FR3089430A1 - Analyse des elements polluants inorganiques dans des materiaux d'excavation - Google Patents

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Abstract

L'invention porte sur l'analyse d'un matériau d'excavation pouvant contenir plusieurs éléments polluants inorganiques.

Description

Description
Titre de l’invention : ANALYSE DES ELEMENTS POLLUANTS INORGANIQUES DANS DES MATERIAUX D'EXCAVATION Domaine technique
[0001] La présente invention est dans le domaine de la caractérisation des matériaux d'excavation, en particulier de la concentration massique en éléments polluants inorganiques dans les matériaux d'excavation.
Contexte de l'invention
[0002] Lors de toute construction sur ou dans le sol, l’aménagement du sol se fait par excavation. Sont alors extraites des quantités de matériau d’excavation qui dépendent de l’ampleur et du type de travaux. Typiquement, un tunnelier utilisé pour la construction d’une ligne de métro extrait environ 800 tonnes par jour de matériaux d'excavation.
[0003] Les matériaux d’excavation ainsi extraits contiennent des espèces chimiques variées. Certaines espèces chimiques proviennent de la composition de la roche ou du sable, on parle alors de matrice. D’autres espèces chimiques sont présentes en moins grande quantité, on parle alors de traces. Lorsque les traces présentent une toxicité, on les appelle polluants. Il existe une pollution endogène, provenant de l’environnement géologique du prélèvement, et une pollution liée à l’activité humaine locale, en surface. Ces espèces chimiques peuvent représenter un risque pour l’environnement lorsque les matériaux d'excavation sont stockés après avoir été extraits. Avant de stocker ces matériaux d'excavation, il est donc nécessaire de déterminer leur taux de contamination. La détermination de ce taux de contamination permet d'orienter les matériaux dans l'une des trois filières de traitement existantes. Ces trois filières de traitement sont les suivantes:
1) Les matériaux inertes sont stockés afin d’être réutilisés lors de travaux de construction,
2) Les matériaux faiblement contaminés sont stockés dans des décharges spécialisées (dont le sous-sol ne permet pas d’écoulement dans des nappes phréatiques),
3) Les matériaux contaminés sont envoyés en filière de valorisation pour récupérer les éléments polluants.
[0004] La sélection de la filière de traitement adaptée dépend de la concentration massique en polluant dans les matériaux d'excavation. Les valeurs seuils de concentration massique limite en polluant à respecter sont fixées par des textes législatifs. En Erance, il s'agit de la Décision n°2003/33/CE du 19.12.2002 établissant des critères et des procédures d'admission des déchets dans les décharges et des arrêtés du 30.12.2002 relatif au stockage de déchets dangereux et du 12.12.2014 relatif aux conditions d'admission des déchets inertes [...]. Selon cette Décision et ces arrêtés, les valeurs limites de concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques à détecter sont parmi les plus exigeantes en Europe. Comme indiqué dans la Tableau 1 ci-dessous, ces valeurs limites sont très faibles et très dispersées (de 0,01 à 800 mg d'élément polluant inorganique pour 1 kg de matière sèche).
[0005] Si la concentration massique de chaque élément polluant inorganique contenu dans le matériau d'excavation est inférieure à la valeur limite I.S.D.I. indiquée dans le Tableau 1, alors le matériau d'excavation est considéré comme inerte. Il peut alors être stocké dans des installations de stockage de déchets inertes afin d’être valorisé, par exemple en tant que matériau de construction ou pour la valorisation paysagère.
[0006] Si la concentration massique d'au moins un des éléments polluants inorganiques contenu dans le matériau d'excavation est comprise entre les valeurs limites I.S.D.I et I.S.D.N.D. indiquées dans le Tableau 1, alors le matériau d'excavation est considéré comme faiblement contaminé. Il peut alors être stocké dans des installations de stockage de déchets non dangereux.
[0007] Si la concentration massique d'au moins un des éléments polluants inorganiques contenu dans le matériau d'excavation est comprise entre les valeurs limites I.S.D.N.D. et I.S.D.D. indiquée dans le Tableau 1, alors le matériau d'excavation est considéré comme contaminé. Il est alors stocké dans des installations de stockage de déchets dangereux. Il peut y être décontaminé pour récupérer et valoriser les éléments polluants inorganiques.
[0008] Si la concentration massique d'au moins un des éléments polluants inorganiques contenu dans le matériau d'excavation est supérieure à la valeur limite I.S.D.D. indiquée dans le Tableau 1, alors le matériau d'excavation est considéré comme fortement contaminé. Il est alors stocké dans des installations spécifiquement dédiées à sa décontamination, à la récupération et la valorisation des éléments polluants inorganiques.
[0009] La procédure pour déterminer la concentration massique des éléments polluants inorganiques dans les matériaux d'excavation est fixée par des normes nationales. En France, il s'agit des normes françaises NF EN 12457-2 et NF EN 16192. Selon cette norme, la quantité de polluant dans un matériau d'excavation est déterminée par une analyse physicochimique de la composition de l’eau résultante de la lixiviation simulée dudit matériau d'excavation. Selon cette norme française, une lixiviation (traitement par l’eau bien connu qui entraîne la dissolution des espèces solubles) du matériau d'excavation est simulée pendant 24 heures à température ambiante (20°C ± 5°C). L’eau est ensuite filtrée pour être analysée. L’opération de filtration peut être fastidieuse du fait de particules argileuses qui colmatent les filtres ce qui augmente le temps de rendu d’analyse. Au final, cette opération d’extraction prend au minimum 48 heures. Il faut également ajouter à cette durée le délai de transport vers un laboratoire externe au site d'extraction des matériaux d'excavation et le délai de traitement pour une durée totale générale de sept jours. Durant cette longue période, il est nécessaire de stocker les matériaux d'excavation extraits par le tunnelier.
