Caractérisation des émissions dans l ... - INSA de...
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N° d’ordre 2007-ISAL-0076 Année 2007
Thèse
CARACTERISATION DES EMISSIONS DANS L’EAU
DES PRODUITS DE CONSTRUCTION
PENDANT LEUR VIE EN ŒUVRE
présentée devant L’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
pour obtenir
le grade de docteur
Formation doctorale : Sciences de l’Environnement Industriel et Urbain École doctorale : École doctorale de Chimie de Lyon
par
Nicoleta CONE SCHIOPU (Maître-ès-Sciences en Chimie)
Soutenue le 15 novembre 2007 devant la Commission d’examen
Jury
Rapporteur Radu BARNA Professeur (RAPSODEE, CNRS/EMAC) Président Rémy GOURDON Professeur (LGCIE, INSA Lyon) Emmanuel JAYR Docteur Ingénieur (ESE, CSTB) Directeur Jacques MÉHU Professeur Associé (LGCIE, INSA Lyon) Directeur Pierre MOSZKOWICZ Professeur (LGCIE, INSA Lyon) Rapporteur Florence SANCHEZ Professeur (Université Vanderbilt, USA) Ligia TIRUTA – BARNA Professeur (LISBP, INSA Toulouse)
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Génie Civil et d’Ingénierie Environnementale
SIGLE ECOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE
CHIMIE
CHIMIE DE LYON http://sakura.cpe.fr/ED206 M. Jean Marc LANCELIN
Insa : R. GOURDON
M. Jean Marc LANCELIN Université Claude Bernard Lyon 1 Bât CPE 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72.43 13 95 Fax : [email protected]
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ELECTRONIQUE, ELECTROTECHNIQUE, AUTOMATIQUE http://www.insa-lyon.fr/eea M. Alain NICOLAS Insa : D. BARBIER [email protected] Secrétariat : M. LABOUNE AM. 64.43 – Fax : 64.54
M. Alain NICOLAS Ecole Centrale de Lyon Bâtiment H9 36 avenue Guy de Collongue 69134 ECULLY Tél : 04.72.18 60 97 Fax : 04 72 18 60 83 [email protected] Secrétariat : M.C. HAVGOUDOUKIAN
E2M2
EVOLUTION, ECOSYSTEME, MICROBIOLOGIE, MODELISATION http://biomserv.univ-lyon1.fr/E2M2 M. Jean-Pierre FLANDROIS Insa : S. GRENIER
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INFORMATIQUE ET INFORMATION POUR LA SOCIETE http://ediis.univ-lyon1.fr M. Alain MILLE Secrétariat : I. BUISSON
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RESUME
Les différentes actions réglementaires ou volontaires françaises et européennes incitent de
plus en plus les fabricants de produits de construction à une politique d’évaluation
environnementale. Une approche « horizontale » d’évaluation (c'est-à-dire, applicable à une
ou plusieurs familles de produits utilisés dans un même type d’usage) est considérée comme
souhaitable et par ailleurs requise par le mandat CEN M/366. Cette étude se propose de
contribuer au développement d’une telle approche pour évaluer les émissions dans l’eau des
produits de construction au cours de leur vie en œuvre. Trois produits ont été sélectionnés
pour l’étude : les dalles en béton, les dalles en bois et les gouttières en zinc. Les essais ont été
conduits à deux échelles d’expérimentation : échelle laboratoire (conditions contrôlées) et
échelle pilote (conditions naturelles / non-contrôlées, avec suivi météorologique). A l’échelle
pilote les produits sont exposés à l’eau météorique, pendant une année. Un modèle d’émission
de substances (modèle couplé chimie - transport) a été développé pour le cas des dalles en
béton. Le logiciel PHREEQC a été adapté et utilisé. Les principaux résultats obtenus montrent
que pour évaluer les émissions dans l’eau des produits de construction, dans une optique
d’approche « horizontale », les niveaux d’étude suivants sont nécessaires et doivent tenir
compte des spécificités du produit et des conditions d’exposition :
- la caractérisation physico-chimique du produit, qui peut être plus au moins complexe
en fonction du produit et des connaissances déjà disponibles ;
- la caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions statiques (à
l’équilibre) et dynamiques, qui doit tenir compte notamment du type d’usage et de
l’évolution du produit pendant sa vie en œuvre. L’essai à renouvellement en continu
(CMLT) apparaît mieux adapté pour l’étude de la dynamique de relargage ;
- la modélisation du comportement des produits dans un certain scénario d’exposition.
Les informations retirées lors de l’étude à l’échelle du laboratoire ne peuvent pas être
extrapolées directement aux conditions naturelles d’exposition mais sont essentielles
pour la modélisation du comportement environnemental.
Mots - clés : produits de construction, béton, bois traité, zinc, évaluation
environnementale, émissions dans l’eau, lixiviation, modélisation
3Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
ABSTRACT The various French and European regulatory or voluntary actions push more and more the
construction products manufacturers to an environmental assessment policy. A « horizontal »
approach (i.e., applicable to one or several families of products used in a certain scenario) is
considered the best route for the assessment. Moreover, it is required by the Mandate M/366
addressed to CEN. The aim of this research is to contribute to the development of this kind of
approach, in order to assess the substances emission from construction products into water,
during their service life. Three products were tested: concrete slabs, wood duckboards and
zinc gutters. The experiments were carried out at two scales: laboratory scale (controlled
conditions) and pilot scale (outdoor / not-controlled conditions, with meteorological
monitoring). At pilot scale the products were exposed to meteoric water, during one year. A
release model (chemical and transport modelling) was developed for the case of the concrete
slabs. PHREEQC software was adapted and used. The main results show that in order to
assess the substances emission from construction products into water, in a « horizontal »
approach framework, the following steps are required and must take into account the product
and the exposure conditions specificities:
- physicochemical characterisation of the product, which could be more or less
complex, depending on the product and on the knowledge already available ;
- characterisation of leaching behaviour, under static (equilibrium) and dynamic
conditions, which must take into account especially the use and the evolution of the
product during its service life. The Continuous Monolithic Leaching Test (CMLT)
seems more suitable for release dynamic assessment ;
- modelling of the products behaviour in a specific exposure scenario. The laboratory
data cannot be directly transferred to service conditions but they are essential for the
modelling of environmental behaviour.
Keywords : construction products, concrete, treated wood, zinc, environmental
assessment, emission into water, leaching, modelling
4Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
REMERCIEMENTS En tout premier lieu, j'exprime ma reconnaissance à Monsieur Pierre Moszkowicz et à Monsieur Rémy Gourdon, successivement Directeur du LGCIE – Site Carnot : Laboratoire de Génie Civil et d'Ingénierie Environnementale (ex - LAEPSI : Laboratoire d'Analyse Environnementale des Procédés et Systèmes Industriels), pour m'avoir accueillie au sein du laboratoire. Je remercie le CSTB : Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, d’avoir financé cette étude. Mes remerciements s’adressent également à Monsieur Jean-Luc Chevalier, responsable de la Division Environnement du Département Energie, Santé, Environnement, pour m’avoir accueillie dans sa division, pour la mise à ma disposition de très bonnes conditions de travail, ainsi que pour sa confiance. Je tiens à remercier particulièrement mes directeurs de thèse, Monsieur Pierre Moszkowicz, professeur au LGCIE et Monsieur Jacques Méhu, professeur associé au LGCIE et coordinateur scientifique d’EDEEMS (Evaluation Environnementale, Déchets Matériaux et Sols pollués) pour le suivi et l'orientation de ce travail, pour le partage de leur savoir (scientifique et culturel), pour la confiance qu'ils ont toujours su me témoigner et pour la bonne ambiance lors de nos réunions. Je remercie vivement Monsieur Emmanuel Jayr, ingénieur au CSTB, qui est à l’origine de ce projet de recherche et qui a assuré le suivi au quotidien, malgré son emploi du temps très chargé. Merci Manu pour ta disponibilité, tes conseils très précieux, ta confiance, ta gentillesse et pour nos discussions lors de multiples trajets entre Grenoble et Lyon. Ma profonde gratitude à Madame Ligia Tiruta-Barna, professeur à l’INSA Toulouse, pour son aide inestimable lors de l’étape de modélisation, pour sa disponibilité et pour le partage de son savoir sans réserve et dans un temps très court, en sacrifiant des soirées et des week-ends. Je la remercie également d’avoir accepté de participer au jury. Je remercie Madame Florence Sanchez, professeur à l’Université Vanderbilt et Monsieur Radu Barna, professeur à l’Ecole des Mines d’Albi Carmaux de m’avoir fait l’honneur d'être rapporteurs de ce mémoire et de participer au jury de thèse. Je remercie également Monsieur Rémy Gourdon d’avoir accepté de présider ce jury. Mes chaleureux remerciements à Marcel Rubaud, ingénieur au CSTB. Merci beaucoup Marcel, pour ton écoute, pour ta bonne humeur permanente et pour ta capacité à transmettre une partie de tes riches connaissances scientifiques, linguistiques, culturelles… Mes remerciements vont également à tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à ce travail. Merci à mes collègues du CSTB (en particulier à Dany, Nathalie, Amandine, Claudia, Xavier, Jérôme, Patrick, Jean-Claude, Jérémie…), à ceux du LGCIE (en particulier à Nathalie, Marion, Olivier, Agustin…) et de Polden (en particulier à Gwen, Karim, Carole, Mohamed…) pour leur aide et leur bonne humeur. Un grand merci à mes parents, à mes proches et à mes amis qui m'ont toujours soutenue et m’ont donné la force de continuer (je ne donnerai pas de noms ici mais sachez que je vous porte tous dans mon cœur). Ma pensée va enfin et toujours à Valentin : merci pour tout et un peu plus !
5Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Sommaire
SOMMAIRE RESUME................................................................................................................................... 1
ABSTRACT .............................................................................................................................. 4
REMERCIEMENTS................................................................................................................ 5
SOMMAIRE............................................................................................................................. 6
LISTE D’ABREVIATIONS.................................................................................................... 9
LISTE DES FIGURES........................................................................................................... 10
LISTE DES TABLEAUX ...................................................................................................... 12
INTRODUCTION.................................................................................................................. 13
I. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE .................................................................................... 17 I.1 CONTEXTE REGLEMENTAIRE ET DEMARCHES VOLONTAIRES.................. 19 I.2 METHODOLOGIES D’ÉVALUATION .................................................................... 22 I.3 TERME SOURCE ET LIXIVIATION........................................................................ 26
I.3.1 Description phénoménologique........................................................................... 26 I.3.2 Outils d’évaluation .............................................................................................. 29
I.3.2.1 Essais de lixiviation....................................................................................... 29 I.3.2.2 Essais de caractérisation physico –chimiques ............................................... 32 I.3.2.3 Essais à l’échelle pilote ................................................................................. 34
I.4 CAS D’ETUDE............................................................................................................ 34 I.4.1 Matrice poreuse minérale : le béton .................................................................... 34 I.4.2 Matrice poreuse organique : le bois .................................................................... 39 I.4.3 Matrice non-poreuse métallique : le zinc laminé ................................................ 45
I.5 CONCLUSION ............................................................................................................ 50
II. METHODOLOGIE DE RECHERCHE ET PROGRAMME EXPERIMENTAL . 52 II.1 METHODOLOGIE DE RECHERCHE................................................................... 53
II.1.1 Identification et description des scénarios d’exposition ..................................... 53 II.1.2 Sélection et description des produits à étudier .................................................... 64
II.1.2.1 Dalles en béton .............................................................................................. 65 II.1.2.2 Dalles en bois ................................................................................................ 66 II.1.2.3 Gouttières en zinc.......................................................................................... 66
II.1.3 Sélection des substances à suivre ........................................................................ 67 II.2 PROGRAMME EXPERIMENTAL ........................................................................ 68
II.2.1 Expérimentations à l’échelle laboratoire............................................................. 68 II.2.1.1 Caractérisation physico – chimiques des produits ........................................ 68
II.2.1.1.1 Masse volumique apparente .................................................................... 68 II.2.1.1.2 Contenu total ........................................................................................... 69 II.2.1.1.3 Taux d’humidité ...................................................................................... 70 II.2.1.1.4 Estimation de la porosité ouverte à l’eau ................................................ 70 II.2.1.1.5 Estimation de la composition de l’eau des pores .................................... 71 II.2.1.1.6 Identification des phases majeures.......................................................... 72
II.2.1.2 Caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions statiques .... 73 II.2.1.2.1 Essai d’influence du pH .......................................................................... 73 II.2.1.2.2 Essai d’influence de la température ........................................................ 74 II.2.1.2.3 Essai d’influence du ratio L/S (L/kg)..................................................... 75
II.2.1.3 Caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions dynamiques…………………………………………………………………………...76
6Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Sommaire
II.2.1.3.1 Essai de lixiviation dynamique séquentielle pour matériaux monolithiques (MultiBatch Test - MBT) ................................................................. 76 II.2.1.3.2 Essai de lixiviation dynamique en continu pour matériaux monolithiques (Continuous Monolithic Leaching Test - CMLT).................................................... 77 II.2.1.3.3 Essai d’influence de l’altération des produits ........................................ 80
II.2.1.3.3.1 Essai d’altération des dalles en béton ................................................ 80 II.2.1.3.3.2 Essai d’altération des dalles en bois .................................................. 81 II.2.1.3.3.3 Essai d’altération des gouttières en zinc............................................ 82
II.2.2 Expérimentations à l’échelle pilote – exposition aux conditions naturelles ....... 83 II.3 SYNTHESE ............................................................................................................. 86
III. RESULTATS ET INTERPRETATIONS ................................................................ 88 III.1 EXPERIMENTATIONS A L’ECHELLE LABORATOIRE .................................. 89
III.1.1 Caractérisation physico –chimique des produits................................................. 89 III.1.1.1 Dalles en béton .............................................................................................. 89 III.1.1.2 Dalles en bois ................................................................................................ 91 III.1.1.3 Gouttières en zinc.......................................................................................... 93
III.1.2 Caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions statiques .......... 93 III.1.2.1 L'influence du pH.......................................................................................... 93
III.1.2.1.1 Dalles en béton ........................................................................................ 94 III.1.2.1.2 Dalles en bois .......................................................................................... 97 III.1.2.1.3 Gouttières en zinc.................................................................................. 100
III.1.2.2 L’influence de la température ..................................................................... 102 III.1.2.2.1 Dalles en béton ...................................................................................... 102 III.1.2.2.2 Dalles en bois ........................................................................................ 104 III.1.2.2.3 Gouttières en zinc.................................................................................. 106
III.1.2.3 L’influence du ratio L/S (L/kg)................................................................... 107 III.1.2.3.1 Dalles en béton ...................................................................................... 108 III.1.2.3.2 Dalles en bois ........................................................................................ 109 III.1.2.3.3 Gouttières en zinc.................................................................................. 110
III.1.2.4 Conclusions sur le comportement des produits en conditions statiques ..... 111 III.1.3 Caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions dynamiques... 112
III.1.3.1 L’influence du mode de renouvellement du lixiviant ................................. 112 III.1.3.1.1 Dalles en béton ...................................................................................... 113 III.1.3.1.2 Dalles en bois ........................................................................................ 119 III.1.3.1.3 Gouttières en zinc.................................................................................. 125
III.1.3.2 L’influence du ratio statique L/A (cm3/cm2)............................................... 126 III.1.3.2.1 Dalles en béton ...................................................................................... 126 III.1.3.2.2 Dalles en bois ........................................................................................ 128 III.1.3.2.3 Gouttières en zinc.................................................................................. 129
III.1.3.3 L’influence de l’altération des produits ...................................................... 130 III.1.3.3.1 Dalles en béton ...................................................................................... 130 III.1.3.3.2 Dalles en bois ........................................................................................ 132 III.1.3.3.3 Gouttières en zinc.................................................................................. 134
III.1.3.4 Conclusions sur le comportement des produits en conditions dynamiques 136 III.1.4 Conclusion sur les expérimentations à l’échelle laboratoire............................. 137
III.2 EXPERIMENTATIONS A L’ECHELLE PILOTE............................................... 139 III.2.1 Dalles en béton .................................................................................................. 142 III.2.2 Dalles en bois .................................................................................................... 149 III.2.3 Gouttières en zinc.............................................................................................. 155 III.2.4 Conclusion sur les expérimentations à l’échelle pilote ..................................... 158
III.3 COMPARAISON ECHELLE LABORATOIRE / ECHELLE PILOTE ............... 161
7Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Sommaire
III.3.1 Dalles en béton .................................................................................................. 161 III.3.2 Dalles en bois .................................................................................................... 166 III.3.3 Gouttières en zinc.............................................................................................. 168 III.3.4 Conclusion sur la comparaison échelle laboratoire / échelle pilote .................. 169
III.4 CONCLUSION SUR LES RESULTATS EXPERIMENTAUX........................... 172
IV. MODELISATION D’EMISSION DE SUBSTANCES DANS L’EAU : CAS DES DALLES EN BETON .......................................................................................................... 174
IV.1 DEVELOPPEMENT DU MODELE................................................................................. 175 IV.1.1 Description du système à modéliser.................................................................. 176 IV.1.2 Modèle chimique............................................................................................... 179 IV.1.3 Modèle de transport........................................................................................... 180 IV.1.4 Modèle d’émission (couplage chimie – transport) ............................................ 180
