l'unité d'oxydation catalytique, une concentration d'oxygène suffisante pour permettre l'oxydation de la majeure partie au moins des gaz polluants, le véhicule selon l'invention peut également comprendre, en amont de l'unité de d'oxydation catalytique, des moyens d'apport contrôlé d'air de dilution.

[23] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

[24] Par ailleurs, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes non limitatives de réalisation d'un véhicule motorisé pour la dépollution des sols in situ conforme à l'invention. - La figure 1 est une élévation schématique d'un véhicule motorisé pour la dépollution des sols in situ conforme à l'invention. - La figure 2 est un schéma montrant différents ensembles fonctionnels constitutifs du véhicule motorisé illustré figure 1. - La figure 3 est un schéma montrant différents ensembles fonctionnels constitutifs d'une variante d'un véhicule motorisé selon l'invention.

Sur ces figures les éléments ou ensembles fonctionnels communs aux différentes variantes ou formes de réalisation portent les mêmes références alphanumériques.

[25] Selon l'invention, le véhicule motorisé pour la dépollution in situ d'un sol peut être un véhicule dédié dont le châssis aura été conçu pour cette application spécifique. La plate-forme de base d'un véhicule motorisé pour la dépollution in situ d'un sol selon l'invention peut également être un engin de travaux publics ou de travail de la terre équipé des différents ensembles fonctionnels lui permettant d'assurer sa fonction conforme à l'invention.

[26] Ainsi, la figure 1 illustre un véhicule motorisé pour la dépollution in situ des sols dont la base est constituée par un tracteur 1 pour travaux agricoles ou forestiers équipé de quatre roues motrices entraînées par une unité motrice M à moteur thermique. Le tracteur 1 est équipé à l'arrière d'une unité malaxage 2 comprenant une fraise 3 conçue pour permettre travail du sol sur une profondeur P de plusieurs dizaines de centimètres et, par exemple, de l'ordre de 50 cm. La fraise 3 est disposée à l'intérieur d'un carter de confinement 4 qui définit avec le sol S une chambre de malaxage 5 et évite les projections lors du travail de la fraise 3. Cette dernière est entraînée en rotation par moyens d'entraînement 6 dont l'énergie fonctionnement est fournie par le moteur thermique M. Le mode de réalisation l'unité de malaxage 2 est bien connu de l'homme du métier et ne nécessite donc pas une plus ample description.

[27] Le véhicule selon l'invention comprend en outre une unité 10 d'aspiration et de traitement des gaz située à l'avant et raccordée par une conduite d'aspiration 11 à la chambre de malaxage 5 définie par le carter 4.

[28] L'unité d'aspiration et de traitement 10 comprend un groupe ventilateur V entraîné par un moteur électrique ou hydraulique 12 dont l'énergie d'entraînement est fournie par le moteur thermique M du véhicule. Le groupe ventilateur V est raccordé par la canalisation 11 à la chambre de malaxage 5 pour placer cette dernière en dépression. L'unité d'aspiration de traitement 10 comprend, en amont du groupe ventilateur V, des moyens F de captation des particules solides en provenance de la chambre de malaxage 5 et aspirés par la canalisation d'aspiration 11. Selon l'exemple illustré, les moyens de captation F sont formés par au moins un filtre industriel à manchon mettant en oeuvre des séquences de décolmatage par injection d'air comprimé et/ou inversion du sens de circulation de l'air.

[29] L'unité d'aspiration et de traitement 10 comprend, en aval du groupe ventilateur V, des moyens O de destruction d'une partie au moins des gaz polluants en provenance de la chambre de malaxage 5. Selon l'exemple illustré, les moyens de destruction O comprennent une unité d'oxydation catalytique mettant en oeuvre des catalyseurs adaptés pour activer l'oxydation des gaz polluants et notamment des COV et des composés chlorés susceptibles d'être présents dans les gaz aspirés au niveau de la chambre de malaxage 5. Les filtres catalytiques mis en œuvre pourront être par exemple du type de ceux utilisés par les installations commercialisées sous la dénomination MINICAT par la société allemande triplan Umweltttechnik Gmbh, ou encore les filtres sur textiles catalytiques commercialisés par la société Gore sous le nom Remedia. Des pots catalytiques pour moteur thermiques peuvent également être employés, ou même celui du tracteur s'il en est pourvu.