[0010] [Tableauxl]
Récapitulatif des polluants à détecter en lixiviation et leur valeur limite de concentration massique
Eléments polluants inorganiques à détecter Valeur limite I.S.D.I.* Valeur limite I.S.D.N.D.** Valeur limite I.S.D.D.***
Concentration massique en mg/kg de matière sèche
Antimoine (Sb) 0,06 0,7 5
Arsenic (As) 0,5 2 25
Baryum (Ba) 20 100 300
Cadmium (Cd) 0,04 1 5
Chrome (Cr) total 0,5 10 70
Cuivre (Cu) 2 50 100
Mercure (Hg) 0,01 0,2 2
Molybdène (Mo) 0,5 10 30
Nickel (Ni) 0,4 10 40
Plomb (Pb) 0,5 10 50
Sélénium (Se) 0,1 0,5 7
Zinc (Zn) 4 50 200
Chlore(sous forme de chlorures Cl·) 800 1500 25000
Fluor(sous forme de fluorure F ) 10 150 500
Soufre (sous forme de sulfate SO4 2 ) 1000 20000 50000
I.S.D.I. : Installation de Stockage de Déchets InertesI.S.D.N.D : Installation de Stockage de Déchets non DangereuxI.S.D.D : Installation de Stockage de Déchets Dangereux* Annexe II de l'arrêté du 12.12.2014** Décision n°2003/33/CE du 19.12.2002*** Annexe I de l'arrêté du 30.12.2002
[0011] De façon surprenante, la Demanderesse a trouvé une méthode de détermination de la concentration massique d'un ou des éléments polluants inorganiques compris dans un matériau d'excavation permettant de lever ces inconvénients. Cette méthode permet de doser chacun des éléments polluants inorganiques pouvant être contenus dans un échantillon des matériaux d'excavation en quelques minutes et directement sur le site d'extraction des matériaux d'excavation. La rapidité de la méthode selon l'invention permet donc de sélectionner la bonne filière de traitement des matériaux d'excavation et d'envoyer lesdits matériaux directement vers la filière sélectionnée, ce qui fait considérablement baisser les coûts logistiques.
[0012] Ainsi, selon un premier aspect, la présente invention porte sur une méthode d'extraction d'un ou des éléments polluants inorganiques dans un matériau d'excavation, ladite méthode comprenant l'étape suivante :
a) extraction solide/liquide d'un échantillon du matériau d'excavation avec un solvant liquide pour obtenir un mélange comprenant une fraction liquide et une fraction solide, caractérisée en ce que l'étape a) est mise en œuvre à une température TeXtractiOn de 65 °C à 200°C, en particulier de 70°C à 150°C, plus particulièrement de 85°C à 115°C.
[0013] Selon un second aspect, la présente invention porte également sur une méthode de détermination de la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques compris dans l'échantillon du matériau d'excavation, ladite méthode comprenant, en plus de l'étape a) d'extraction de la méthode d'extraction selon l'invention, les étapes suivantes :
b) filtration de la fraction liquide obtenue lors de l'étape a) d'extraction pour récupérer une fraction liquide filtrée, et
c) analyse de la fraction liquide filtrée pour déterminer la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques compris dans l'échantillon du matériau d'excavation.
[0014] Selon un troisième aspect, la présente invention porte aussi sur une méthode de sélection d'une filière de traitement des matériaux d’excavation comprenant, en plus des étapes de la méthode de détermination selon l'invention, les étapes suivantes:
d) comparaison de la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques compris dans l'échantillon du matériau d'excavation déterminée par l'étape c ) d'analyse avec une valeur limite fixée pour chacun des éléments polluants inorganiques,
e) sélection de la filière de traitement selon les critères suivants:
- si la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques contenus dans l'échantillon est inférieure à la valeur limite fixée alors le matériau est considéré comme inerte et est réutilisable (Filière 1),
- si la concentration massique d'au moins un des éléments polluants inorganiques contenus dans l'échantillon est supérieure à la valeur limite fixée alors le matériau est considéré comme contaminé et peut être stocké dans des décharges spécialisées (Filière 2) ou peut être décontaminé (Filière 3).
[0015] De façon avantageuse l'étape a) d'extraction selon l'invention peut être réalisée en moins de 60 secondes, i.e. une durée très inférieure aux 24 heures de la lixiviation de la norme française NF EN 12457-2. Les trois méthodes selon l'invention sont, par conséquent, très rapides à réaliser.
[0016] L'invention a également pour objet un laboratoire mobile comprenant des appareils de mesure adaptés à la mise en œuvre des deux méthodes selon l'invention susmentionnées.
Exposé de l’invention
[0017] Selon un premier aspect, la présente invention porte sur une méthode d'extraction d'un ou des éléments polluants inorganiques dans un matériau d'excavation, ladite méthode comprenant l'étape suivante :
a) extraction solide/liquide d'un échantillon du matériau d'excavation avec un solvant liquide pour obtenir un mélange comprenant une fraction liquide et une fraction solide, caractérisée en ce que l'étape a) est mise en œuvre à une température Textraction de 65 °C à 200°C, en particulier de 70°C à 150°C, plus particulièrement de 85°C à 115°C.