IV.2 RESULTATS DE LA MODELISATION........................................................................... 186 IV.2.1 Simulation de l’essai à l’équilibre TS 14429 .................................................... 188 IV.2.2 Simulation des essais dynamiques .................................................................... 190
IV.3 VALIDATION DU MODELE ........................................................................................ 193 IV.4 CONCLUSION........................................................................................................... 198
CONCLUSION GENERALE ............................................................................................. 200
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES........................................................................... 207
ANNEXES............................................................................................................................. 226
8Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Liste d’abréviations
LISTE D’ABREVIATIONS ACV Analyse de Cycle de Vie ADEME Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie AFNOR Association Française de NORmalisation ASE® Accelerated Solvent Extraction ANC / BNC Capacité de Neutralisation Acido-basique BTP Bâtiment et Travaux Publics CBP Cuivre - Bore - Propiconazole CCA Cuivre - Chrome - Arsenic CCB Cuivre - Chrome - Bore CEN Comité Européen de Normalisation CI Chromatographie Ionique CMLT Continuos Monolithique Leaching Test COD Carbone Organique Dissous CSH Silicates de Calcium Hydratés CSTB Centre Scientifique et Technique du Bâtiment CTBA Centre Technique du Bois et de l’Ameublement DPC Directive Produits de Construction DRX Diffraction des Rayons X EE Exigence Essentielle EEDEMS Evaluation Environnementale, Déchets Matériaux et Sols pollués EDR Evaluation Détaillée des Risques FDES Fiches de Déclaration Environnementale et Sanitaire GC / ECD Chromatographie en phase gazeuse avec détecteur à capture d’électrons HQE® Haute Qualité Environnementale ICP-AES Spectroscopie d’émission atomique à plasma induit par haute fréquence LAEPSI Laboratoire d’Analyse Environnementale des Procédés et Systèmes Industriels LD Limite de détection LGCIE Laboratoire de Génie Civil et Ingénierie Environnementale MBT MultiBatch Test OCDE Organisation de Coopération et de Développement Economique OMS Organisation Mondiale de la Santé POLDEN POLlution Déchet Environnement IS Indice de Saturation US-EPA Environnemental Protection Agency of the United States
9Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Liste des figures
LISTE DES FIGURES Figure I.1 Méthodologies d’évaluation détaillée de risques environnementaux - schéma du modèle conceptuel.............................................................................................................................................. 26 Figure I.2 Disponibilité à la lixiviation d'une espèce a) matrice non-poreuse et b) matrice poreuse .... 29 Figure I.3 Techniques d’agitation pour les essais de lixiviation ........................................................... 30 Figure I.4 Diagramme d’équilibre du zinc ............................................................................................ 46 Figure I.5 Schéma de la couche de protection (patine) du zinc............................................................ 48 Figure II.1 Schématisation des scénarios d’exposition au milieu extérieur (lixiviant : eau météorique)............................................................................................................................................................... 54 Figure II.2 Schématisation du type de contact produit/lixiviant en scénario « exposition en pente » .. 55 Figure II.3 Schématisation du type de contact produit/lixiviant en scénario « exposition horizontale »............................................................................................................................................................... 56 Figure II.4 Schématisation du type de contact produit/lixiviant en scénario « exposition verticale » .. 56 Figure II.5 Schématisation du type de contact produit/lixiviant en scénario « contact avec le sol » .... 57 Figure II.6 Produits de construction sélectionnés pour l’étude ............................................................. 65 Figure II.7 Schéma de l’échantillonnage d’une dalle en béton, en vue d’analyse par DRX ................. 72 Figure II.8 Montage de l’essai CMLT................................................................................................... 79 Figure II.9 Enceinte d’irradiation « Solar Eye UV Irradiance Controller » .......................................... 82 Figure II.10 Montages pour l’essai à l’échelle pilote ............................................................................ 84 Figure II.11 Schéma de la gouttière en zinc exposée en sous-scénario « stagnation » ......................... 85 Figure III.1 Estimation de la composition initiale de l’eau des pores (dalles en béton)........................ 90 Figure III.2 Estimation de la composition initiale de l’eau des pores (dalles en bois).......................... 92 Figure III.3 Courbe de neutralisation acido-basique et solubilité des espèces en fonction du pH (dalles en béton)................................................................................................................................................ 94 Figure III.4 Courbe de neutralisation acido-basique (dalles en bois).................................................... 97 Figure III.5 Solubilité des espèces en fonction du pH (dalles en bois) ................................................. 98 Figure III.6 Comparaison du relargage du cuivre contenu dans différents produits de préservation du bois ........................................................................................................................................................ 99 Figure III.7 Courbe de neutralisation acido-basique (gouttières en zinc) ........................................... 101 Figure III.8 Solubilité du zinc en fonction du pH et des quantités d’acide/base ajoutées (gouttières en zinc)..................................................................................................................................................... 101 Figure III.9 Détermination de la cinétique de mise à l’équilibre à 4°C et 50°C (dalles en béton)...... 102 Figure III.10 Variation du pH et de la solubilité des espèces en fonction de la température de l’essai (dalles en béton) ....................................................................................................................... 103 Figure III.11 Détermination de la cinétique de mise à l’équilibre à 4°C et 50°C (dalles en bois) ...... 104 Figure III.12 Variation du pH et de la solubilité des espèces en fonction de la température de l’essai (dalles en bois) .................................................................................................................................... 105 Figure III.13 Détermination de la cinétique de mise à l’équilibre à 4°C et 50°C (gouttières en zinc) 106 Figure III.14 Variation du pH et de la solubilité du zinc en fonction de la température de l’essai (gouttières en zinc) .............................................................................................................................. 107 Figure III.15 Variation des quantités relarguées en fonction du ratio L/S (dalles en béton)............... 108 Figure III.16 Variation des quantités relarguées en fonction du ratio L/S (dalles en bois)................. 109 Figure III.17 Variation du pH et des quantités relarguées en fonction du ratio L/S (gouttières en zinc)............................................................................................................................................................. 110 Figure III.18 L’évolution du ratio dynamique FS (cm3·cm-2·h-1) dans le cas de MBT et CMLT......... 113 Figure III.19 Vérification des conditions dynamiques des essais MBT et CMLT (dalles en béton) .. 114 Figure III.20 Evolution dans le temps du pH lors des deux essais dynamiques (dalles en béton) ...... 115 Figure III.21 Evolution dans le temps de la masse cumulée relarguée lors des deux essais dynamiques (dalles en béton) .................................................................................................................................. 116 Figure III.22 Evolution dans le temps du flux de relargage lors des deux essais dynamiques (dalles en béton)................................................................................................................................................... 118 Figure III.23 Vérification des conditions dynamiques des essais MBT et CMLT (dalles en bois)..... 120 Figure III.24 Evolution dans le temps du pH et de la masse cumulée relarguée lors des deux essais dynamiques (dalles en bois) ................................................................................................................ 122
10
Figure III.25 Evolution dans le temps du flux de relargage lors des deux essais dynamiques (dalles en bois)..................................................................................................................................................... 123 Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Liste des figures
Figure III.26 Evolution dans le temps du pH, de la masse cumulée et du flux de relargage lors des deux essais dynamiques (gouttières en zinc)....................................................................................... 125 Figure III.27 Influence du ratio L/A sur le relargage (dalles en béton)............................................... 127 Figure III.28 Influence du ratio L/A sur le relargage (dalles en bois)................................................. 129 Figure III.29 Influence du ratio L/A sur le relargage (gouttières en zinc) .......................................... 130 Figure III.30 Influence de l’altération du produit sur le relargage (dalle en béton) ............................ 131 Figure III.31 Influence de l’altération du produit sur le relargage (dalles en bois)............................. 133 Figure III.32 Influence de l’altération du produit sur le relargage (gouttières en zinc) ...................... 135 Figure III.33 Evénements pluvieux « efficaces » enregistrés pendant l’essai à l’échelle pilote ......... 140 Figure III.34 Variation de la température de l’air pendant la durée de l’essai à l‘échelle pilote......... 141 Figure III.35 Bilan hydrique lors de l’essai à l’échelle pilote (dalles en béton).................................. 143 Figure III.36 Evolution dans le temps du pH et de la conductivité des lixiviats obtenus à l’échelle pilote (dalles en béton) ........................................................................................................................ 144 Figure III.37 Evolution dans le temps des concentrations obtenues à l’échelle pilote (dalles en béton)............................................................................................................................................................. 145 Figure III.38 Evolution dans le temps de la masse cumulée relarguée à l’échelle pilote (dalles en béton)................................................................................................................................................... 147 Figure III.39 Bilan hydrique lors de l’essai à l’échelle pilote (dalles en bois).................................... 150 Figure III.40 Evolution dans le temps du pH et de la conductivité des lixiviats obtenus à l’échelle pilote (dalles en bois) .......................................................................................................................... 151 Figure III.41 Evolution dans le temps des concentrations obtenues à l’échelle pilote (dalles en bois)............................................................................................................................................................. 152 Figure III.42 Evolution dans le temps de la masse cumulée relarguée à l’échelle pilote (dalles en bois)............................................................................................................................................................. 154 Figure III.43 Bilan hydrique lors de l’essai à l’échelle pilote (gouttières en zinc) ............................. 155 Figure III.44 Evolution dans le temps du pH et de la conductivité des lixiviats obtenus à l’échelle pilote (gouttières en zinc) .................................................................................................................... 156 Figure III.45 Evolution dans le temps des concentrations et de la masse cumulée relarguées à l’échelle pilote (gouttières en zinc) .................................................................................................................... 157 Figure III.46 Comparaison laboratoire / pilote : le pH (dalles en béton) ............................................ 161 Figure III.47 Comparaison laboratoire / pilote : la masse cumulée relarguée (dalles en béton) ......... 162 Figure III.48 Comparaison laboratoire / pilote : le pH et la masse cumulée relarguée (dalles en bois)............................................................................................................................................................. 166 Figure III.49 Comparaison laboratoire / pilote : le pH et la masse cumulée relarguée (gouttières en zinc)..................................................................................................................................................... 168 Figure IV.1 Schéma du système à modéliser ...................................................................................... 176 Figure IV.2 Schéma de la démarche de développement du modèle d’émission ................................. 186 Figure IV.3 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : l’essai à l’équilibre TS 14429................................................................................................................................................... 188 Figure IV.4 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : les deux essais dynamiques.......................................................................................................................................... 190 Figure IV.5 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : l’essai à l’échelle pilote............................................................................................................................................................. 195
11Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Liste des tableaux
LISTE DES TABLEAUX Tableau I.1 Produits de corrosion du zinc ............................................................................................. 47 Tableau II.1 Identification de classes de scénarios, en fonction du type d’exposition.......................... 53 Tableau II.2 Catégories de durée de vie de bâtiments........................................................................... 60 Tableau II.3 Synthèse sur les facteurs climatiques d’influence............................................................. 63 Tableau II.4 Conditions biologiques ..................................................................................................... 64 Tableau II.5 Substances à étudier.......................................................................................................... 67 Tableau III.1 Principales propriétés physico-chimiques des dalles en béton ........................................ 91 Tableau III.2 Principales propriétés physico-chimiques des dalles en bois .......................................... 93 Tableau III.3 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai TS 14429 (dalles en béton).......... 96 Tableau III.4 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai TS 14429 (dalles en bois)............ 99 Tableau III.5 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai “température” (dalles en béton). 104 Tableau III.6 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai “température” (dalles en bois)... 106 Tableau III.7 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai “ratio L/S” (dalles en béton)...... 108 Tableau III.8 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai “ratio L/S” (dalles en bois)........ 110 Tableau III.9 Pourcentage du contenu total, lixivié lors de l’essai “ratio L/S” (gouttières en zinc) ... 111 Tableau III.10 Pourcentage du contenu total relargué lors des essais CMLT et MBT (dalles en béton)............................................................................................................................................................. 119 Tableau III.11 Pourcentage du contenu total relargué lors des essais CMLT et MBT (dalles en bois)............................................................................................................................................................. 124 Tableau III.12 Pourcentage du contenu total relargué lors des essais MBT et MBT 10 (dalles en béton)................................................................................................................................................... 127 Tableau III.13 Pourcentage du contenu total relargué lors des essais MBT et MBT10 (dalles en bois)............................................................................................................................................................. 129 Tableau III.14 Pourcentage du contenu total relargué lors des essais CMLT et CMLTv (dalles en béton)................................................................................................................................................... 132 Tableau III.15 Pourcentage du contenu total relargué lors des essais CMLT et CMLTv (dalles en bois)............................................................................................................................................................. 134 Tableau III.16 Composition de l’eau de pluie analysée sur une année ............................................... 140 Tableau III.17 Pourcentage des lixiviats avec une concentration en différentes espèces supérieure à celle dans l’eau de pluie (dalles en béton)........................................................................................... 146 Tableau III.18 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai à l’échelle pilote (dalles en béton)............................................................................................................................................................. 149 Tableau III.19 Pourcentage des lixiviats avec une concentration en différentes espèces supérieure à celle dans l’eau de pluie (dalles en bois) ............................................................................................. 153 Tableau III.20 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai à l’échelle pilote (dalles en bois)............................................................................................................................................................. 154 Tableau III.21 Comparaison laboratoire / pilote : la masse totale relarguée à la fin des essais (dalles en béton)................................................................................................................................................... 165 Tableau III.22 Comparaison laboratoire / pilote : la masse totale relarguée à la fin des essais (dalles en bois)..................................................................................................................................................... 167 Tableau III.23 Comparaison laboratoire / pilote : la masse totale relarguée à la fin des essais (gouttières en zinc) .............................................................................................................................. 169 Tableau IV.1 Modèle chimique décrivant l’émission des espèces pour le cas des dalles en béton .... 187 Tableau IV.2 Bilan sur la durée des différents régimes hydriques lors de l’essai à l’échelle pilote ... 195
12Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
INTRODUCTION
Introduction
La perspective du développement durable est un enjeu majeur du secteur de la construction,
qui se concrétise jusqu’à la rédaction de normes internationales [ISO, 2007]. Ce secteur doit
en particulier réduire ses consommations de matières premières et d’énergie et limiter ses
émissions vers l’environnement [ADEME, 2002]. Certains impacts environnementaux sont
directement liés aux produits de construction et les différentes actions réglementaires, tant
nationales qu’européennes, ou volontaires incitent de plus en plus les fabricants à une
politique d’évaluation environnementale de leurs produits. Ainsi, par exemple, la Commission
Européenne a donné mandat (M/366) au Comité Européen de Normalisation (CEN) en 2005
pour débuter des travaux visant à définir des méthodes d’essais permettant de caractériser les
émissions des produits de construction, dans des conditions représentatives de leur vie en
œuvre et selon une approche « horizontale » d’évaluation (c'est-à-dire, applicable à une ou
plusieurs familles de produits de construction utilisés dans un même type d’usage) [CE,
2005]. Un nouveau Comité Technique s’est créé en 2005, le CEN/TC 351 « Produits de
construction : Evaluation de l’émission de substances dangereuses », et un de ses groupes de
travail (WG 1) s'occupe particulièrement des émissions des produits de construction dans le
sol, les eaux de surface et les eaux souterraines.