[30] Afin de porter les gaz en provenance de la chambre de malaxage à une température suffisante pour permettre l'oxydation catalytique des polluants, l'unité d'aspiration de traitement 10 comprend des moyens de chauffage C qui se trouvent situé entre le groupe ventilateur V et l'unité de destruction O. Selon l'exemple illustré les moyens de chauffage C comprennent les moyens 13 de récupération de la chaleur émise par l'unité motrice M. Dans le cas présent, les moyens de récupération de chaleur 13 comprennent un système de mélange des gaz de combustion en provenance d'une ligne d'échappement 14 avec les gaz aspirés en provenance de la chambre de malaxage 5. Les moyens de chauffage C comprennent également en aval des moyens de récupération de chaleur 13 des moyens de chauffage 15 par combustion d'un carburant auxiliaire tel que, par exemple, le carburant d'alimentation du moteur thermique M stocké dans un réservoir R. Le fonctionnement des moyens de chauffage 15 est piloté par une unité de commande U. Cette unité de commande U est adaptée pour piloter le fonctionnement et l'intensité du chauffage assuré par les moyens de chauffage 15 en fonction de la température des gaz à l'entrée de l'unité de destruction O de manière à garantir une destruction aussi complète que possible des gaz polluants. L'unité de commande U est également adaptée pour piloter des moyens 17 d'apport contrôlé d'air de dilution de manière à garantir, à l'entrée de l'unité de destruction O, une concentration d'oxygène, dans les gaz à traiter, suffisante pour une oxydation aussi complète que possible des gaz polluants.

[31] Selon l'exemple illustré, afin de d'assurer une récupération aussi que complète que possible de la chaleur présente dans les gaz en sortie de l'unité de destruction O, l'unité d'aspiration et de traitement 10 comprend des moyens 18 de recirculation d'une partie au moins des gaz chauds dans la chambre de malaxage par une canalisation de recirculation 19.

[32] Le véhicule motorisé, selon l'invention, pour la dépollution in situ de sols ainsi constitué est mis en œuvre de la manière suivante.

[33] Après mise en marche de l'unité de malaxage 2, la fraise 3 est descendue dans le sol jusqu'à atteindre la profondeur de traitement P recherchée puis le véhicule tracte la fraise 3 en fonctionnement dans le sol à traiter. Pendant le fonctionnement de la fraise 3, l'unité de commande U contrôle le fonctionnement du ventilateur V de manière à placer la chambre de malaxage 5 en dépression. Les gaz présents dans la chambre de malaxage 5 sont alors aspirés, par la canalisation 11, vers les moyens de captation des particules solides F où sont retenus les poussières et les aérosols mis en suspension dans l'air par le travail de la fraise 3. Les gaz, en provenance de la chambre de malaxage 5, ainsi nettoyés sont aspirés par le ventilateur V puis refoulés dans les moyens 13 où ils sont mélangés avec les gaz d'échappement du moteur thermique M. Ce mélange permet d'augmenter la température des gaz aspirés. Si toutefois la température des gaz, après ce mélange, n'était pas suffisante pour permettre l'amorçage de la rédaction d'oxydation au niveau de l'unité d'oxydation catalytique O, l'unité de commande U peut piloter le fonctionnement des moyens 15 de chauffage pour apporter, par la combustion du carburant d'alimentation du moteur thermique M, la chaleur nécessaire. En sortie des moyens de chauffage C, les gaz aspirés en provenance de la chambre de malaxage 5 entrent dans l'unité d'oxydation catalytique O au niveau de laquelle la majeure partie des gaz polluants est oxydée pour être transformée en composés chimiques dont le rejet est autorisé. Afin d'assurer une récupération de la chaleur des gaz issus de l'unité d'oxydation catalytique O, une partie de ces gaz chauds est redirigée vers la chambre de malaxage 5. La chaleur, de ces gaz chauds injectés dans la chambre de malaxage 5, contribue notamment à favoriser l'évaporation des COV présents dans le sol à traiter.

[34] Il apparaît que le véhicule selon l'invention permet un traitement des sols pollués sans avoir à les déplacer vers une installation fixe de dépollution réduisant ainsi les temps de traitement et l'énergie nécessaires à l'ensemble de l'opération de dépollution.

[35] Selon l'invention la récupération de la chaleur des gaz d'échappement n'est pas nécessairement réalisée par injection de ces gaz d'échappement dans les gaz à traiter en amont de l'unité de destruction O. Ainsi, la figure 3 illustre une autre forme de réalisation d'un véhicule conforme à l'invention selon laquelle la récupération de la chaleur des gaz d'échappement est réalisée au moyen d'un échangeur de chaleur 20 entre les gaz aspirés et les gaz d'échappement, ces derniers étant rejetés dans l'atmosphère en sortie de l'échangeur 20. De même, selon cette forme de réalisation, la récupération de la chaleur issue du moteur thermique M fait intervenir un échangeur de chaleur 21 entre le circuit de refroidissement 22 du moteur thermique et l'air aspiré.