[0018] La durée de l'étape a) d'extraction de la méthode selon l'invention correspond à la durée durant laquelle la température Textraction est maintenue dans les plages ci-dessus. De façon avantageuse, cette durée peut être de moins de 60 secondes, voire même de moins de 30 secondes, ce qui est très inférieure aux 24 heures de la norme française NF EN 12457-2 de simulation de la lixiviation du matériau d'excavation à température ambiante.
[0019] Au sens de la présente demande, matériau d'excavation désigne les matériaux excavés lors de travaux de génie civil ou de construction que ce soit à la surface de la Terre, par exemple lors de fouilles ou de création de fondation, ou dans le sous-sol, par exemple lors du creusement de tunnels, cavernes et galeries. Le matériau d'excavation comprend alors des :
- roches meubles tels que graviers, sables, limons, argiles et leurs mélanges;
- rochers concassés;
- matériaux provenant de constructions antérieures ou de sites pollués tels que des décharges; ou
- boues.
[0020] Typiquement, le matériau d'excavation est le matériau extrait par un tunnelier utilisé pour la construction d’une ligne de métro.
[0021] Selon un mode de réalisation, le matériau d'excavation est le matériau extrait du sous-sol parisien.
[0022] Typiquement le matériau d'excavation présente un taux de matière sèche, ou siccité, de 70% à 100%, en particulier de 75% à 90%, tout particulièrement de 78% à 82%.
[0023] Au sens de la présente demande, le taux de matière sèche est le rapport entre la masse sèche de matériau d'excavation et la masse de matériaux d'excavation avant séchage, la masse sèche du matériau d'excavation étant mesurée après séchage d'environ 30 grammes de matériau d'excavation pendant 30 minutes à 130°C.
[0024] Au sens de la présente demande, éléments polluants inorganiques désigne les éléments inorganiques des groupes des métaux alcalins, des alcalino-terreux, des lanthanides, des actinides, des métaux de transitions, des métaux pauvres, des métalloïdes, des non-métaux et des halogènes, en particulier des groupes des alcalino-terreux, des métaux de transition, des métaux pauvres, des métalloïdes, des non-métaux et des halogènes. Typiquement, les éléments polluants inorganiques sont choisis parmi Al, As, Ba, Ca, Cd, Cl, Cr, Cu, F, Fe, Hg, K, Mg, Mo, Ni, Nb, P, Pb, Rb, S, Sb, Se, Si, Sr, Ti, V, Zn et Zr, en particulier choisis parmi As, Ba, Ca, Cd, Cl, Cr, Cu, F, Fe, Hg, K, Mo, Ni, Pb, Rb, S, Sb, Se, Si, Sr, Ti, Zn et Zr, tout particulièrement choisis parmi F, Mo, S, Sb et Se. Les éléments polluants inorganiques peuvent être détectés en tant que molécule comme, par exemple, CaCl et CaF ou en tant que composé chimique ionique comme les carbonates, les fluorures et les sulfates.
[0025] Lorsque le matériau d'excavation est le matériau extrait du sous-sol parisien alors les éléments polluants inorganiques sont choisis parmi le sélénium (Se), le molybdène (Mo), l'antimoine (Sb), le soufre (sous forme de composé chimique ionique sulfates SO 4 2 ) et le fluor (sous forme composé chimique ionique de fluorures F ). En effet des analyses récentes du sous-sol parisien ont mis en évidence que la concentration massique des autres éléments polluants inorganiques est très inférieure à la valeur limite I.S.D.I. indiquée dans le Tableau 1.
[0026] Typiquement l'étape a) d'extraction est réalisée avec un solvant liquide choisi parmi l'eau, une solution aqueuse, un solvant organique, un solvant inorganique, et leurs mélanges.
[0027] Typiquement le solvant organique est un solvant organique volatile, en particulier un solvant organique volatile choisi parmi le méthanol, l'acétone, l'hexane, l'acétonitrile, l'éthanol, un éther, le diméthylsulfoxyde, le 2-hexanone ou leur mélange.
[0028] Selon un mode de réalisation particulier le solvant est l'eau.
[0029] Typiquement, le ratio entre le volume de solvant et la masse sèche de l'échantillon du matériau d'excavation lors de l'étape a) d'extraction est de 5 ml/g à 20 ml/g, en particulier de 7 ml/g à 15 ml/g, tout particulièrement de 9,5 ml/g à 10,5 ml/g.
[0030] Selon un mode de réalisation, l'échantillon du matériau d'excavation et/ou le solvant sont chauffés à la température TeXtract, puis ils sont mis en contact pour mettre en œuvre l'étape a) d'extraction.
[0031] Selon un deuxième mode de réalisation, l'échantillon du matériau d'excavation est mis en contact avec le solvant pour obtenir un mélange, puis ce mélange est chauffé jusqu'à la température Textraction pour mettre en œuvre l'étape a) d'extraction.
[0032] Selon un troisième mode de réalisation, l'échantillon du matériau d'excavation et/ou le solvant sont chauffés à la température TH inférieure à la température Textraction, puis ils sont mis en contact obtenir un mélange, ce mélange est ensuite chauffé jusqu'à la température Textraction de sorte à réaliser l'étape a) d'extraction.