Les études concernant les émissions dans l’eau de substances à partir des produits de
construction, ont été menées notamment dans le contexte de la valorisation des déchets en tant
que matières premières secondaires dans le domaine du bâtiment et des travaux publics [Jayr
et al., 2006 ; Leray, 2006]. Les produits dits « naturels » et/ou « traditionnels » ont été
considérés par défaut comme « sains ». Cependant le cas de l’amiante, matériau d’origine
naturelle et largement utilisé dans le domaine de la construction est un exemple probant de la
non-innocuité de certains matériaux. D’autres exemples, comme les peintures au plomb
(réglementées par [CCE, 1989b]), les produits en bois traité aux créosotes (réglementés par
[CCE, 1994 ; CCE, 2001]) etc. confirment la nécessité d’évaluer tous les produits de
construction avant leur mise sur le marché.
De nombreuses recherches ont été menées sur le comportement environnemental de
différentes matrices solides en contact avec l’eau. Ces recherches ont contribué
considérablement à la compréhension des phénomènes et mécanismes engendrés lors du
contact solide / liquide (phénomènes de lixiviation). Cependant, les démarches adoptées ont
été menées dans une optique d’approche « verticale » (méthodologie et outils adaptés à des
cas bien précis) et pour un nombre restreint de produits de construction (e.g. produits
incorporant des matières premières secondaires, produits à base de bois traité). En général, ces
14Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Introduction
études ont été menées à une seule échelle d’expérimentation, soit à l’échelle laboratoire, soit à
l’échelle pilote ou en vraie grandeur, sans pouvoir fournir de corrélations entre les résultats
obtenus aux différentes échelles. De ce fait, les résultats obtenus ne sont pas toujours
cohérents et les outils d’évaluation développés ne sont pas représentatifs des besoins exprimés
notamment dans la Directive Produits de Construction [CCE, 1989a] et le mandat CEN
M/366 [CE, 2005]. Ce mandat réclame le développement des outils d’évaluation dans une
optique d’approche horizontale. Les avantages d’une telle approche serait notamment une
meilleure cohérence et exploitation des résultats obtenus, ainsi que un gain d’efficacité en
terme de développement et application des outils d’évaluation. Cependant, une telle approche
soulève également quelques questions, comme par exemple :
- quelles sont les similitudes et les divergences des produits vis-à vis du comportement
à la lixiviation ?
- l’évolution du produit au cours de sa vie en œuvre a-t-elle une influence sur son
comportement à la lixiviation ?
- comment extrapoler les résultats obtenus à l’échelle laboratoire aux conditions de vie
en œuvre ?
Pour essayer de répondre à ces questions, les objectifs scientifiques de cette thèse sont :
- d’évaluer le comportement à la lixiviation des différents produits de construction
constitués des différents types de matrices (poreuse ou non poreuse, métallique,
minérale ou organique), placés dans différentes conditions d’exposition,
- d’évaluer l’influence de l’évolution du produit sur son comportement à la lixiviation,
- de contribuer à l’étude comparative du comportement à deux échelles expérimentales :
l’échelle laboratoire (conditions contrôlées) et l’échelle pilote (conditions naturelles /
non-contrôlées).
L’objectif général est de contribuer au développement d’une approche « horizontale »
d’évaluation environnementale des produits de construction, en accord avec les efforts
actuels d'harmonisation des méthodes d’évaluation au niveau européen (CEN/TC 351).
15Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Introduction
Ce mémoire comporte quatre parties :
- la première partie propose une revue bibliographique consacrée aux principales actions
réglementaires et volontaires liées aux performances environnementales des produits de
construction, aux méthodologies et outils d’évaluation. Elle présente également certains
aspects théoriques concernant le relargage de substances dans l’eau, notamment pour les
trois cas d’étude sélectionnés : les dalles en béton, les dalles en bois et les gouttières en
zinc ;
- la deuxième partie présente la méthodologie de recherche (identification et description
des scénarios d’exposition, sélection et description des produits à étudier, sélection des
substances à suivre, définition et mise en œuvre du programme expérimental, résultats
expérimentaux et interprétations, modélisation mécaniste du comportement à la
lixiviation) et le programme expérimental qui a été conduit à deux échelles : l’échelle
laboratoire (conditions contrôlées, en régime statique et dynamique) et l’échelle pilote
(exposition aux conditions naturelles / non-contrôlées, avec suivi météorologique) ;
- la troisième partie présente les résultats obtenus aux deux échelles d’expérimentation ;
- la quatrième partie est consacrée à la modélisation des phénomènes de relargage pour un
cas d’étude (les dalles en béton). Un modèle couplé chimie - transport a été développé à
partir des résultats expérimentaux obtenus et à l’aide du logiciel PHREEQC.
L’étude a été financée par le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB)1 et la
recherche a été conduite dans ses laboratoires ainsi qu’au Laboratoire de Génie Civil et
d'Ingénierie Environnementale (LGCIE)2 de l’INSA de Lyon, dans le cadre du GIS
EEDEMS3.
Nicoleta SCHIOPU 16
1 Le CSTB est fortement impliqué dans les groupes de normalisation nationale, européenne et internationale et participe notamment aux travaux du CEN/TC 351 « Produits de construction : Evaluation de l’émission de substances dangereuses » créé en novembre 2005. Le CSTB est également l’organisme français habilité à délivrer des avis techniques et des agréments techniques européens pour les produits ne se prêtant pas à l’établissement de normes. 2 Le LGCIE, ex – LAEPSI (Laboratoire d’Analyse Environnementale des Procédés et Systèmes Industriels) a contribué depuis plusieurs années à la caractérisation des phénomènes de transfert de masse engendrés lors du contact des déchets et matériaux avec l’eau. 3 EEDEMS (Evaluation Environnementale, Déchets Matériaux et Sols pollués) est une structure de type GIS (Groupement d'Intérêt Scientifique) créée à l'initiative de 4 établissements publics de recherche (INSA de Lyon, CSTB, ENTPE, BRGM).
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I. Etude bibliographique
Un produit de construction est défini au sens de la directive « Produits de Construction »
(DPC) comme « tout produit qui est fabriqué en vue d’être incorporé de façon durable dans
les ouvrages de construction qui couvrent tant les bâtiments que les ouvrage de génie civil »
[CCE, 1989a]. Il est défini par les quatre conditions suivantes :
- il est fabriqué en usine, par opposition aux ouvrages, qui, eux sont assemblés en place ;
- il est mis sur le marché en vue de sa commercialisation ;
- il est destiné à être incorporé de façon permanente dans des ouvrages de construction ;
- il est régit directement ou indirectement à travers les réglementations d’ouvrages dans
au moins un état membre de l’Union Européenne.
Durant le cycle de vie d’un produit de construction on distingue plusieurs étapes [AFNOR,
2004a] : fabrication, transport (livraison jusqu’au chantier), mise en œuvre (installation ou
mise en service dans un ouvrage), vie en œuvre (étape durant laquelle le produit assure sa
fonction dans l’ouvrage) et fin de vie (intervention sur l’ouvrage pour le démolir ou le
réhabiliter). Cette étude concerne uniquement la vie en œuvre des produits de construction.
Ce premier chapitre est constitué d’une synthèse des principales actions réglementaires et
volontaires, liées à l’évaluation environnementale des produits de construction, suivie d’une
présentation des méthodologies et outils d’évaluation. Il présente également certains aspects
théoriques concernant le relargage de substances dans l’eau, notamment pour les trois cas
d’étude sélectionnés.
18Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
I.1 CONTEXTE REGLEMENTAIRE ET DEMARCHES VOLONTAIRES
L’évaluation environnementale des produits de construction relève notamment de la directive
« Produits de Construction » [CCE, 1989a] mais également d'autres textes législatifs comme
par exemple les directives « Eaux » [CCE, 1975 ; CCE, 1998a ; CCE, 2000] ou des textes
spécifiques aux différents types de produits comme la directive « Biocides » [CCE, 1998b],
qui s’applique entre autres aux produits en bois traité.
La directive « Produits de Construction » (DPC) est une directive dite « nouvelle
approche »4 et vise à harmoniser les réglementations des états membres afin de faciliter la
libre circulation des produits de construction à l’intérieur de l’Union Européenne. Elle prévoit
le marquage CE réglementaire des produits de construction qui atteste que les ouvrages dans
lesquels ces produits sont incorporés satisfont les six exigences essentielles (EE) de la DPC :
1) Résistance mécanique et stabilité,
2) Sécurité en cas d’incendie,
3) Hygiène, santé et environnement,
4) Sécurité d’utilisation,
5) Protection contre le bruit,
6) Economie d’énergie et isolation thermique.
Ces exigences essentielles ne s’adressent donc pas directement aux produits faisant l’objet de
la directive, mais s’appliquent aux ouvrages dont ces produits font partie. Ainsi, l’EE n° 3
"Hygiène, Santé et Environnement" prévoit que "l'ouvrage doit être conçu et construit de
manière à ne pas constituer une menace pour l'hygiène ou la santé des occupants ou des
voisins, du fait (…) de la pollution ou de la contamination de l'eau ou du sol".
Pour donner une forme concrète aux EE, la Commission Européenne a adopté en 1993 des
textes de référence, appelés "Documents interprétatifs" spécifiques à chaque EE. Dans le
document interprétatif concernant l’EE n° 3 "Hygiène, Santé et Environnement", on trouve
des indications de base pour la vérification de la conformité à cette condition essentielle. Il
Nicoleta SCHIOPU 19
4 La démarche « nouvelle approche » est une méthode d'élaboration des directives européennes mise en œuvre par la Commission Européenne en 1985 visant à assurer la libre circulation des produits industriels au sein du marché intérieur de l'Union Européenne et à garantir la sécurité des consommateurs et utilisateurs européens de ces produits. A l'inverse des anciennes directives, qui imposaient aux fabricants des dispositifs techniques stricts et précis, les directives « Nouvelle Approche » sont fondées sur deux grandes idées : l'obligation de respecter des Exigences Essentielles de sécurité identiques pour toute l'Union Européenne et le renvoi à des documents techniques harmonisés pour les spécifications techniques du produit [CSTB, 2004a].
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
prévoit que l'impact sur l'environnement doit être considéré dans chaque phase du cycle de vie
du produit mais conforme à la DPC, ce document interprétatif s’applique seulement à la
phase vie en œuvre. Les exigences pour la prévention ou la limitation de l’impact de
l’ouvrage sur l'environnement (l'air, le sol et l’eau) peuvent être exprimées, selon ce
document, par des méthodes de mesure (ou méthodes de calcul, le cas échéant) de la
lixiviation, de la dispersion ou des émissions des polluants ainsi que par une conception
appropriée de l’ouvrage. Pour divers produits de construction les caractéristiques qu’il faut
prendre en compte sont présentées. Par exemple, pour des produits utilisés « en fondations,
piles, murs externes, planchers externes, toits, matériaux granulaires » il faut considérer les
caractéristiques suivantes :
- « dégagement des polluants dans l'air extérieur, les sols et l’eau, compte tenu, le cas
échéant, de la concentration de polluants dans le produit ;
- facteur de réduction des émissions obtenu par étanchement ».
Les textes législatifs définissent des exigences à respecter mais ne fournissent pas les moyens
à utiliser par les fabricants pour apporter la preuve que leurs produits satisfont ces exigences.
C’est la normalisation qui vient en aide à ce propos. Les normes sont donc les outils qui
permettent le respect des accords (traités, conventions) et de la réglementation, établis au
niveau national et international. Ainsi, pour répondre aux EE de la DPC, un nombre
significatif de normes européennes harmonisées ont été adoptées et plusieurs sont en
préparation. Cependant, le respect de l’EE n° 3, notamment relatif aux émissions des
substances dans l’eau, n’est soutenu que par très peu de normes spécifiques. Récemment,
la Commission Européenne a initié un travail, concrétisé par le mandat M/366, adressé au
CEN en 2005 et par la création d’un nouveau comité technique (CEN TC 351), visant à
intégrer la problématique des « émissions de substances dangereuses par les produits de
construction, tels que définis dans la DPC, qui peuvent avoir une incidence néfaste sur la
santé humaine et l’environnement » [CE, 2005]. Le mandat réclame la préparation des
normes qui vont permettre « l’évaluation de la performance en matière d’émission de
substances dangereuses réglementées dans l’air intérieur, le sol, les eaux souterraines et les
eaux de surface par les produits de construction, dans des conditions d’utilisation
normale[…]. Les méthodes de mesure/d’essai faisant l’objet de mandats auront, autant que
possible, un caractère horizontal, applicables à une ou plusieurs familles concernées de
produits de construction » [CE, 2005]. Une famille de produits de construction est définie
comme étant l’ensemble des produits destinés à remplir les mêmes fonctions, une fois mis en
20Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
œuvre [CSTB, 2004b]. Les avantages d’une approche horizontale sont [CE, 2005 ; van der
Sloot et al., 2003] :
- la cohérence et la clarté des résultats obtenus ;
- la meilleure exploitation et la meilleure visibilité des résultats ;
- l’optimisation de l’exploitation des outils (les essais déjà développés dans d’autres
domaines (notamment dans le domaine de la gestion des déchets) se sont avérés
suffisamment génériques pour pouvoir être utilisés pour d’autres types de matrice que
celle initialement prévue [van der Sloot et al., 2003]) ;
- le gain d’efficacité en terme de développement et application des normes.
Le système actuel de normalisation et de certification qui porte uniquement sur les
caractéristiques physiques et mécaniques des produits sera donc prochainement complété par
un volet sanitaire et environnemental. Les démarches volontaires sont développées en
cohérence avec ce projet. Ainsi, l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) a initié un cycle
de Conférences interministérielles sur l'environnement et la santé. Lors de ces conférences,
plusieurs engagements des états participants ont déjà été signés, parmi lesquels la préparation
de plans d’action nationaux pour la santé et l’environnement (PNSE).