[36] Par ailleurs, selon cette forme de réalisation, la récupération de la chaleur des gaz issus de l'unité d'oxydation catalytique O est assurée au moyen d'un échangeur de chaleur 23 entre de l'air frais, dirigé par une canalisation 24 vers la chambre de malaxage 5, et les gaz en sortie de l'unité d'oxydation catalytique O. Ces gaz ainsi refroidis peuvent alors être dirigés vers des moyens de captation Cp comprenant au moins un filtre à charbon actif. Les moyens de captation Cp permettent alors de capter la partie des gaz polluants qui n'aurait pas été détruite au niveau de l'unité d'oxydation catalytique O de manière à réduire encore les teneurs en gaz polluants rejetés.

[37] Bien entendu, diverses autres modifications peuvent être apportées au véhicule motorisé pour la dépollution in situ d'un sol selon l'invention dans le cadre des revendications annexées.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS

   1. Véhicule motorisé pour la dépoîlution in-situ d'un sol, dont Sa base est constituée par un tracteur (1) pour travaux agricoles ou forestiers, équipé de quatre roues motrices entraînées par une unité motrice (M) à moteur thermique, comprenant au moins : - une unité de malaxage (2) comprenant : ~ un carter de confinement (4) destiné à délimiter avec ie soi une chambre {5} de malaxage du sol, - au moins une fraise de malaxage (3) disposée en partie au moins dans le carter et associée à des moyens d'entrainement (6), caractérisé en ce que le véhicule motorisé est adapté pour tracter la fraise de malaxage (3) en fonctionnement et en ce qu'il comprend en outre : - une unité d'aspiration et de traitement (10) adaptée pour, pendant ie déplacement du véhicule et le fonctionnement de ia fraise de malaxage (3), placer la chambre de malaxage en dépression de manière à aspirer Ses ga2 contenus dans ia chambre de malaxage {5}et pour assurer : - un traitement et/ou une captation d'une partie au moins des particules solides aspirées, - et un traitement et/ou une captation d'une partie au moins des gaz polluants aspirés.
2. 2. Véhicule motorisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'aspiration et de traitement {10} comprend des moyens (F) de captation des particules solides aspirées, choisis parmi les moyens suivants : - filtre à cartouche, - filtre à manche, ~ système à cyclone, ou des combinaisons de ces moyens.
3. 3. Véhicule motorisé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'unité d'aspiration et de traitement (10) comprend des moyens (Cp) de captation d'une partie au moins des gaz polluant comprenant au moins un filtre à charbon actif.
4. 4. Véhicule motorisé selon l'une de revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité d'aspiration et de traitement {10} comprend des moyens (0) de destruction d'une partie au moins des gaz polluants aspirés,
5. 5. Véhicuie motorisé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de destruction des gaz polluants comprennent au moins une unité d'oxydation catalytique (O),
6. 6. Véhicuie motorisé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'ii comprend des moyens (C} de chauffage des gaz en amont de i'unité d'oxydation catalytique {0},
7. 7. Véhicuie motorisé selon ia revendication 6, caractérisé en ce que Ses moyens de chauffage des gaz comprennent des moyens {13,20} de récupération de la chaleur produite par l’unité motrice (M).
8. 8. Véhicuie motorisé seion la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de récupération de chaleur comprennent des moyens de mélange (13) des gaz d'échappement de i'unité motrice avec les gaz en amont de i'unité d'oxydation cataiytîque.
9. 9. Véhicule motorisé selon ia revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ies moyens de récupération de chaleur comprennent un échangeur de ehaieur (20) entre ies gaz d'échappement et les gaz aspirés,
10. 10. Véhicuie motorisé seion i'une des revendications 7 à 9,, caractérisé en ce que les moyens de récupération de chaleur comprennent un échangeur de chaleur (21) le circuit de refroidissement de l'unité motrice (M) et i'air aspiré.
11. 11. Véhicuie motorisé selon i'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que Ses moyens de chauffage des gaz (C) comprennent des moyens de chauffage (15) par combustion d'un carburant auxiliaire.
12. 12. Véhicule motorisé selon ia revendication 7 et la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que ie carburant auxiliaire est le même carburant que ie carburant d'alimentation du moteur thermique.
13. 13. Véhicuie motorisé selon i'une des revendications 5 à 12, caractérisé en ce qu'ii comprend des moyens d'échange de chaleur (223) entre ies gaz issus de i'unité d'oxydation catalytique et ies gaz en amont de i'unité d’oxydation catalytique,
14. 14. Véhicule motorisé selon l'une des revendications S à 13,, caractérisé en ce qu'ii comprend des moyens de recirculation {18} d'une partie au moins des gaz chauds issus de l'unité d'oxydation catalytique dans la chambre de malaxage (5),
15. 15. Véhicule motorisé selon l'une des revendications 5 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens {17} d'apport contrôlés d'air de dilution dans ies gaz en amont de l'unité de d'oxydation cataiytique.