[0033] Typiquement la température Ti est de 40°C à 80°C, en particulier de 50°C à 70°C, tout particulièrement de 55 °C à 65 °C.
[0034] Typiquement le solvant et l'échantillon du matériau d'excavation sont mis en contact de sorte à améliorer la cinétique d'homogénéisation du mélange échantillon/solvant liquide et donc diminuer la durée de l'étape a) d'extraction.
[0035] L'étape a) d'extraction étant réalisée à Textraction, l'étape a) peut être réalisée à une pression Pexuaction afin de garder le solvant sous forme liquide. Typiquement peut être de 1 bar à 10 bar, en particulier de 1,2 bar à 5 bar, tout particulièrement de 1,6 bar à 2,5 bar.
[0036] De façon avantageuse, la réalisation de l'étape a) d'extraction sous la pression Pexuaction permet au solvant liquide de s'introduire plus rapidement dans l'échantillon du matériau d'excavation qu'à 1 bar. De ce fait la durée de l'étape a) d'extraction est diminuée.
[0037] Selon un mode de réalisation, l'échantillon du matériau d'excavation peut subir une étape préalable de préparation al).
[0038] Typiquement cette étape al) peut être une étape de broyage de l'échantillon du matériau d'excavation pour obtenir un matériau d'excavation broyé.
[0039] Cette étape de broyage permet de diminuer la granulométrie de l'échantillon du matériau d'excavation à analyser et d'améliorer son homogénéité, ce qui permet de faciliter l'extraction solide/liquide et donc de réduire la l'étape a).
[0040] Typiquement la granulométrie du matériau d'excavation broyé est inférieure à 1 cm, en particulier de 5 μιη à 150 μιη, plus particulièrement de 20 μιη à 100 μιη.
[0041] Typiquement, l'étape a) d'extraction est réalisée dans un réacteur comprenant:
- une chambre d'extraction adaptée pour recevoir l'échantillon du matériau d'excavation
- deux ports d'entrée de liquide et un port de sortie de liquide, dans lequel les deux ports d'entrée de liquide sont fluidiquement connectés à la chambre d'extraction et positionnés de part et d'autre de la chambre d'extraction, et le port de sortie de liquide est fluidiquement connecté à la chambre d'extraction.
[0042] Au sens de la présente invention, on entend par port d'entrée de liquide tout élément adapté à introduire le solvant dans la chambre d'extraction du réacteur.
[0043] Au sens de la présente invention, on entend par port de sortie de liquide tout élément adapté à extraire la fraction liquide de la chambre d'extraction du réacteur.
[0044] La position des deux ports d'entrée de liquide, de part et d'autre de la chambre d'extraction, permet d'améliorer l'homogénéité du mélange échantillon/solvant. De façon avantageuse, ceci permet de faciliter l'extraction solide/liquide et donc de réduire la durée de l'étape a) d'extraction.
[0045] La fraction liquide obtenue lors de l'étape a) d'extraction comprend le ou les polluants inorganiques compris dans l'échantillon du matériau d'excavation. L'analyse de cette fraction liquide permet de déterminer la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques contenus dans l'échantillon du matériau d'excavation.
[0046] Selon un second aspect, la présente invention porte également sur une méthode de détermination de la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques compris dans un échantillon du matériau d'excavation, ladite méthode comprenant, en plus de l'étape a) d'extraction de la méthode d'extraction selon l'invention, les étapes suivantes :
b) filtration de la fraction liquide obtenue lors de l'étape a) d'extraction pour récupérer une fraction liquide filtrée, et
c) analyse de la fraction liquide filtrée pour déterminer la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques contenus dans ledit échantillon.
[0047] Typiquement l'étape b) de filtration est réalisée à l'aide d'un filtre.
[0048] Au sens de la présente invention, on entend par filtre tout élément à travers lequel la fraction liquide peut passer et retenir la fraction solide.
[0049] Typiquement le matériau du filtre est choisi parmi une membrane de filtration, de la fibre de verre, la cellulose, le PTFE, du nylon, PMMA, PE, matériaux sulfonés, matériaux acryliques, matériaux fluorés en particulier la cellulose.
[0050] Le matériau du filtre peut être hydrophile ou hydrophobe. Selon un mode de réalisation particulier le matériau du filtre est hydrophile.
[0051] Typiquement, le filtre présente une porosité inférieure à 100 pm, en particulier inférieure à 75 pm, plus particulièrement inférieure à 55 pm.
[0052] Typiquement le ratio entre le volume de l'échantillon du matériau d'excavation et la surface de filtration du filtre est inférieur à 10 cm, en particulier de 0.1 cm à 5 cm, tout particulièrement de 0,5 cm à 1 cm.
[0053] De façon avantageuse, le filtre ne colmate pas lors de l'étape b) de filtration lorsque le ratio entre le volume de matériau d'excavation et la surface de filtration du filtre est compris dans les plages ci-dessus.
[0054] Typiquement l'étape b) de filtration est réalisée en appliquant une surpression au mélange comprenant la fraction liquide et la fraction solide pour forcer ladite fraction liquide à travers le filtre, ou en appliquant une dépression au mélange comprenant la fraction liquide et la fraction solide pour aspirer ladite fraction liquide à travers le filtre, en particulier en appliquant une surpression.