Au niveau français, le PNSE comporte quarante-cinq actions, dont douze ont été identifiées
comme prioritaires. Parmi ces actions prioritaires nous retrouvons l’action 1.5 « Mettre en
place un étiquetage des caractéristiques sanitaires et environnementales des matériaux de
construction ». Les objectifs de cette action sont :
- évaluer le risque sanitaire et environnemental des produits et matériaux et en tenir compte
pour leur utilisation ;
- afficher les caractéristiques sanitaires et environnementales de 50 % des produits et
matériaux de construction à l’horizon 2010 ;
- organiser l’étiquetage et la traçabilité des matériaux ;
- réduire l’emploi des matériaux les plus polluants ;
- fournir aux architectes et aux maîtres d’ouvrage publics et privés les informations
nécessaires (sous la forme des Fiches de Déclaration Environnementale et Sanitaire des
produits : FDES) pour choisir les matériaux et les produits de construction en fonction de
la qualité de leurs performances sanitaires et environnementales.
Les FDES des produits de construction permettent de renseigner les données
environnementales et sanitaires d’un produit tout au long de son cycle de vie. Pour les
21Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
performances environnementales, il s’agit de données obtenues par une approche globale
d’évaluation environnementale. Les indicateurs sont notamment: la consommation de
ressources naturelles énergétiques et non énergétiques, la consommation d’eau, les émissions
dans l’air, dans l’eau et le sol, la production de déchets. Ces informations sont fournies par le
fabricant et leur organisation s’appuie sur la norme NF P 01-010 [AFNOR, 2004a]. Une base
de données (INIES5) regroupe les fiches disponibles. L’étiquetage précis des produits
permettra d'intégrer les préoccupations sanitaires et environnementales dans les choix opérés
par les prescripteurs notamment lors de démarches plus globales, de type HQE® 6 (Haute
Qualité Environnementale).
Nos travaux de recherche s’intègrent dans ce contexte en essayant de répondre aux
demandes actuelles, notamment en ce qui concerne l’horizontalité (approche applicable à
une ou plusieurs familles de produits de construction) et l’harmonisation (en accord avec les
efforts actuels au niveau européen) des approches d’évaluation environnementale des produits
de construction.
I.2 METHODOLOGIES D’ÉVALUATION
L’étude de l’impact environnemental des produits de construction peut être conduite selon des
approches différentes en fonction du contexte de l’étude. Ainsi il pourra s’agir tout aussi bien
d’évaluer une contribution à l’augmentation de l’effet de serre que les perturbations d’un
certain écosystème. Deux niveaux d’évaluation complémentaires peuvent être distingués:
- l’évaluation de l’impact environnemental global (à échelle globale ou « macro ») ;
- l’évaluation détaillée des risques environnementaux (à échelle locale ou « micro »).
Un des outils pour l’évaluation de l’impact environnemental global des produits de
construction est l'analyse du cycle de vie (ACV). L'étude de faisabilité environnementale
globale consiste donc en la réalisation d'une ou plusieurs analyses de cycle de vie dont les
objectifs auront été judicieusement choisis. Cette étude par ACV n'est qu'une partie de l'étude
de faisabilité environnementale qui doit être complétée par une évaluation détaillée des
Nicoleta SCHIOPU 22
5 La base nationale de référence sur les caractéristiques environnementales et sanitaires des produits de construction est disponible depuis fin 2004 sur http://inies.cstb.fr/inies/htm/ 6 La démarche volontaire Haute Qualité Environnementale (HQE®), « vise à améliorer la Qualité Environnementale des Bâtiments (QEB) neufs et existants, c'est-à-dire à offrir des ouvrages sains et confortables dont les impacts sur l’environnement soient les mieux maîtrisés et les plus faibles possible » [Association HQE, 2006]
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
risques environnementaux [Tiruta-Barna et al., 2007 ; Benetto et al., 2007]. C’est dans cette
deuxième approche que s’intègre notre étude.
Les méthodologies d’évaluation détaillée des risques applicables à différents systèmes
peuvent être classées en quatre grandes catégories :
I) des méthodologies générales, qui ont été développées afin d’évaluer les risques pour
l’environnement et pour la santé engendrés par différents types de systèmes et dans
diverses situations (pollution de l’eau, de l’air, des sols) [Keck, 1999]. Parmi ce type de
méthodologies on retrouve :
1) la méthodologie décrite dans la directive européenne 93/67/CEE [CEE, 1993] qui
reprend les principes de la méthodologie développée par National Research Center
(NRC) et United States Environmental Protection Agency (US-EPA) [NRC, 1983].
Elle comprend les quatre étapes suivantes :
i) l’identification des dangers : cette étape permet de lister l'ensemble des effets
potentiellement nocifs d'une substance;
ii) l’évaluation de la relation dose (concentration) – réponse (effet) : i.e. « l'estimation
de la relation entre la dose, ou le niveau d’exposition à une substance, et
l’incidence et la gravité d’un effet » [CEE, 1994] ;
iii) l’évaluation de l’exposition : cette étape est à la fois quantitative et qualitative et
correspond à « la détermination des émissions, des voies de transfert et des
vitesses de déplacement d’une substance et de sa transformation ou de sa
dégradation afin d’évaluer les concentrations/doses auxquelles les populations
humaines ou les composantes de l’environnement (le milieu aquatique, le milieu
terrestre et l’air) sont exposées ou susceptibles de l’être » [CEE, 1994] ;
iv) la caractérisation du risque : i.e. « l'estimation de l’incidence et de la gravité des
effets indésirables susceptibles de se produire dans une population humaine ou
une composante de l’environnement en raison de l’exposition, réelle ou prévisible
à une substance; la caractérisation peut comprendre l’estimation du risque, c’est-
à-dire la quantification de cette probabilité » [CEE, 1994].
2) la méthodologie élaborée par l'US-EPA [1998]. Elle est composée de trois étapes :
i) la formulation du problème : cette étape a pour but de cadrer les phases d’analyse
et de caractérisation, à travers l’élaboration d’un modèle conceptuel qui décrit les
relations entre les paramètres, les « stresseurs » (facteurs chimiques, physiques ou
biologiques pouvant induire des effets néfastes sur une cible) et leurs effets ;
23Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
ii) l’analyse du risque : cette étape est structurée en deux parties qui permettent de
déterminer d’une part l’intensité de l’exposition de chaque cible à chaque stresseur
et d’autre part l’intensité des effets négatifs en fonction de l’exposition ;
iii) la caractérisation du risque : cette étape doit caractériser les risques et estimer au
mieux les incertitudes associées à ces risques.
II) des méthodologies «matrice», qui ont été développées pour l'évaluation des risques
associés à des matrices solides particulières en contact avec l’eau, notamment déchets
minéraux et sols pollués. Deux exemples de telles méthodologies sont :
1) la méthodologie de l'écocompatibilité [ADEME, 2002], pour la valorisation et le
stockage de résidus minéraux. Elle est structurée en trois étapes :
i) le terme source est défini comme « le flux de polluant émis vers l’environnement
par un ouvrage » et doit permettre d’estimer le niveau de mobilisation et la
dynamique du relargage des substances lors du contact ouvrage / eau ;
ii) le terme transport représente « le flux de polluants atteignant le milieu récepteur »
et intègre le transport des polluants par l’eau dans les sols et les aquifères et les
éventuelles interactions avec le milieu environnant ;
iii) le terme impact fait référence au « flux acceptable par le milieu récepteur ».
2) la méthodologie décrite par la norme européenne NF EN 12920 [CEN, 1997 ;
AFNOR, 2006] qui vise « la caractérisation du comportement à la lixiviation des
déchets dans des conditions spécifiées». Cette méthodologie traite le terme source,
comme définit par la méthodologie de l’écocompatibilité, et prend en compte à la fois
les propriétés spécifiques du déchet et des conditions du scénario. La méthodologie
comporte sept étapes :
i) description du problème et de la solution envisagée ;
ii) description du scénario, qui consiste à décrire les conditions susceptibles
d'influencer le comportement du déchet/matériau;
iii) description du déchet/matériau à partir des données de la littérature et à l’aide des
essais de caractérisation spécifiques;
iv) détermination de l'influence de facteurs sur le comportement à la lixiviation, à
l’aide des essais paramétriques appropriés;
v) modélisation prédictive du comportement à la lixiviation pendant la période
spécifiée ;
vi) validation du modèle comportemental, par l'une (ou plusieurs) des procédures
suivantes : vérification de la cohérence entre les essais paramétriques et un essai de
24Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
simulation à l’échelle pilote, vérification in situ du comportement prévu par la
simulation, ou comparaison avec des analogues naturels/géologiques ;
vii) conclusion (s’il s’avère impossible de répondre à la question posée à la première
étape, une réitération de la méthodologie est préconisée).
III) des méthodologies « substance », qui se focalisent sur les impacts associés à une
substance particulière. Un exemple est la méthodologie développée par l’European
Chemicals Bureau [ECB, 2003] : l’écotoxicité de chaque substance est considérée pour
un écosystème et une cible donnés et indépendamment des autres substances, sans
intégrer les effets de synergie ou d'antagonisme que leur mélange peut occasionner.
IV) des méthodologies d’évaluation des risques environnementaux et sanitaires,
spécifiques aux produits de construction. Un exemple est la méthodologie développée
par Mézière [2005], qui fait appel aux concepts décrit dans la norme EN 12920 [CEN,
1997 ; AFNOR, 2006] et qui comprend cinq étapes :
i) l’inventaire des scénarios d’évaluation (un scénario est définit par un triplet
« produit/usage/phase de vie ») ;
ii) la description des scénarios d’évaluation, qui s’attache à décrire en détail chacun
des termes du triplet ;
iii) la hiérarchisation des scénarios et l’identification des scénarios prioritaires ;
iv) la caractérisation des scénarios d’évaluation, qui se compose d’une phase de
caractérisation de l’exposition (expérimentalement) et d’une phase d’évaluation
des risques (qualitative, quantitative ou semi-quantitative) ;
v) la synthèse de l’évaluation des risques environnementaux et sanitaires relatifs à
l’ensemble des scénarios d’évaluation du produit de construction ;
Toutes ces méthodologies sont structurées autour de la chaîne de causalité « terme source » –
« terme transport » - « terme cible ». La plupart d’entre elles concernent uniquement le terme
source, mais pour toutes, le modèle conceptuel peut être considéré comme quasi-identique
(Figure I.1) [Tiruta-Barna et al., 2007].
25Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Figure I.1 Méthodologies d’évaluation détaillée de risques environnementaux - schéma du modèle
conceptuel (modifié d’après [Tiruta-Barna et al., 2007] )
Notre étude se propose de traiter le terme source, en se concentrant sur les spécificités des
produits de construction et en essayant d’intégrer une approche « horizontale »
’évaluation. On rappelle que le terme source est défini comme le flux de substance émis
L’estim
phénom
liquide. Ces phénom
2006].
I.3.
Cha
the able tant qu’aucun facteur extérieur ne le perturbe. Hors équilibre, le
d
vers l’environnement par un ouvrage [ADEME, 2002] et qu’une approche « horizontale »
veut dire applicable à une ou plusieurs familles de produits de construction [CE, 2005].
I.3 TERME SOURCE ET LIXIVIATION
ation du terme source est réalisée par une étude du transfert des substances et des
ènes physico-chimiques associés, générés par la mise en contact d'un solide et d'un
ènes sont regroupés sous l’appellation de « lixiviation7 » [AFNOR,
1 Description phénoménologique
que produit de construction peut être considéré comme un système
rmodynamiquement st
26Nicoleta SCHIOPU
7 D’autres termes spécifiques aux études concernant la lixiviation sont [AFNOR, 2002] : essai de lixiviation = essai au cours duquel un matériau est mis en contact avec un lixiviant et certains constituants du matériau sont extraits ; lixiviant = solution utilisée pour la mise en contact avec un matériau, lors d’un essai de lixiviation ; éluat = solution récupérée à l’issue d’un essai de lixiviation en laboratoire ; lixiviat = solution récupérée après sa mise en contact avec un matériau, en conditions naturelles d’exposition.
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 27
per
phé
Du
l’ét
1)
ité des produits de construction et de la gestion des déchets
chiopu et al., 2006] ;
) matrice poreuse organique (e.g. bois) : ces matrices ont fait l’objet d’études concernant
t al., 1996 ; Esser, 2001 ;
3) étudié
l., 1999 ; Qu et al., 2005] et des produit en contact avec
ue, 2001 ; Hoekstra, 2005].
de matrice a été étudié
; Vitrac, 2007] et très peu pour d’autres
ans le cadre
système évolue spontanément vers un nouvel état thermodynamiquement stable. Si le facteur
turbateur est un contact avec un liquide (le lixiviant), ce processus va engendrer des
nomènes d’émissions de substances solubilisées (lixiviation).
point de vue des propriétés pertinentes pour l’étude du comportement à la lixiviation, les
produits de construction peuvent être classés en produits à l’état granulaire et produits à
at monolithique. En fonction du type de matrice, ils peuvent être classés en produits à :
matrice poreuse minérale (e.g. béton) : c’est le type de matrice le plus étudié, notamment
dans les domaines de la durabil
(traitement, valorisation, stockage) [Andersson et al., 1989 ; van der Sloot, 1990; Berner,
1992; Barna, 1994 ; Sanchez, 1996 ; Batchelor et al., 1999, Tiruta-Barna et al., 2001 ; EA,
2004 ; S
2
notamment le comportement des bois traités (efficacité des produits de traitement et
relargage dans l’environnement) [Cooper, 1991; Lebow e
Podgorski et Merlin, 2001 ; Solo-Gabriele, 2003 ; van der Sloot et al., 2004 ; Moghaddam
& Mulligan, 2007] ;
matrice non-poreuse métallique (e.g. métaux laminés) : ce type de matrice a été
dans le domaine de la corrosion des matériaux métalliques [Derrien, 1990 ; Falk et al.,
1998 ; El-Mahdy, 2005, etc.], des rejets urbains par temps de pluie [Odnevall Wallinder et
al., 1998 ; Gromaire-Mertz et a
l’eau destinée à la consommation humaine [Edwards et Sprag
4) matrice non-poreuse organique (e.g. polymères) : ce type
notamment dans le domaine de produits en contact avec l’eau destinée à la consommation
humaine ou les aliments [Hoekstra, 2005
applications [Mézière, 2005] ;
5) matrice non-poreuse minérale (e.g. verres) : ce type de matrice a été étudié d
des études sur la gestion des déchets par vitrification [Eighmy et al., 1998 ; Spence et al.,
1999].
De part leur réactivité vis-à-vis du contact avec l’eau, les espèces se trouvant dans ces
matrices peuvent être classées en deux catégories [Barna, 1994] :
- espèces non réactives, qui soit se trouvent dans des phases minéralogiques stables et
insolubles, soit présentent une forte solubilité indépendamment des variations physico-
chimique du milieu (e.g. le sodium et le potassium dans une matrice cimentaire) ;
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 28
lontairement « ajoutées » à la matrice d’un matériau (e.g.
lors du traitement de préservation du bois).
es en :
-
Les ablissement d’un nouvel équilibre thermodynamique
comprennent d'une part les réactions physico-chimiques de mobilisation et d'autre part les
phénomènes de transfert entre le solide et le lixiviant [Barna, 1994]. Les réactions se
réalisent avec une certaine vitesse et si elle est très rapide, les réactions sont considérées
comme instantanées, hypothèse souvent utilisée dans l’interprétation des résultats
d’évaluation [Sanchez et al., 1999 ; Tiruta-Barna et al., 2001]). Quant aux phénomènes de
transfert, pour une matrice poreuse peu perméable, le transport se fait notamment par
diffusion des espèces selon le gradient de concentration entre le matériau et le lixiviant
[Barna, 1994]. Pour une matrice non-poreuse les phénomènes de dissolution à l’interface
solide/liquide sont les principaux responsables du transfert entre le solide et le lixiviant
[Verdu, 2000 ; He et al., 2001b].
Ces phénomènes sont influencés par plusieurs cteurs qui peuvent être :
- endogènes (spécifiques au matériau): porosité, nature des phases minéralogiques, contenu
st-à-dire la fraction du contenu total potentiellement disponible à
- espèces réactives qui participent activement aux réactions en phase aqueuse
(oxydoréduction, acido-basique, complexation) ou entre le solide et le liquide (dissolution,
échange ionique, désorption).
Par rapport à leur origine, les espèces peuvent être classées en :
- espèces endogènes, qui font partie intégrante d’un matériau ;
- espèces exogènes, qui sont vo
Par rapport à leur quantité dans le matériau, les espèces peuvent être classé
- espèces majoritaires, qui déterminent les propriétés chimiques du matériau ;
espèces en traces, qui se trouvent en très faible quantité mais souvent il s’agit des espèces
polluantes (e.g. métaux lourds).
phénomènes engendrés pour l’ét
fa
disponible en espèces (c'e
la lixiviation, cf. Figure I.2), etc.
- exogènes (spécifiques aux conditions d’exposition) : composition du lixiviant,
température, temps de contact etc.
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Figure I.2 Disponibilité à la
(modi lixiviation d'une espèce a) matrice non-poreuse et b) matrice poreuse fiée d’après [Côté, 1986] cité dans [Réthy, 2001])
I.3.2
Les pr
lixiviat
ces out
I.3.2.1
Les essais de lixiviation sont les outils les pl
littératu
des sol
classés en deux grandes catégories [EC, 1990; EA, 2004] :
I.
Outils d’évaluation
incipaux outils d’évaluation du terme source peuvent êtres classés en : essais de
ion, essais de caractérisation physico-chimique et essais à l’échelle pilote. En général,
ils s’avèrent complémentaires.
Essais de lixiviation
us utilisés pour l’évaluation du terme source. La
re présente un grand nombre d’essais de lixiviation appliqués à l'étude des déchets,
s pollués et dans une moindre mesure, des produits de construction. Ils peuvent être
Essais en conditions stationnaires : il s’agit des essais conduits sur des matériaux à l’état
nulaire (initial ou obtenu après une réduction granulométrique des monolithes) et dans
ettent d’atteindre des conditions stationnaires (faible
étrie, temps suffisamment long, etc.). L’atteinte des conditions stationnaires est
gra
des conditions opératoires qui perm
granulom
vérifiée par la mesure d’indicateurs clés à différents moments de l’essai (e.g. une variation
inferieure à 0,3 unités de pH e à 44 et 48 heures [CEN, 2002]) ;
ce type d’essai est utilisé notamment pour l’identification des facteurs d’influence sur la
ntre les mesures effectuées
solubilisation des espèces (e.g. pH, potentiel redox, etc.) ou à des fins réglementaires. Ils
peuvent être classés en:
1) essais d’extraction : essais qui assurent l’atteinte rapide de l’état stationnaire par
différentes techniques d’agitation (Figure I.3) ; une étude concernant l’influence du
29Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 30
end over end ») ; les
2) : consistent en la mise en contact répétée
re la concentration de l’éluat en espèces lixiviées ; ces
essais fournissent des informations sur la quantité des espèces maximale extractible ;
entes de l’essai) avec de nouveaux
type d’agitation sur le relargage des espèces [van der Sloot et al., 2001] conclut que la
technique d’agitation a un impact considérable sur les résultats des essais et
recommande l’utilisation de la technique à agitateur rotatif («
essais avec agitation sont utilisés notamment pour l’étude des facteurs d’influence sur
la solubilisation des espèces ou à des fins réglementaires ;
essais d’extraction séquentielle ou en continu
ou en continu du même échantillon granulaire de matériau avec un nouveau volume de
lixiviant ; un cas spécifique est l’essai de type “Soxhlet” pour lequel un système de
recyclage du lixiviant assu
3) essais de type « concentration build-up » : consistent en la mise en contact répétée du
même lixiviant (obtenu aux séquences précéd
échantillons de matériaux ; ce sont des essais peu utilisés et peu de littérature est
disponible quant à leur applicabilité [EA, 2004].
Figure I.3 Techniques d’agitation pour les essais de lixiviation
II. Essais en conditions dynamiques
(modifiée d’après [EA, 2004])
: il s’agit d’essais conduits sur des matériaux à l’état
lixiviant) ne permettent pas l’atteinte des conditions stationnaires pendant la période de
monolithique ou granulaire et dont les conditions opératoires (e.g. le renouvellement du
l’essai; ce type d’essai est utilisé notamment pour la caractérisation de la dynamique du
relargage (e.g. coefficient de diffusion, flux de relargage, etc.). Ils peuvent être classés en :
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 31
atériaux à
itions dynamiques étant assurées par le renouvellement en
La
lixi
pour vérifier la conformité du comportement des
Le
pro
Des
I.1.
1) essais à renouvellement séquentiel du lixiviant : essais conduits sur des m
l’état monolithique, les conditions dynamiques étant assurées par le renouvellement
complet du lixiviant après des périodes de contact prédéfinies ;
2) essais à renouvellement en continu du lixiviant : essais conduits sur des matériaux à
l’état monolithique, les cond
continu de lixiviant, avec un certain débit ;
3) essais de percolation : essais utilisés pour la caractérisation de la dynamique de
relargage des matériaux à l’état granulaire ; l’essai peut être conduit en écoulement
ascendant ou descendant ;
norme européenne EN 12920 [CEN, 2006] donne une classification des essais de
viation à trois niveaux, en fonction de leur objectif :
1) essais de caractérisation : pour caractériser et déterminer le comportement à la
lixiviation des matériaux/déchets, à court et à long terme ;
2) essais de conformité :
matériaux/déchets avec le comportement identifié précédemment lors des essais de
caractérisation et /ou avec les seuils réglementaires ;
3) essais de vérification in situ : pour un contrôle rapide (quelques minutes) afin de
confirmer l’identité du matériau/déchet concerné par rapport à celui testé lors d’essais
de conformité (utilisés par exemple, à l’admission d’un déchet sur le site d’une
décharge).
même principe de classification est retrouvé dans le mandat concernant l’évaluation des
duits de construction mais une autre appellation est utilisée [CE, 2005]:
1) essais initiaux (EI), pour déterminer les caractéristiques qui seront mentionnées dans
les informations qui accompagnent le marquage CE ;
2) essais de contrôle (EC), qui permettent au fabricant de s'assurer que les valeurs des
caractéristiques mesurées lors de l'essai de type initial ne sont pas modifiées par la
suite ;
3) essais de routine (ER), pour le suivi rapide et régulier des caractéristiques des produits.
exemples d’essais de lixiviation et leurs principaux paramètres sont donnés dans l’annexe
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 32
I.3.
En s de lixiviation, d’autres outils expérimentaux sont utilisés lors des
pro r le comportement
1)
2)
3)
e fluorhydrique et acide borique), van der Sloot [2003] conclut que le choix de
4)
t au
développement du modèle chimique du comportement des produits au relargage (cf. §
IV). Elles peuvent être identifiées et éventuellement quantifiées par diffraction des rayons
X (les formes cristallines), par spectrométries de surface (en surface ou en profondeur de
2.2 Essais de caractérisation physico –chimiques
complément des essai
études du comportement à la lixiviation. Il s’agit des essais de caractérisation de différentes
priétés physico-chimiques des matériaux qui peuvent avoir un impact su
au relargage, comme par exemple :
la masse volumique apparente, qui est calculée après détermination de la masse et du
volume apparent de l’échantillon. Le volume peut être soit calculé à partir des dimensions
de l’échantillon soit mesuré, par immersion dans un liquide non – mouillant ou à l’aide de
la méthode par pesée hydrostatique (présentée dans le § II.2.1.1.4) ;
le taux d’humidité (pour les produits poreux) ; la connaissance du taux d’humidité est
indispensable pour la réalisation des essais de lixiviation, car il est pris en considération
lors du calcul du rapport entre le volume de lixiviant et la masse du produit à l’état sec
(ratio L/S en L/kg) ou la surface du produit (L/A, cm3/cm2). Généralement, il est
déterminé par évaporation de l’eau libre jusqu’à une masse constante de
l’échantillon [CEN, 2002b] ;
le contenu total ; la connaissance du contenu total initialement présent dans les produits
de construction permet de faire un bilan massique quant aux quantités des espèces émises
dans l’eau, lors des différentes conditions d’expérimentation. Il peut être déterminé, par
analyse directe (spectrométrie d’arc et fluorescence X) ou indirecte après mise en solution
(par attaque acide, par fusion, par combustion etc.) [Barna et al., 1995]. Pour quatre types
de matrice (sols, sédiments, boues, biodéchets), en comparant différentes méthodes de
détermination du contenu total par attaque acide (i.e. avec différents réactants de mise en
solution : acide nitrique, eau régale, mélange acide nitrique et perchlorique et mélange eau
régale, acid
la méthode de mise en solution présente une importance relativement faible pour les
études concernant le comportement à la lixiviation (à condition de préciser toutefois la
méthode utilisée), car peu d’espèces sont très sensibles à la méthode d’extraction (dans ce
cadre d’étude, où en général, plusieurs ordres de grandeur sont enregistrés entre le contenu
total et la quantité lixiviable dans les conditions réelles d’exposition ; parmi les 17 espèces
analysées seuls Si, V, Cr et As présentent une sensibilité vis-à-vis de la méthode utilisée) ;
les phases minéralogiques ; la connaissance de ces phases permet une meilleure
interprétation des résultats obtenus lors des essais de lixiviation et contribue égalemen
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 33
s) et par microscopie optique ou électronique à balayage
nne pas la valeur de la porosité ouverte à l'eau qui est considérée comme un paramètre
de base pour l’interprétation des phénomènes de transfert de matière [Réthy, 2001]. En
e à l’eau est nécessaire notamment pour la
détermination du volume de solution se trouvant dans les pores (solution appelée « eau
2006, Nguyen, 2006]. Le principe de l'évaluation de la CAE du matériau consiste à
immerger un échantillon, de masse sèche connue, dans un volume d'eau déminéralisée et
ue (e.g. 30 jours) pour que les pores ouverts de
se fait par pesée hydrostatique. Cette
dernière technique a été retenue pour la présente étude et elle est décrite dans le §
quelques dizaines d’angström
[Barna et al., 1995] ;
5) la capacité de neutralisation acido-basique des matériaux, qui est déterminée à l’aide
d’un essai normalisé [CEN, 2002a] qui sera décrit dans le § II.2.1.2.1.
6) la porosité (dans le cas des matrices poreuses) peut être déterminée par plusieurs
méthodes. Pour les matrices minérales, la porosimétrie au mercure (MIP) occupe une
place de choix [Mosquera, 2006]. Cependant, cette technique très utilisée a été récemment
remise en cause [Diamond, 2000 ; Kumar et Bhattacharjee, 2003]. De plus, la MIP ne
do
effet, la connaissance de la porosité ouvert
des pores ») et qui participe au transfert de matière avec un lixiviant. L’estimation de la
porosité ouverte à l’eau peut être réalisée par une technique dite de la capacité
d'absorption en eau (CAE) [Barna et Méhu, 1999; Imyim, 2000 ; Rethy, 2001] ou à l’aide
de la méthode par pesée hydrostatique [RILEM, 1980 ; Mosquera et al., 2006 ; Roux et
al.,
de le laisser pendant une période assez long
la matrice soient saturés en eau. La méthode par pesée hydrostatique repose sur le même
principe mais la durée de l’essai est réduite grâce à une technique de saturation en eau à
pression réduite et la détermination des volumes
II.2.1.1.4 ;
7) la composition de l’eau des pores (dans le cas des matrices poreuses) ; sa connaissance
est nécessaire pour l’évaluation du gradient de concentration entre l’eau des pores et le
lixiviant ainsi que pour la modélisation du comportement à la lixiviation des produits (les
concentrations en différentes espèces constitueront les concentrations initiales de la
solution, cf. § IV). Elle peut être soit analysée directement après extraction à des pressions
élevées (e.g. environ 380 MPa pour une matrice cimentaire [Longuet, 1973]), soit estimée
à partir des essais de lixiviation à des ratios L/S (L/kg) décroissants, par extrapolation des
résultats au ratio L/S correspondant à la porosité ouverte du matériau [Imyim, 2000].
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
I.3.2.3 Essais à l’échelle pilote
Les essais à l’échelle pilote sont censés simuler au mieux le scénario réel d’usage des
produits, afin de valider les résultats obtenus à l’échelle laboratoire et /ou par modélisation
mécaniste. Ils peuvent être conduits en conditions contrôlées (e.g. installés dans des halls
d’essai, avec l’avantage de bien maitriser les paramètres d’influence mais avec l’inconvénient
de ne pas pouvoir intégrer l’ensemble des facteurs d’influence) ou en conditions naturelles /
non-contrôlées, qui présentent l’avantage d’être plus proches du scénario réel d’usage des
produits mais qui nécessitent le suivi des paramètres climatiques (pluviométrie, température,
etc.).
I.4 CAS D’ETUDE
Nicoleta SCHIOPU 34
nt
en bois
atrice poreuse organique) et un produit en zinc laminé (matrice non – poreuse
I.4.
Les
Le
d'e
rigi
chi ylor, 1992]. Les ciments peuvent être classés en
(CE ts pouzzolaniques (CEM IV), ciments
u laitier et aux cendres (CEM V). Le Ciment Portland est obtenu par broyage du clinker
Dans cette recherche trois produits de construction correspondant à trois types de matrice so
étudiés. Il s’agit d’un produit en béton (matrice poreuse minérale), un produit
(m
métallique). Ils ont été sélectionnés selon les critères présentés dans le deuxième chapitre (§
II.1.2).
1 Matrice poreuse minérale : le béton
produits de construction à base de béton sont incontournables dans le domaine du BTP.
béton est un matériau obtenu par mélange de ciment, de granulats (sable et gravillons),
au et éventuellement d'adjuvants [AFNOR, 2002].
Le ciment est un liant hydraulique, c'est-à-dire qu’en présence d’eau il forme une pâte qui se
difie (phénomène de prise) et durcit progressivement suite à différents processus physico –
miques (phénomènes d’hydratation) [Ta
cinq grandes familles [AFNOR, 2001a] : ciment Portland (CEM I), ciment Portland composé
M II), ciments de hauts fourneaux (CEM III), cimen
a
Portland auquel du sulfate de calcium est ajouté (environ 3 – 5 %) en tant que régulateur de
prise. Le clinker Portland est issu d’un mélange d’environ 80% de calcaire (CaCO3) et 20%
d’argile qui est soumis à une cuisson à 1450°C et qui conduit à différents silicates et
aluminates anhydres. Les principales phases minéralogiques du clinker sont [Taylor, 1992]: le
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
silicate tricalcique (alite ou C3S, selon la notation cimentaire8) entre 50 et 70%, le silicate
dicalcique (bélite ou C2S) entre 15 et 30%, l’aluminate tricalcique (célite I ou C3A) entre 5 et
10% et l’alumino-ferrite tétracalcique (célite II ou C4AF) entre 5 et 15 %. En plus de ces
principaux constituants, le clinker contient d’autres phases en faible quantité, comme par
exemple, le périclase (MgO), la chaux libre (CaO), les sulfates alcalins (K2SO4, Na2SO4) et
des métaux lourds en traces (entre 20 et 300 mg/kg au total), comme par exemple, le chrome
(e.g. sous forme de Cr-ettringite, adsorbé sur les oxydes de fer [Davis et Leckie, 1980 ;
ADEME, 2006]), le plomb, le cuivre, le zinc (e.g. piégés dans les CSH), etc. [Moudilou,
2000]. Quant à l’origine de ces métaux dans le ciment, trois sources ont été identifiées
[Modilou, 2000] :
- les matières premières minérales (calcaires, argiles et ajouts correctifs) et les combustibles
fossiles (charbon ou coke de pétrole) utilisés pour le four cimentier,
- les déchets (pneus usagés, huiles, sciures imprégnées etc.) utilisés pour co-incinération,
- les constituants autres que le clinker ajoutés dans les différents types de ciments.