[0055] L'homme du métier sait s'il doit appliquer une surpression ou une dépression au mélange comprenant une fraction liquide et une fraction solide pour réaliser l'étape b) de filtration.
[0056] Typiquement, la surpression appliquée au mélange est supérieure à 1 bar, en particulier à 1.2 bar à 5bar, tout particulièrement de 1.6 bar à 2.5 bar.
[0057] Typiquement, la dépression appliquée au mélange est inférieure à 1 bar, en particulier de 0,2 bar à 0,5 bar.
[0058] Selon un mode de réalisation très particulier, l'étape b) de filtration est réalisée sous vide.
[0059] Bien que la durée de filtration dépende des paramètres décrits ci-dessus elle est typiquement inférieure à 10 minutes.
[0060] Lorsque l'étape a) d'extraction est réalisée dans le réacteur décrit ci-dessus, le filtre est positionné dans ledit réacteur de sorte que le port de sortie de liquide est fluidiquement connecté à la chambre d'extraction à travers le filtre.
[0061] Typiquement l'étape c) d'analyse peut être réalisée par dosage par chromatographie ionique en phase liquide, par dosage colorimétrique, par dosage potentiométrique, par dosage pH-métrique, par spectrométrie d'absorption, par spectrométrie d'émission atomique avec plasma à couplage inductif (ICP-AES), par spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS), par spectrométrie d'ionisation de flamme (FID), par spectrométrie d'émission de flamme, par spectrophotométrie UV, en particulier par dosage par chromatographie ionique en phase liquide, par dosage potentiométrique, par spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS).
[0062] L'homme du métier sait choisir la technique d'analyse à mettre en œuvre en fonction de l'élément polluant inorganique dont il souhaite déterminer la concentration massique.
[0063] Selon un mode de réalisation particulier, la concentration massique des métaux, tels que le molybdène, le sélénium et l'antimoine est déterminée par spectrométrie d'émission atomique avec plasma à couplage inductif (ICP-AES) et/ou spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS), en particulier la spectrométrie d'émission atomique avec plasma à couplage inductif (ICP-AES) selon la norme NF EN ISO 11885 et/ou la spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS) selon la norme NF EN ISO 17294-2.
[0064] Selon un mode de réalisation particulier, la concentration massique des anions tels que les anions bromure, chlorure, fluorure, nitrate, nitrite, orthophosphate et sulfate peut être déterminée par spectrophotométrie UV et/ou par dosage par chromatographie ionique en phase liquide, en particulier par spectrophotométrie UV selon la norme NF
ISO 15923-1 et/ou dosage par chromatographie ionique en phase liquide selon la norme NF EN ISO 10304-1 :
[0065] Selon un mode de réalisation particulier, la concentration massique de l'ion fluorure peut être déterminée par dosage potentiométrique, en particulier le dosage potentiométrique selon la norme NF T90-004 :
[0066] La spectrométrie d'émission atomique avec plasma à couplage inductif (ICP-AES) selon la norme NE EN ISO 11885, la spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS) selon la norme NP EN ISO 17294-2, la spectrophotométrie UV selon la norme NP ISO 15923-1, le dosage par chromatographie ionique en phase liquide selon la norme NP EN ISO 10304-1 et le dosage potentiométrique selon la norme NP T90-004 sont les techniques d'analyse listées dans la norme française NP EN 16192 pour déterminer la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques contenus dans les matériaux d'excavation.
[0067] Lorsque ces techniques d'analyse sont mises en œuvre dans l'étape c) d'analyse alors la durée de l'étape c) d'analyse est similaire à celle de la norme française NP EN 16192, i.e. 60 minutes.
[0068] De façon avantageuse, la méthode de détermination selon l'invention permet donc de déterminer en quelques minutes chacun des éléments polluants inorganiques contenus dans un échantillon de matériau d'excavation directement sur le site d'extraction des matériaux d'excavation. De plus, les présents inventeurs ont trouvé que les concentrations massiques déterminées par la méthode selon l'invention étaient corrélables aux concentrations massiques déterminées selon les techniques d'analyse listées dans la norme française NP EN 161922.
[0069] Ainsi selon un troisième aspect, la présente invention porte aussi sur une méthode de sélection d'une filière de traitement des matériaux d’excavation comprenant, en plus des étapes de la méthode de détermination selon l'invention, les étapes suivantes:
d) comparaison de la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques compris dans l'échantillon du matériau d'excavation déterminée par l'étape c ) d'analyse avec une valeur limite fixée pour chacun des éléments polluants inorganiques,
e) sélection de la filière de traitement selon les critères suivants:
- si la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques contenus dans l'échantillon est inférieure à la valeur limite fixée alors le matériau est considéré comme inerte et est réutilisable (Pilière 1),
- si la concentration massique d'au moins un des éléments polluants inorganiques contenus dans l'échantillon est supérieure à la valeur limite fixée alors le matériau est considéré comme contaminé et peut être stocké dans des décharges spécialisées (Pilière 2) ou peut être décontaminé (Pilière 3).
[0070] Selon un mode de réalisation particulier, l'étape d) de comparaison peut être réalisée en corrélant la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques contenus dans un échantillon déterminée par la méthode de détermination de la concentration massique d'un ou des éléments polluants inorganiques selon l'invention telle que définie ci-dessus avec la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques contenus dans un échantillon déterminée par une analyse physico-chimique de la composition de l’eau résultante de la lixiviation d'un second échantillon du matériau d'excavation, puis en comparant la concentration massique corrélée avec la valeur limite fixée.