E
Nicoleta SCHIOPU 35
n fin d’hydratation des différentes phases minéralogiques du ciment, les principaux
constituants obtenus sont [Bennett et al., 1992 ; Hewlett, 1998]:
- les silicates de calcium hydratés (CSH) qui sont les principaux constituants de la pâte de
ciment (60 à 70 %). Les CSH sont des gels amorphes avec de ratios Ca/Si et Si/H2O
variables et qui présentent une dissolution incongruente (dissociation sélective non
stœchiométrique). Certains modèles représentent la dissolution de ces phases [Berner,
1992 ; Stronach, 1997] considèrent trois ratios Ca/Si (1,8 ; 1,1 ; 0,8) comme représentatifs
pour la gamme de valeurs possibles et à chacune une solubilité congruente est attribuée.
- l’hydroxyde de calcium (Ca(OH)2) ou la Portlandite qui représente 20 à 30 % de la
pâte de ciment. La Portlandite est le principal constituant responsable de l’alcalinité
(pouvoir tampon) de la pâte de ciment.
- les sulfo – aluminates de calcium, tels que l’ettringite (C3A·3CS·H32) et le monosulfate
(C3A·CS·H12) qui représentent 5 à 15 % de la pâte.
Le granulat est définit par la norme NF EN 12620 comme étant « un matériau granulaire
utilisé en construction » et qui peut être naturel (« granulat d’origine minérale n’ayant subi
ucune transformation autre que mécanique »), artificiel (« granulat d’origine minérale
résultant d’un procédé industriel comprenant des modifications thermique ou autres ») ou
a
8 Les notations cimentières : A = Al2O3 ; C= CaO ; F=Fe2O3 ; H=H20 ; S= SiO2; S =SO3
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 36
imique des granulats est très
lats naturels on distingue trois grands
gneiss, etc.), roches silicatées basiques (e.g. diorite, basaltes, amphibolites, etc.), roches
pré st fréquente ; si les
granulats alluvionnaires sont souvent constitués d’un mélange de grains de natures chimiques
fort
L’h
con e poreuse. La structure poreuse (volume, taille, géométrie et
istribution des pores) est fortement influencée par le rapport massique eau / ciment (E/C).
solution ou eau des pores »), qui remplie une partie ou la totalité des pores de la
matrice. Seules l’eau adsorbée et l’eau libre sont évaporables par séchage à 105°C [Moudilou,
2000]. L’eau des pores est fortement alcaline (pH s
épendante de l’âge de la matrice cimentaire. Les espèces majoritaires dans l’eau des pores
: OH- (320 à 710 m + ol/L, pour
pâte âgée de six mois), Ca2+
ur u 2- (0,35 mmol/L, pour une pâte âgée d’un
oudilou, 2000].
recyclé (« granulat résultant de la transformation de matériaux inorganiques antérieurement
utilisés dans la construction ») [AFNOR, 2003]. De par leur taille, les granulats sont classés
en fonction de la plus petite (d) et la plus grande (D) dimension du grain. On distingue les
familles de granulats suivantes [AFNOR, 2003] : fillers (0/D, D< 2 mm), sablons (0/D, D<
1 mm), sables (0/D, 1< D ≤ 6,3 mm), graves (0/D, D > 6,3 mm), gravillons (d/D, d ≥ 1 et D ≤
125 mm), ballasts (d/D, d ≥ 25 mm et D ≤ 50 mm). La nature ch
diverse, en fonction de leur provenance. Pour les granu
familles [Hewelett, 1998] : roches siliceuses acides9 (e.g. granite, rhyolite, quartzite, silex,
carbonatées (roches constituées en majorité de cristaux de calcite ; il est à noter que la
sence de minéraux argileux mêlés aux cristaux de carbonates e
proportions en sont importantes, la roche n’est plus un calcaire mais une marne). Les
différentes. La nature chimique, la taille et la proportion des granulats dans un béton ont une
e influence sur certaines propriétés du matériau.
ydratation du ciment conduit à un mélange complexe des phases amorphes et cristallines
stituant une matrice minéral
d
Pour un rapport E/C de 0,5, la porosité d’une pâte de ciment hydraté est de 25 à 30 % en
volume [Hewlett, 1998]. Dans cette matrice, l’eau peut se retrouver sous trois formes [Sierra,
1982, cité par Moudilou, 2000] : l’eau de constitution, chimiquement liée dans les CSH, l’eau
adsorbée sur les CSH (par forces de van der Waals et /ou par liaison hydrogène) et l’eau libre
(appelée «
upérieur à 13) et sa composition est
d
mol/L, pour une pâte âgée de six mois), K (240 à 550 mmsont
une pâte âgée de six mois), Na+ (80 à 160 mmol/L, pour une
(0,48 mm po ne pâte âgée d’un mois), SOol/L 4
mois) et acide silicique [Taylor, 1992, M
9 L’index d'acidité correspond au rapport de la silice sur la somme des cations. Si l'index est > 60% alors la roche est dite acide ou saturée ou baptisée minéral siliceux. Si l'index est compris entre 60% et 50%, alors la roche ou le minéral est dit neutre et pour un index inférieur à 50% acide [Hewelett, 1998].
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 37
re [Andersson et al., 1989 ; van der Sloot, 1990; Berner, 1992;
Barna, 1994 ; Sanchez, 1996 ; Batchelor et al., 1999, Moudilou, 2000, Tiruta-Barna et al.,
2001]. Lors de ces études de nombreux essais ont été développés et/ou appliqués pour
tériser le comportement des matériaux dans différentes conditions (cf. annexe I.1). Les
rincip ntifiés sont :
les caractéristiques du lixiviant : pH, composition,
les caractéristiques de contact : ratio volume de lixiviant /surface de produit, temps de
tions dans la
matrice (e.g. pH, porosité etc.),
intensité de l’effet dépend du degré de saturation en eau et
de la porosité du matériau, de la vitesse de refroidissement, du nombre de cycles gel
/dégel, etc. [Hewlett, 1998]
Plusieurs modèles de comportement ont été proposés pour décrire le relargage des espèces
contenues dans des produits à matrice cimentaire, tous étant basés sur le modèle diffusionnel.
Ainsi, le modèle diffusionnel pur suppose que le transfert de matière à travers le système
por uré sion. Cela est décrit par la 2ème loi
de
De nombreuses études ont concerné l’évaluation du comportement à la lixiviation de
matériaux à matrice cimentai
carac
p au teu ’influence sur le relargage idex fac rs d
-
-
contact,
- la température, qui peut avoir une influence sur les phénomènes physico-chimiques, sur le
transport des substances, sur la structure et la stabilité de la matrice,
- les phénomènes de carbonatation, qui peuvent provoquer des modifica
- les phénomènes de gel/dégel, qui induisent des modifications dans la matrice cimentaire :
microfissuration, évolution de la répartition poreuse, dissolution et migration de la
portlandite [Girodet, 1996] ; l’
eux sat en eau est contrôlé exclusivement par diffu
Fick :
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
+∂∂
+∂∂
=∂∂
2
2
2
2
2
2
zC
yC
xCD
tC
eε (I.1)
t = temps (s).
où : C = C(x,y,z,t), concentration de l'espèce dans les pores (kg· m-3], De = coefficient de diffusion effectif (m2·s-1), ε = porosité ouverte à l’eau (%), x, y, z = coordonnées (m), Le coefficient de diffusion effectif (De) d'une espèce dans un milieu poreux est proportionnel
au coefficient de diffusion de l'espèce dans l'eau (Daq) et la constante de proportionnalité,
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
appelée « diffusivité », prend en compte les paramètres physiques du milieu poreux [van
Brakel and Heertjes, 1974] :
1avecDD 2aq2e <=τδε
τδε (I.2)
où :
ε = porosité ouverte à l’eau (%), δ = constrictivité, τ = tortuosité
a constrictivité (δ) prend en compte le fait que la section des pores varie sur leur parcou
L rs.
p
tr
P
re
a
Sa valeur dépend du rapport entre le diamètre de la molécule en solution et le diamètre des
ores (δ < 1). La tortuosité (τ) traduit la longueur du chemin réel que doit parcourir l'espèce à
avers la structure des pores par rapport au chemin apparent rectiligne (τ ≥ 1).
our un solide semi-infini, tant que l'hypothèse de concentration nulle à l'interface est
spectée, la masse totale relarguée peut être calculée à partir de l’équation de la diffusion
vec la formule [Cranck, 1975] :
π
teDCtM
⋅⋅⋅= 02)( (I.3)
tAtMAD
C e log21)(log)(constant)2log(:si 0 +=⇒=⋅⋅
π
où :
M(t) = masse cumulée relarguée (kg) ;
C0 = concentration initiale relargable (kg/m3) ;
De = coefficient de diffusion effectif (m2/s) ;
t = temps (s)
our un mécanisme de relargage purement
P diffusionnel, sur une représentation en échelle
é à partir de l’équation de la droite
de tendance et en connaissant la concentration initiale relargable (C0).
la matrice. Une amélioration de ce modèle a été réalisée par Barna [1994] qui a développé un
logarithmique de la masse en fonction du temps, les points sont donc alignés sur une droite de
pente de + 0,5 et le coefficient de diffusion peut être calcul
Une analyse critique du modèle diffusionnel et des interprétations associées a été réalisée par
Moszkowicz et al. [1994]. Ils concluent que le modèle diffusionnel pur ne décrit correctement
que le transport des espèces qui ne participent pas à des interactions physico-chimiques avec
38Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 39
tiques pour
décrire certains phénomènes (e.g. la dissolution des solides). Pour résoudre les systèmes
par son origine biologique en deux grandes
modèle tridimensionnel capable de prendre en compte l’épuisement de l’espèce au cœur du
solide. L’auteur préconise également le couplage du transport (modèle de transport) avec les
phénomènes physico-chimiques de solubilisation (modèle chimique). Pour ces modèles
(couplés transport / réactions chimiques), deux approches de modélisation sont rencontrées
[Barna et al., 1994 ; Sanchez, 1996 ; Baker and Bishop, 1997 ; Imyim, 2000 ; Tiruta-Barna et
al., 2000 ; ADEME, 2005; Halim et al., 2005 ; Tiruta-Barna et al., 2006 etc.] :
- modèle à front de solubilisation ou à front rentrant ne prenant pas en compte le couplage
avec d’autres espèces. Ce modèle a été utilisé avec succès pour décrire le comportement du
calcium dans le cas de déchets stabilisés / solidifiés par liants hydrauliques [Bae, 1998] ;
- modèle couplé diffusion /réactions chimiques prenant en compte plusieurs espèces. Ces
modèles qui décrivent l'ensemble des interactions chimiques entre les phases solides et la
phase liquide (et éventuellement une phase gazeuse) font appel à des modèles
thermodynamiques et à des bases de données contenant les valeurs caractérisant les
différentes réactions (constantes d'équilibre, enthalpies libres). En effet, la modélisation
chimique consiste en une écriture des réactions auxquelles participe l'espèce étudiée, chaque
réaction étant caractérisée par sa constante d'équilibre thermodynamique. Cela conduit à des
systèmes d'équations algébriques où les variables sont les activités des espèces intervenant
dans les réactions chimiques. Les modèles chimiques sont basés sur la loi d'action de masse
caractéristique à chaque type d'équilibre (acido-basique, dissolution/précipitation,
complexation, redox, adsorption de surface, etc.), la conservation des espèces participant
aux différentes réactions, l'électroneutralité du système, et sur des modèles ciné
d’équations ainsi obtenus, de nombreux logiciels de calcul ont été développés (MINTEQ
[Allison et al., 1991], PHREEQC [Parkhurst and Appelo, 1999], CHESS [van der Lee and
de Windt, 2002], ORCHESTRA [Meeussen, 2003], GEOCHEMIST WORKBENCH®
[Bethke, 2006], etc.). Certains de ces logiciels (e.g. PHREEQC) permettent le couplage du
modèle chimique et du modèle transport.
Les résultats des calculs permettent d'obtenir les concentrations des différentes espèces dans
les phases étudiées (liquide, solide et éventuellement gaz).
I.4.2 Matrice poreuse organique : le bois
Le bois est un matériau traditionnellement utilisé dans la construction. Il est un matériau
poreux à matrice organique végétale, classé de
catégories : bois tendre, provenant des gymnospermes, communément nommés conifères et
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 40
caté x
de
et la lignine (environ 20 %)) et de composés à faible poids moléculaire (environ 5%), qui sont
200
groupes hydroxyles permettant la formation des liaisons hydrogènes intra et intermoléculaires
saccharides (glucose, galactose,
ylose, arabinose, mannose, acides uroniques) qui apportent au bois entre autres
qui est un constituant à part entière du bois, l’eau liée qui est fixée aux
re
e
v
d
b
-
l’humidification ;
bois dur, provenant des angiospermes, communément nommés feuillus. Chacune de ces
gories renferme des milliers d’essences différentes. La structure cellulaire des deu
grandes catégories de bois est présentée dans l’annexe I.2. Chimiquement, le bois est composé
trois bio-polymères (la cellulose (environ 45% en poids), les hémicelluloses (environ 30%)
plus au moins volatils et extractibles dans l’eau ou dans des solvants organiques [Govin,
4]. La cellulose est un homopolymère (β-D-glucopyranose) qui présente de nombreux
[Barnoud, 1980]. Les hémicelluloses sont des hétéropoly
x
l’hygroscopie, le gonflement et la plasticité [Joseleau, 1980]. La nature des hémicelluloses
diffère de façon importante entre les conifères et les feuillus [Sjöström, 1993]. La lignine est
le nom générique donné à un réseau complexe de polymères obtenu par polymérisation de
trois alcools aromatiques (p-coumarylique, coniférylique et sinapylique) et dont la structure
n’est pas entièrement élucidée [Govin, 2004]. La lignine exerce un rôle protecteur vis-à-vis de
la cellulose et des hémicellulose qui sont plus facilement attaquables par divers facteurs
biologiques [Govin, 2004]. Les composés à faible poids moléculaire sont de nature organique
(les tanins (polyesters, polyphénols), les terpènes, les terpènoϊdes, les acides gras, les alcanes,
les alcools gras et les sucres) et inorganique (sels ou oxydes minéraux à base de calcium,
magnésium, potassium, silicium, zinc, cuivre, plomb etc.). Ils apportent au bois des propriétés
comme la couleur, l’odeur et une certaine défense contre les attaques biologiques.