[0071] Selon un mode de réalisation très particulier, la corrélation entre la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques contenus dans un échantillon déterminée par la méthode de détermination selon l'invention telle que définie cidessus et la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques contenus dans un échantillon selon les techniques d'analyse listées dans la norme française NF EN 16192 peut être réalisée avec des abaques prédéfinis.
[0072] Typiquement, la valeur limite fixée pour chacun des éléments polluants inorganiques peut être fixée par un texte législatif national ou international. Ainsi la valeur limite fixée peut être celle fixée dans l'Annexe II de l'arrêté du 12.12.2014, dans la Décision n°2003/33/CE du 19.12.2002 ou dans l'Annexe I de l'arrêté du 30.12.2002. De telles valeurs limites sont indiquées dans le Tableau 1.
[0073] Typiquement, l'analyse physico-chimique de la composition de l’eau résultante de la lixiviation et la lixiviation peuvent être celles prévues par les procédures des normes NF EN 12457-2 et NF EN 16192.
[0074] Typiquement, selon la législation française, le matériau d'excavation est considéré comme inerte lorsque que la concentration massique de chaque élément polluant inorganique contenu dans ledit matériau d'excavation est inférieure à la valeur limite valeur limite I.S.D.I. indiquée dans le Tableau 1. Ce matériau d'excavation est alors réutilisable, par exemple en tant que matériau de construction ou pour la valorisation paysagère. (Filière 1).
[0075] Typiquement, selon la législation française, le matériau d'excavation est considéré comme faiblement contaminé lorsque que la concentration massique d'au moins un des éléments polluants inorganiques contenu dans ledit matériau d'excavation est comprise entre les valeurs limites I.S.D.I et I.S.D.N.D. indiquée dans le Tableau 1. Ce matériau d'excavation considéré comme faiblement contaminé peut être stocké dans des décharges spécialisées telles que des installations de stockage de déchets non dangereux (Filière 2).
[0076] Typiquement, selon la législation française, le matériau d'excavation est considéré comme contaminé lorsque que la concentration massique d'au moins un des éléments polluants inorganiques contenu dans le matériau d'excavation est comprise entre les valeurs limites I.S.D.N.D. et I.S.D.D. indiquée dans le Tableau 1. Ce matériau d'excavation considéré comme contaminé peut être stocké dans des décharges spécialisées telles que des installations de stockage de déchets dangereux. Typiquement il peut y être décontaminé pour récupérer et valoriser les éléments polluants inorganiques (Filière 3a).
[0077] Typiquement, le matériau d'excavation est considéré comme fortement contaminé lorsque que la concentration massique d'au moins un des éléments polluants inorganiques contenu dans le matériau d'excavation est supérieure à la valeur limite
I.S.D.D. indiquée dans le Tableau 1. Ce matériau d'excavation considéré comme fortement contaminé peut être stocké dans des décharges spécialisées. Typiquement il peut y être décontaminé pour récupérer et valoriser les éléments polluants inorganiques (Filière 3b).
[0078] Typiquement, la valeur limite fixée pour chacun des éléments polluants inorganiques peut être fixée par un texte dérogatoire spécifique à une construction sur ou dans le sol nécessitant un aménagement du sol par excavation. Par exemple, en France, un texte dérogatoire spécifique aux chantiers de la Société du Grand Paris a déterminé de nouvelles valeurs limites dérogatoire aux valeurs limites I.S.D.I. Ces valeur limites, notées I.S.D.I plus, sont présentées dans le Tableau 2 ci-dessous.
[0079]
[Tableaux!]
Valeur limite I.S.D.I plus
Eléments polluants inorganiques à détecter Concentration massiqueen mg/kg de matière sèche
Antimoine (Sb) 0,06
Arsenic (As) 0,5
Baryum (Ba) 20
Cadmium (Cd) 0,04
Chrome (Cr) total 0,5
Cuivre (Cu) 2
Mercure (Hg) 0,01
Molybdène (Mo) 0,5
Nickel (Ni) 0,4
Plomb (Pb) 0,5
Sélénium (Se) 0,1
Zinc (Zn) 4
Chlore(sous forme de chlorures Cl·) 2400
Fluor(sous forme de fluorure F ) 10
Soufre(sous forme de sulfate SO4 2 ) 3000
[0080] Typiquement, selon le texte législatif spécifique aux chantiers de la Société du Grand Paris, le matériau d'excavation est considéré comme inerte lorsque que la concentration massique de chaque élément polluant inorganique contenu dans ledit matériau d'excavation est inférieure à la valeur limite valeur limite I.S.D.I. plus indiquée dans le Tableau 2. Ce matériau d'excavation est alors réutilisable, par exemple en tant que matériau de construction ou pour la valorisation paysagère. (Filière 1).
[0081] Typiquement, selon le texte législatif spécifique aux chantiers de la Société du Grand Paris, le matériau d'excavation est considéré comme faiblement contaminé lorsque que la concentration massique d'au moins un des éléments polluants inorganiques contenu dans ledit matériau d'excavation est comprise entre les valeurs limites I.S.D.I plus et
I.S.D.N.D. indiquée dans le Tableau 2. Ce matériau d'excavation considéré comme faiblement contaminé peut être stocké dans des décharges spécialisées telles que des installations de stockage de déchets non dangereux (Filière 2).
[0082] Typiquement, selon le texte législatif spécifique aux chantiers de la Société du Grand Paris, le matériau d'excavation est considéré comme faiblement contaminé lorsque que la concentration massique d'au moins un des éléments polluants inorganiques contenu dans ledit matériau d'excavation est comprise entre les valeurs limites I.S.D.I plus et
I.S.D.N.D. indiquée dans le Tableau 2. Ce matériau d'excavation considéré comme faiblement contaminé peut être stocké dans des décharges spécialisées telles que des installations de stockage de déchets non dangereux (Filière 2).
[0083] Selon un troisième aspect, l'invention porte également sur un laboratoire mobile comprenant des appareils de mesure adaptés à la mise en œuvre des deux méthodes selon l'invention susmentionnées.
[0084] En effet, les étapes a), b) et c) de la méthode de détermination de la concentration massique d'un ou des éléments polluants inorganiques compris dans un matériau d'excavation peuvent être mises en œuvre à l'aide d'appareils de laboratoire.
[0085] Les méthodes selon l'invention peuvent donc être mises en œuvre dans le laboratoire mobile selon l'invention qui peut, par conséquent, être positionné directement sur le site d'excavation des matériaux à analyser. Cela permet d'éviter tout transfert des matériaux d'excavation vers un laboratoire extérieur au site d'excavation, réduisant ainsi fortement les coûts logistiques.
[0086] L’invention va être décrite plus en détail à l’aide des exemples suivants donnés à titre d’illustration seulement.
Exemples
[0087] Analyse d'un échantillon de matériau d'excavation selon les procédures des normes NF EN 12457-2 et NF EN 16192.
[0088] Un échantillon de matériau d'excavation extrait du sous-sol parisien dans le cadre des travaux du Grand Paris a été analysé les procédures des normes NF EN 12457-2 et NF EN 16192 pour déterminer la concentration massique en sélénium (Se), molybdène (Mo), soufre (sous forme de composé chimique ionique sulfates SO4 2 ) et fluor (sous forme composé chimique ionique de fluorures F ) présents dans ledit matériau d'excavation.
[0089] Le Tableau 3 ci-dessous récapitule les résultats obtenus.
[0090] Le matériau d'excavation testé est classé en I.S.D.N.D. car les concentrations massiques du molybdène et du fluor sont comprises entre les valeurs limites de I.S.D.I et de I.S.D.D.
[0091]
[Tableaux3]
Résultats obtenus
Concentration massique (mg/kg de masse sèche d'échantillon)
Se F Mo SO 4 2
0,015 20,4 0,573 218
[0092] Analyse de l'échantillon de matériau d'excavation selon la méthode de détermination selon l'invention
[0093] Une masse connue (environ 30 g) de l'échantillon est séchée à 130°C pendant 30 minutes pour déterminer la matière sèche dudit échantillon.
[0094] On ajoute une masse d'échantillon équivalente à 4 g de matière sèche de cet échantillon dans un cylindre Q-Cup de l'appareil Extraction Dispersive Energisée Guidée (EDGE) de CEM. Le cylindre Q-Cup est équipé d'un filtre Q-Disc C9 en cellulose hydrophile et dont la porosité est de 1 pm/55pm.
[0095] L'échantillon est ensuite chauffé à la température Ij de 60°C puis le solvant, qui est de l'eau, est introduit dans le cylindre Q-cup de part et d'autre de l'échantillon.
[0096] Le mélange est ensuite chauffé à la température Textraction de 100°C. Cette température Textraction est maintenue pendant 30 secondes. L'extraction dure donc 30 secondes.
[0097] Après les 30 secondes, le mélange n'est plus chauffé de sorte que la température du mélange diminue. La fraction liquide est ensuite filtrée à travers le filtre Q-Disc par application d'une surpression de 2,2 bar dans le cylindre Q-Cup.
[0098] La fraction liquide filtrée est ensuite séparée en trois lots, pour déterminer la concentration massique en sélénium (Se), molybdène (Mo), soufre (sous forme de composé chimique ionique sulfates SO4 2 ) et fluor (sous forme composé chimique ionique de fluorures E ) présent dans l'échantillon, le premier lot est analysé par spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS) selon la norme NE EN ISO 17294-2, le second lot est analysé par dosage par chromatographie ionique en phase liquide selon la norme NE EN ISO 10304-1 et le troisième lot est analysé par dosage potentiométrique selon la norme NE T90-004. Ces techniques d'analyse sont listées dans la norme française NE EN 16192.
[0099] L'analyse de l'échantillon avec la méthode selon l'invention à durée 120 minutes, contre plus de 24h pour l'analyse du même échantillon selon les procédures des normes NE EN 12457-2 et NE EN 16192.
[0100] Le Tableau 4 ci-dessous récapitule les résultats obtenus par la méthode de détermination selon l'invention.
[0101]
[Tableaux4]
Résultats obtenus par la méthode selon l'invention
Concentration massique (mg/kg de masse sèche d'échantillon)
Sé F Mo SO 42
Non mesurable 10 0,5 160
[0102] La concentration massique du molybdène, du soufre et du fluor déterminée par la méthode selon l'invention est du même ordre de grandeur que celle déterminée selon les procédures des normes NF EN 12457-2 et NF EN 16192.