Le bois est un matériau plus au moins acide (avec un pH compris entre 6 pour le frêne et 2,5 à
3 pour le Western Red Cedar) et hygroscopique, c'est-à-dire qui absorbe une certaine quantité
d’eau afin d’établir un équilibre avec l’humidité de l’air environnant [Podgorski et Merlin,
2001]. Au sein du bois, l’eau peut se retrouver sous trois formes [Govin, 2004] : l’eau de
constitution
biopolymères par des forces intermoléculaires physiques ou chimiques et l’eau libre qui
mplit les pores du matériau. Le taux d’humidité au point de saturation varie généralement
ntre 25 et 35% (en fonction de l’essence et des conditions environnantes). De par sa nature
égétale, le bois est sensible aux attaques biologiques. En fonction des situations en service
u produit à base de bois, la norme EN 335 [CEN, 1992] définit 5 classes de risques
iologiques :
classe de risque 1 : sous abri, entièrement protégé des intempéries et non exposé à
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 41
-
ée peut conduire à une humidification occasionnelle mais non persistante ;
- ujours supérieure à 20 % en tout ou partie de son
-
P
tr sant des substances biocides (par
e lus strictes en
atière d’emploi de substances biocides. Ainsi, dans les années 60, l’aldrine (interdite à
iverses substances organiques de synthèse comme par exemple
propiconazole, le tébuconazole, l’azaconazole, etc. Ces substances actives utilisées dans la
classe de risque 2 : sous abri, entièrement protégé des intempéries, mais où une humidité
ambiante élev
- classe de risque 3 : ni abrité, ni en contact avec le sol ; le produit est soit continuellement
exposé aux intempéries, soit à l’abri des intempéries mais soumis à une humidification
fréquente ;
classe de risque 4 : bois à humidité to
volume (bois en contact du sol, bois placé horizontalement à l'extérieur, bois en contact
avec l'eau douce);
classe de risque 5 : en permanence exposé à l’eau salée.
our les cas où le bois n’est pas naturellement durable dans les conditions d’usage, des
aitements de préservation peuvent être pratiqués en utili
définition toxiques pour certaines formes de vie). Les substances actives utilisées ont évolué
n fonction des contraintes législatives imposant des conditions de plus en p
m
présent [JORF, 1992]) et les créosotes (réglementées à présent [CCE, 2001]) étaient
couramment employées pour la préservation du bois. Ensuite les produits connus sous le nom
de « CCA – cuivre, chrome, arsenic » ont prédominé pour la préservation du bois. A présent,
les produits de type CCA sont de moins en moins utilisés voire interdits pour certains usages
(constructions résidentielles [AWPA, 2001; JORF, 2004]). Les alternatives aux produits type
« CCA » sont des produits dits « nouvelle génération », par exemple à base de bore (e.g. acide
borique), cuivre (e.g. CuO) et d
le
préservation du bois sont donc toxiques pour les organismes susceptibles de l’attaquer
(insectes, champignons, moisissures etc.). En ce qui concerne leur comportement
environnemental et toxicologique, quelques informations sont données ci-après [OMS, 2004 ;
IVI, 2005] :
- le propiconazole (famille chimique des triazoles) est un fongicide systémique qui inhibe la
biosynthèse de l’ergostérol par les champignons. Il est modérément soluble dans l'eau (110
mg/L à 20°C) et dans le sol, sa mobilité est faible, mais augmente en conditions alcalines.
Le propiconazole n'est pas classé comme tératogène, mutagène, ou inhibiteur reproducteur.
Cependant, en se basant sur l'incidence des tumeurs du foie chez les souris, l'U.S-EPA
(United States Environmental Protection Agency) a classé le propiconazole comme
carcinogène humain possible (groupe C) et l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé)
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 42
ue, l’oxyde cuivrique et le sulfate de cuivre ont été examinés par l’Union Européenne
mais n’ont pas été classés cancérigènes ou génotoxiques ;
les adjuvants au bois (produits de préservation, d’entretien etc.) ne sont
s s comme potentiellement toxiques. La question se pose
éga le bois (comme par exemple des
mé
méta
seron ilaire sur les bois non traités peut être
con
Suite
et de
d’éva
l’élab
en 20 ale pour application provisoire. Jusqu’à présent, au niveau
ances dans
a n bois - la norme XP ENV 1250-2 [CEN, 1994], mais elle spécifie
ussi que « les résultats ne peuvent être reliés aux conditions d'exposition en service
comme modérément toxique (deuxième classe de toxicité, avec une dose létale (DL) de
1520 mg/kg) ;
- le tébuconazole (famille chimique des triazoles) est une substance active présente dans de
nombreux fongicides qui agit sur la biosynthèse des stérols. Il a un comportement similaire
au propiconazole et l’OMS l’a classé comme légèrement toxique (troisième classe de
toxicité, avec une DL de 1700 mg/kg) ;
- le cuivre a une toxicité variable en fonction de la forme sous laquelle il se trouve, ainsi dans
la classification OMS, l’hydroxyde de cuivre fait partie de la classe III de toxicité
(légèrement toxique) avec une DL de 1000 mg/kg, tandis que le sulfate de cuivre avec une
DL de 300 mg/kg, fait partie de la classe II de toxicité (modérément toxique). Le chlorure
cuivriq
- le bore n’est présent dans la classification OMS que sous forme de borax. Il est considéré
comme «peu susceptible de poser un risque aigu dans l’utilisation normale».
Il faut préciser que
pa les seuls à être considéré
lement pour les composés naturellement présents dans
taux lourds absorbés par l’arbre d’un sol éventuellement pollué ou naturellement chargé en
ux [Conus et al., 2007 ; Heroult et al., 2007]). Toutefois dans le cadre de cette étude, ne
t considérés que les bois traités. Une étude sim
sidérée comme nécessaire.
à l’adoption de la directive « Biocides » [CCE, 1998b], l’Organisation de Coopération
Développement Economique (OCDE) a été chargée d’harmoniser des méthodes
luation pour les produits biocides [OCDE, 2005]. Ce travail s’est concrétisé par
oration du rapport technique CEN/TR 15119 [CEN, 2005] qui a été adopté par le CEN
05 comme norme expériment
européen, une seule norme expérimentale faisait référence aux émissions des subst
l’e u à partir des produits e
a
d'éléments en bois ». Elle vise à caractériser l'efficacité d'un produit de préservation et non
l’impact de ce produit sur l’environnement. Une autre norme européenne traite du
« délavage » à l’eau du bois - la norme EN 84 [CEN, 1997], mais elle est utilisée uniquement
en tant qu'épreuve de vieillissement accéléré, avant les essais biologiques, réalisés également
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 43
écifiques ont été également appliquées
pour
ui a été développé pour l’évaluation du relargage des composants minéraux (métaux et
s) r et al. [2001] comparent trois essais
(NEN 7345 [NNI, 1995], XP ENV 1250-2 [CEN, 1994] et « shower test » [Havermans,
993]) et concluent que parmi les trois, celui présenté dans la NEN 7345 est le plus adapté
e stipulée dans la
norme.
om
préservation du bois [Cooper, 1991; Lebow et al., 1996 ; Brooks, 1997 ; Solo-Gabriele,
2003 e ence identifiés lors de ces études on trouve
articulièrement :
es dissoutes,
- la température (généralement une augmentation du relargage avec l’augmentation de la
un certain produit de préservation). Ces équations relient le flux de relargage aux valeurs de
pour évaluer l'efficacité d'un produit de préservation du bois. Hormis les essais normalisés,
dans divers pays, il existe des essais non – normalisés, comme par exemple le « shower test »
[Havermans, 1993]. Des essais normalisés non – sp
l’étude du bois, comme l’essai décrit dans la norme hollandaise NEN 7345 [NNI, 1995]
q
anion des produits minéraux. Ainsi, par exemple, Esse
1
pour la caractérisation du comportement à la lixiviation du bois traité, proposant toutefois
l’utilisation d’une solution neutre au lieu d’une solution acide (pH 4) comm
De n breuses études ont été réalisées sur le relargage dans l’eau des produits de
tc.]. Parmi les facteurs d’influ
p
- les paramètres climatiques :
- la pluie : pH, intensité, fréquence, espèc
température mais des constats contradictoires sont également retrouvés [van Eetvelde et
al. 1995 ; Breslin and Adler-Ivanbrook, 1998],
- les radiations UV : l’exposition du bois aux rayonnements UV induit une dégradation
des hémicelluloses, de la lignine et de la cellulose avec formation de photoproduits qui
peuvent être extraits de la structure du bois [Hon, 1990 ; Déglise, 2001]. Un facteur
d’influence lié à la dégradation du bois en présence des radiations UV est l’oxygène. Sa
présence augmente la vitesse de dégradation et par exemple, le rayonnement ultraviolet
lointain (λ < 310 nm) n’a d’influence sur la cinétique de dégradation qu’en présence
d’oxygène [Déglise, 2001].
- la nature du produit de préservation et la technique utilisée pour le traitement,
- la durée d’exposition.
La modélisation du comportement à la lixiviation des produits en bois traité est réalisée en
général avec des modèles empiriques [Brooks, 1997 ; 2003 ; 2005 ; Lebow et al., 1999] qui
aboutissent à une équation pour chaque espèce suivie et pour chaque type de bois traité (avec
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
différents facteurs d’influence. Ainsi, par exemple, pour un bois traité au cuivre - azoles, à
partir des résultats des différents essais en laboratoire, par une technique de régression non -
Nicoleta SCHIOPU 44
linéaire, Brooks [2005] obtient la relation suivante :
0,14· Time – 0,285·pH + 0,015·T) (I.4)
0,036·T + 0,021· (S + 0,01) – 0,002·R – 0,031·pH +
+ 6,95·e R +0,121·T + 0,015·S – 0,284·pH – 1,379·Time) (I.5) ù,
ortement à la lixiviation du bois
aité avec un produit de préservation à base de tebuconazole, Zomeren et al. [2005] utilisent
isante la concordance entre les
résultats de simulation et les résultats expérimentaux obtenus pendant 153 jours d’exposition
Cu (µg · cm-2 · jour-1) = 6,49 / [eabs(pH-7,24)] + 203,12·e(-
où,
Time = temps de contact avec le lixiviant, jours T = température du lixiviant, °C
Pour un bois traité au CCA, à partir d’une base de données contenant 322 résultats pour ce
type de produit de préservation, Brooks [2003] trouve la relation suivante:
Cu (µg · cm-2 · jour-1) =(0,007·
oTime = temps de contact avec le lixiviant, jours T = température du lixiviant, °C S = salinité du lixiviant R = rétention du CCA (in kg/m3)
Les coefficients de détermination fournis pour les deux équations (I.4 et I.5) sont de 0,89 et
0,80, respectivement [Brooks, 2003 ; 2005].
Quelques modèles mécanistes basés sur la théorie diffusionnelle ont été développés
[Waldron, 2004 ; van Zomeren et al., 2005]. Compte tenu de l’anisotropie du bois, le
transport diffusionnel de substance est caractérisé par trois coefficients de diffusion différents,
en fonction de la direction de transport : Dlongitudinal (parallèle aux fibres du bois), Dradial,
Dtangentiel. Le coefficient diffusionnel longitudinal est le plus grand (10 à 20 fois plus grand que
Dradial qui est 2 à 4 fois plus grand Dtangentiel) [Ra et al., 2001 ; Mukam Fotsing et Tchagang,
2005]. Les auteurs des modèles mécanistes se sont affranchis de cette anisotropie du bois, soit
en effectuant les essais de lixiviation sur des échantillons dont une seule face est laissée en
contact avec le lixiviant [Waldron, 2004], soit en estimant un coefficient de diffusion global
[van Zomeren et al., 2005]. Pour la modélisation du comp
tr
le logiciel ORCHESTRA [Meeussen, 2003] dans lequel ils intègrent le modèle NICA-Donnan
pour la modélisation des phénomènes de sorption des ions sur les composés organiques
[Kinniburgh et al., 1999]. Les auteurs qualifient de satisfa
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 45
a
à e de zinc laminé se
décompose en quatre grandes catégories [Baltus et al., 1999] : 1) la première catégorie qui
occupe une importante partie du marché concerne la collecte horizontale et verticale des eaux
luviales : gouttières, chêneaux, tuyaux de descentes; 2) la deuxième catégorie est celle des
orie comprend les usages de décoration :
Ces produits sont constitués d’un alliage élaboré à partir de zinc très pur (99,995 %) avec
ent
patinée (couche protectrice s conditions du milieu) et
plètement dégradée).
tre expliqués par la chimie du zinc. Ainsi, le diagramme de
n fonction des valeurs du p
e phénomènes sont possibles en milieu aqueu
aux conditions naturelles (exposition à l’eau météorique sous une pente de 45°, sans contact
vec le sol) dans le sud – ouest de Berlin [Schoknecht et al., 2005 ; van Zomeren et al., 2005].
I.4.3 Matrice non-poreuse métallique : le zinc laminé
L’utilisation dans le bâtiment des produits de construction bas
p
coutures des toitures : faîtage, noues, égouts, arêtiers etc. ; 3) la troisième catégorie regroupes
les couvertures et les bardages ; 4) la dernière catég
épis, girouettes, balustrades etc.
addition de quantités contrôlées de cuivre (0,08 à 0,2 % de la masse) et de titane (0,06 à 0,15
% de la masse), afin d'améliorer leurs propriétés techniques [AFNOR, 1996]. Ils doivent leur
résistance à la corrosion à la formation d’une couche superficielle plus au moins protectrice
(plus ou moins insoluble, compacte et adhérente à la surface), qui contrôle l'accès de
l'oxygène à la surface du métal. La formation de cette couche protectrice appelée « patine »
peut se faire naturellement (produits en zinc naturellement patinés) ou industriellement de
façon accéléré (produits en zinc prépatinés). Industriellement, le processus consiste en une
conversion chimique contrôlée avec formation d’une couche de phosphate de zinc faiblement
soluble à l'eau [Baltus et al., 1999]. Deux phénomènes peuvent être alors identifiés :
l’évolution de la surface du produit de l’état non-patiné vers la formation de la patine et la
dégradation de la patine (industriellement ou naturellement formée) avec l’avancement de la
corrosion. Ces deux phénomènes peuvent se succéder, en fonction des conditions du milieu.
Les deux états limites de la surface des produits en zinc sont donc : surface complètem
thermodynamiquement stable dans le
absence de patine (non formée ou com
Ces phénomènes peuvent ê
Pourbaix [1963] montre qu’e H et du potentiel d’oxydoréduction,
x : trois types d
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 46
uite à une réact2+ et ZnO n supérieure à
vorabl
des ions en solution inferie M.
- la corrosion : dégradation du métal s ion électrochimique avec le milieu,
conduisant à la présence d’ions en solution (Zn 22-) à une concentratio
10-6M ;
- la passivation : conditions thermodynamiques fa es à la formation de la patine ;
ure à 10- l’immunité : concentration -6
Figure I.4 Diagramme d’équilibre du zinc
e zinc, insoluble dans l'eau ;
une seconde couche moins adhérente, constituée de divers composés en fonction du milieu
15
[Pourbaix, 1963]
Ces phénomènes sont fortement dépendants du milieu et la patine formée est constituée de
deux couches [He et al., 2001; Oesch et al., 1997] :
- une première couche très dense, d’oxyde d
-
(Tableau I.1) et qui sont plus ou moins solubles dans l’eau.
Par exemple, la présence de dioxyde de carbone et d’eau, provoque une réaction chimique en
surface du métal qui se traduit par la formation initialement d’oxyde de zinc (1 à 2 jours
d’exposition), suivie par la formation d’hydroxyde de zinc (2 jours à 6 mois d’exposition) et
du carbonate de zinc (6 mois à 2 ans) [AGA, 2003]. Qu et al. [2002 ; 2005] ont montré qu’en
milieu contrôlé, en présence de chlorure de sodium et de dioxyde de soufre, les principaux
produits de corrosion sont l’hydroxysulfate de zinc (Zn4SO4(OH)6·3H2O),
l’hydroxychlorosulfate de zinc (Zn12(SO4)3Cl3(OH) ·3H2O) et la simonkolleite
(Zn5(OH)8Cl2·H2O), tandis qu’en l’absence de dioxyde de soufre, la simonkolleite et la zincite
(ZnO) sont formés. En présence de chlorure d’ammonium, en plus de la simonkolleite et de la
zincite, on retrouve aussi du chlorure d’ammonium et de zinc ((NH4)2ZnCl4). En exposition
naturelle, dans une atmosphère marine et rurale (dans le SE du Mexique), Quintana et al.