[0103] La concentration massique en sélénium est inférieure au seuil de détection analytique, ce qui est cohérent avec le résultat obtenus selon les procédures des normes NF EN 12457-2 et NF EN 16192.
[0104] Les résultats obtenus par la méthode de détermination selon l'invention, le matériau d'excavation testé permettent également de classer en I.S.D.N.D. car les concentrations massiques du molybdène, de l'antimoine et du fluor sont comprises entre les valeurs limites de I.S.D.I et de I.S.D.D.
[0105] L'analyse de l'échantillon selon la méthode selon l'invention est beaucoup plus rapide que l'analyse du même échantillon selon les procédures des normes NF EN 12457-2 et NF EN 16192 et permet d'obtenir le même classement de l'échantillon.

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Méthode d'extraction d'un ou des éléments polluants inorganiques dans un matériau d'excavation, ladite méthode comprenant l'étape suivante : a) extraction solide/liquide d'un échantillon du matériau d'excavation avec un solvant liquide pour obtenir un mélange comprenant une fraction liquide et une fraction solide, caractérisée en ce que l'étape a) est mise en œuvre à une température T ex traction de 65°C à 200°C, en particulier de 70°C à 150°C, plus particulièrement de 85°C à 115°C. [Revendication 2] Méthode d'extraction selon la revendication 1 dans laquelle le solvant liquide est choisi parmi l'eau, une solution aqueuse, un solvant organique, un solvant inorganique, et leurs mélanges. [Revendication 3] Méthode d'extraction selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans laquelle le ratio entre volume de solvant et la masse de l'échantillon du matériau d'excavation lors de l'étape a) d'extraction est de 5 ml/g à 20 ml/g, en particulier de 7 ml/g à 15 ml/g, tout particulièrement de 9,5 ml/g à 10,5 ml/g. [Revendication 4] Méthode d'extraction selon l'une quelconques des revendications 1 à 3 dans laquelle l'étape a) est réalisée à une pression Pextraction afin de garder le solvant sous forme liquide, typiquement Pextraction est de 1 bar à 10 bar, en particulier de 1,2 bar à 5 bar, tout particulièrement de 1,6 bar à 2,5 bar. [Revendication 5] Méthode d'extraction selon l'une quelconques des revendications 1 à 4 dans laquelle l'étape a) d'extraction est réalisée dans un réacteur comprenant : - une chambre d'extraction adaptée pour recevoir l'échantillon du matériau d'excavation - deux ports d'entrée de liquide et un port de sortie de liquide, dans lequel les deux ports d'entrée de liquide sont fluidiquement connectés à la chambre d'extraction et positionnés de part et d'autre de la chambre d'extraction, et le port de sortie de liquide est fluidiquement connecté à la chambre d'extraction. [Revendication 6] Méthode de détermination de la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques compris dans un échantillon du matériau d'excavation mettant en œuvre la méthode d'extraction telle
    que définie aux revendications 1 à 5, et comprenant en outre les étapes suivantes : b) filtration de la fraction liquide obtenue lors de l'étape a) d'extraction pour récupérer une fraction liquide filtrée, et c) analyse de la fraction liquide filtrée pour déterminer la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques contenus dans ledit échantillon. [Revendication 7] Méthode de détermination selon la revendication 6 dans laquelle l'étape b) de filtration est réalisée à l'aide d’un filtre dont le matériau est choisi parmi une membrane de filtration, de la fibre de verre, de la cellulose, le PTFE, du nylon, du PMMA, du PE, des matériaux sulfonés, des matériaux acryliques, des matériaux fluorés, en particulier de la cellulose. [Revendication 8] Méthode de détermination selon la revendication 7 dans laquelle le filtre présente une porosité inférieure à 100 pm, en particulier inférieure à 75 pm, plus particulièrement inférieure à 55 pm. [Revendication 9] Méthode de détermination selon la revendication 7 ou la revendication 8 dans laquelle le ratio entre le volume de l'échantillon du matériau d'excavation et la surface de filtration du filtre est inférieure à 10 cm, en particulier de 0,1 cm à 5 cm, tout particulièrement de 0,5 cm à 1 cm. [Revendication 10] Méthode de sélection d'une filière de traitement des matériaux d’excavation mettant en œuvre la méthode d'extraction telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 5 et la méthode de détermination telles que définies dans l'une quelconque des revendications 6 à 10, et comprenant en outre les étapes suivantes : d) comparaison de la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques compris dans l'échantillon du matériau d'excavation déterminée par l'étape c ) d'analyse avec une valeur limite fixée pour chacun des éléments polluants inorganiques, e) sélection de la filière de traitement selon les critères suivants: - si la concentration massique de chacun des éléments polluants inorganiques contenus dans l'échantillon est inférieure à la valeur limite fixée alors le matériau est considéré comme inerte et est réutilisable (Filière 1), - si la concentration massique d'au moins un des éléments polluants inorganiques contenus dans l'échantillon est supérieure à la valeur limite fixée alors le matériau est considéré comme contaminé et peut être stocké dans des décharges spécialisées (Filière 2) ou peut être dé-
    contaminé (Filière 3).
    [Revendication 11] Laboratoire mobile comprenant des appareils de mesure adaptés à la mise en œuvre de la méthode de détermination telle que définie dans l'une quelconque des revendications 6 à 9.
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