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 47
Produits de corrosion Milieu d’exposition
[1996], ont retrouvé les mêmes composés (zincite, simonkolleite, hydroxychlorosulfate de
zinc et le hydroxysulfate de zinc) que Qu et al. [2002] en milieu contrôlé en laboratoire.
Tableau I.1 Produits de corrosion du zinc
hydroxysulfate de zinc (Zn4SO4(OH)6·3H2O)
hydroxychlorosulfate de zinc (Zn12(SO4)3Cl3(OH)15·3H2O)
simonkolleite (Zn5(OH)8Cl2·H2O)
Milieu contrôlé, présence de chlorure de
sodium et de dioxyde de soufre [Qu et al., 2002]
simonkolleite (Zn5(OH)8Cl2·H2O)
zincite (ZnO)
Milieu contrôlé, présence de chlorure de
sodium [Qu et al., 2002]
chlorure d’ammonium et de zinc ((NH4)2ZnCl4)
simonkolleite (Zn5(OH)8Cl2·H2O)
zincite (ZnO)
Milieu contrôlé, présence de chlorure
d’ammonium [Qu et al., 2005]
hydroxycarbonate de zi
ydrozincite/carbonate de zinc basique (Zn5(CO3)2(OH)6)
sence de dioxyde de
carbone [Falk et al. 1998]
nc (Zn4CO3(OH)6 .H2O) Milieu contrôlé, pré
h
zincite (ZnO)
hydroxysulfate de zinc (Zn4SO4(OH)6·3H2O)
hydroxychlorosulfate de zinc (Zn (SO ) Cl (OH) ·3H O)
simonkolleite (Zn12 4 3 3 15 2
)8Cl2·H2O) al., 1996] 5(OH
Climat tropicale, atmosphère marine et
rurale dans le SE du Mexique [Quintana et
zincite (ZnO)
Hydroxy
simonko 2·H2O)
chlo
Iles Canaries, Espagne
carbonate de zinc (Zn4CO3(OH)6 .H2O)
lleite (Zn5(OH)8Cl
Climat tropicale, atmosphère marine
rhydroxosulfate de zinc (Zn4Cl2(OH)4SO4 · 5H2O) [Rodriguez et al., 2003]
Les mécanism
et 2005
OH (aq)
Selon le m différentes catégories de produits de
c
voiries etc.) [Grom , 1999].
raitant de la
ent [Odnevall Wallinder et al., 1998, 2000 et 2001 ;
Gromaire-Mertz et al., 1999; He et al., 2001a et 2001b, etc.]. Dans ces études il apparaît deux
es de corrosion peuvent être décrits par les réactions suivantes [Qu et al., 2002
, Ligier et al, 1999] :
Zn + ½ O2 + H2O → Zn2+(aq) + 2 -
Zn2+(aq) + H2O → ZnO(s) + 2 H+
5 Zn(OH)2 + 2CO2+10 OH- → Zn5(OH)6(CO3)2 + 2H2O ZnO(s) + 2H+ + SO4
2-(aq) + x H2O → ZnSO4
. x H2O + H2O4 ZnO(s) + Zn2+
(aq) + 2 Cl- + 5 H2O → Zn5(OH)8Cl2.H2O(s)
3 ZnO(s) + Zn2+(aq) + SO4
2-(aq) + 6 H2O → Zn4SO4(OH)6
. 3H2O(s)
ilieu d’exposition, on trouve donc
corrosion (oxydes, hydroxydes, carbonates, sulfates etc.), plus ou moins insolubles et qui
onstituent une source considérable de pollution des eaux de ruissellement (des toitures, des
aire-Mertz et al.
De nombreuses études ont été menées sur la corrosion des métaux, certaines t
pollution des eaux de ruissellem
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 48
otions distinctes : le taux de corrosion et le taux de ruissellement. Le taux de corrosion est n
définit par l’épaisseur ou la quantité de métal corrodé (exprimé en µm·an-1 ou en g·m-2·an-1)
tandis que le taux de ruissellement correspond à l’épaisseur ou la quantité de métal qui s’est
corrodée et qui s’est décrochée de la surface. Il s’agit donc d’une fraction du taux de
corrosion (exprimé également en µm·an-1 ou en g·m-2·an-1). La corrosion a lieu à l’interface
métal/patine (interface de corrosion) tandis que le ruissellement a lieu à l’interface
patine/atmosphère
mentation de l’épaisseur de la couche de protection, tandis que le taux de ruissellement
et al., 2001 ; Karlen et al., 2001). He et al.,
ent représente 61% du
là, les deux taux s’équilibrent
ruissellement est supérieur au
ux de corrosion, ce qui fait que l’épaisseur de la patine diminue.
(Figure I.5). En général, le taux de corrosion diminue avec le temps et
l’aug
reste constant dans le temps (Odnevall Wallinder
[2001a], comparent les deux taux et concluent que le taux de ruissellem
taux de corrosion lors des premières années d’exposition. Au de
et il peut y avoir des périodes au cours desquelles le taux de
ta
Figure I.5 Schéma de la couche de protection (patine) du zinc
ont un rôle fondamental sur le taux de ruissellement. Parmi
ceux-ci, on trouve plus particulièrement [Odnevall Wallinder et al., 1998 et 2000 ; He et al.,
Plusieurs facteurs d’influence
2001a et 2001b] :
- les paramètres climatiques :
o la pluie : pH, intensité, fréquence, espèces dissoutes (le pH étant identifié comme le
plus influent),
o la température : qui a une influence d’une part sur le potentiel de corrosion
(l’augmentation de la température conduit à une valeur du potentiel de corrosion plus
négative, et donc compte tenu de l’équation de Nernst, thermodynamiquement plus
favorable à la corrosion) et d’autre part sur la cinétique de réaction (qui augmente avec
l’augmentation de la température),
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
o l’humidité relative de l’air : en absence de pluie, selon le taux d’humidité relative, il y
a formation ou non d’un film d’eau à la surface du matériau,
Nicoleta SCHIOPU 49
- l’
l’aug
(L/A
- l’
(20%
orien
- la
- l’état
développés [Odnevall Wallinder et. al, 2000; Verbiest et. al, 1999 ; Bertling, 2005]
oncrétisés par des fonctions reliant le taux ruissellement aux valeurs de différents facteurs
e sont intéressés à la biodisponibilité des substances contenues dans les
aux de ruissellement. Ainsi, Karlen et al. [2001], Odnevall Wallinder et al., [2001] et Heijerick et
base de zinc et concluent que le zinc est relargué sous forme ionique hydratée et donc biodisponible.
L’étude de Bertling [2005] sur 14 produits de construction à base de zinc exposés sur 5 ans
aux conditions naturelles à Stockholm, en Suède, prend également en compte l’interaction des
eaux de ruissellement avec le sol. Pour un taux de ruissellement de zinc compris entre 0,07 et
2,5 g·m-2·an-1, l’auteur constate que 98 à 99% du zinc des eaux de ruissellement ont été
retenus par le sol et restent biodisponibles pour les plantes.
inclinaison de la surface des produits : le taux de ruissellement diminue avec
mentation de l’inclinaison, car le ratio entre le volume d’eau et la surface de produit
) diminue,
exposition des produits vis-à-vis du vent : le relargage est significativement plus important
en moyenne) pour les produits orientés face au vent dominant, que pour les produits
tés sous le vent dominant,
qualité de l’air : nature et la quantité des polluants (SO2, NOx, O3, Cl- etc.).
de surface du matériau : morphologie, épaisseur et porosité de la patine,
- la durée d’exposition.
A partir de certains de ces facteurs d’influence, différents modèles empiriques de relargage
ont été
c
d’influence. Un exemple est la relation obtenue à partir des données collectées pendant 8 ans
depuis 39 sites d’exposition en Europe et Amérique du Nord [Bertling, 2005] :
Zn (g · m-2) = 1,4[SO2]0,22exp(0,018RH+f(T))t0,85+0,029[H+]t (I.6) où,
[SO2] = concentration en SO2 dans l’air (µg·m-3) RH = taux d’humidité relative (%) [H+] = concentration en ions hydronium dans l’eau de pluie (mg·L-1) T = température (°C), avec f(T) = 0,062(T-10) pour T<10°C,
f(T) = -0,021(T-10) pour T>10°C t = durée d’exposition (années)
Certains auteurs s
e
al. [2002] ont étudié l’écotoxicité des eaux de ruissellement de plusieurs produits de construction à
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 50
.5 CONCLUSION
es produits de construction peuvent s’avérer des sources potentielles de pollution et les
ctions réglementaires et volontaires menées à différents niveaux poussent à leur évaluation
nvironnementale. Cependant, le respect de l’exigence essentielle n° 3 «Hygiène, Santé et
nvironnement» de la DPC, qui dispose que « l’ouvrage doit être conçu et construit de
anière à ne pas constituer une menace pour l’hygiène ou la santé des occupants ou des
oisins du fait notamment […] de la pollution ou de la contamination de l’eau ou du sol »
’est pas encore soutenu par des textes normatifs spécifiques à l’évolution du relargage
es substances dans l’eau. Dans ce contexte, la Commission Européenne a initié un travail,
oncrétisé par le mandat CEN M/366 [CE, 2005] et la création d’un nouveau comité
chnique (CEN TC 351), visant à intégrer la problématique des émissions de substances des
roduits de construction pendant leur vie en œuvre.
uelques principes généraux peuvent être dégagés des principaux documents législatifs et
ormatifs présentés, principes qui s’appliquent également à nos travaux :
1. une approche « horizontale » (c'est-à-dire applicable à une ou plusieurs familles de
me
souhaita ion ;
2. l'approche d’évaluation est limitée à la vie en œuvre. Les autres phases du cycle de
vie d'un produit, c'est-à-dire les étapes de fabrication, de mise en œuvre et fin de vie,
ne sont pas prises en compte ;
3. l'exigence sur les produits s'exprime en terme d’émission de substances en conditions
d'utilisation normale10, représentatives des « conditions de l’usage final » ;
De plus, seul l’environnement extérieur au bâtiment est concerné par nos travaux. Les
impacts environnementaux engendrés lors du contact avec l’eau « intérieure » au bâtiment
(comme par exemple, les produits en contact avec l’eau potable) ne font pas l’objet de cette
étude.
De nombreuses recherches ont été menées sur le comportement à la lixiviation de différentes
matrices solides, qui ont permis l’enrichissement considérable des connaissances sur les
phénomènes engendrés lors du contact solide/liquide. Cependant, ces études ont été
développées dans une optique d’approche « verticale » (méthodologie et outils adaptés à des
cas bien précis) et pour un nombre restreint de produits de construction. On constate
I
L
a
e
E
m
v
n
d
c
te
p
Q
n
produits de construction utilisés dans un même type d’usage) est considérée com
ble pour l’évaluation environnementale des produits de construct
10 Les conditions exceptionnelles (e.g. incendie, inondations etc.) font l’objet de règlementations autres que la Directive Produits de Construction (e.g. réglementation « sécurité feu »)
Thèse, INSA de Lyon, 2007
I. Etude bibliographique
Nicoleta SCHIOPU 51
n entre différentes échelles. Ces faits ont engendré
peu de cohérence et une exploitation non-optimale des outils d’évaluation existants et des
entée dans le chapitre suivant
également, que la plupart des études concernant les produits de construction ont été menées à
une seule échelle d’expérimentation (en général, soit à l’échelle laboratoire, soit à l’échelle
pilote) sans pouvoir fournir une corrélatio
résultats obtenus.
La méthodologie de recherche adoptée pour cette étude est prés
Thèse, INSA de Lyon, 2007
II. METHODOLOGIE DE RECHERCHE ET PROGRAMME EXPERIMENTAL
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
53
La première présente la méthodologie de recherche
l mis en œuvre aux deux échelles
4) définition et mise en œuvre du programme expérimental ;
5) résultats expérimentaux et interprétations ;
6) modélisation mécaniste du comportement à la lixiviation (un cas d’étude).
Dans ce chapitre nous allons présenter les quatre premières étapes, les deux dernières étant
traitées dans des chapitres séparés (§ III et § IV).
Ce chapitre est organisé en deux parties.
et la deuxième, le programme expérimenta
d’expérimentation (laboratoire et pilote).
II.1 METHODOLOGIE DE RECHERCHE
La méthodologie de recherche peut être divisée en six étapes :
1) identification et description des scénarios d’exposition ;
2) sélection et description des produits à étudier ;
3) sélection des substances à suivre ;
II.1.1 Identification et description des scénarios d’exposition
Dans de nombreux usages les produits de construction sont en contact avec l’eau et de
nombreux scénarios d’exposition peuvent être envisagés. Nous avons été amenés à définir des
critères de classification/identification de ces scénarios d’exposition. Un premier critère est
« le type d’exposition », qui détermine les caractéristiques du lixiviant. Ce critère conduit à
six classes de scénarios d’exposition, présentées dans le Tableau II.1.
Tableau II.1 Identification de classes de scénarios, en fonction du type d’exposition Classe de scénarios Lixiviant 1 Exposition au milieu extérieur l’eau météorique, les eaux de surface et souterraines 2 Exposition au milieu intérieur vapeurs d’eau, les produits d’entretien 3 Exposition au milieu extérieur et intérieur
(interface) l’eau météorique, vapeurs d’eau, les produits de nettoyage
4 Exposition à l’eau de mer l’eau de mer 5 Exposition à l’eau destinée à la consommation
humaine l’eau destinée à la consommation humaine
6 Exposition à l’eau usée l’eau usée
La classe de scénarios retenue pour cette recherche est la classe « exposition au milieu
extérieur » ayant comme vecteur de transfert l’eau météorique. Pour cette classe, un
deuxième critère de classification est « l’orientation » du produit de construction vis-à-vis du
lixiviant. Ce critère a été choisi car il détermine d’une part, les caractéristiques du contact
produit/lixiviant et d’autre part l’exposition du produit aux divers facteurs d’agression (par
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
54
8] ; cela
engendre des différences au niveau de la quantité effective d’eau et du temps de contact
pr
I. Scénario « exposition en pente » (type « toiture en pente») ;
ex., pendant la nuit, les produits en exposition horizontale se refroidissent fortement en se
couvrant ainsi d’un film d’eau, alors qu’en exposition verticale grâce au rayonnement des
objets environnants, les produits ne présentent pas ce phénomène [Schimd, 199
oduit / eau). Quatre scénarios d’exposition ont été définis (Figure II.1):
II. Scénario «exposition horizontale » (type « terrasse », « chaussée ») ;
III. Scénario « exposition verticale » (type « façade ») ;
IV. Scénario « contact avec le sol » (type « fondation »).
Figure II.1 Schématisation des scénarios d’exposition au milieu extérieur (lixiviant : eau météorique)
La description d’un scénario peut être divisée en deux grandes parties [Bröns-Laot et al.,
2005] :
1) la description détaillée du scénario ;
2) la description schématisée du scénario, qui implique la définition d’un modèle conceptuel
va
permettre la transposition des conditions de scénario en paramètres d’essai et également la
viation.
3) la durée de vie en œuvre des produits de construction dans le scénario considéré ;
qui prend en compte les conditions les plus pertinentes pour le cas étudié ; cela
modélisation mécaniste du comportement à la lixi
La description schématisée d’un scénario d’exposition consiste donc à décrire les conditions
susceptibles d'influencer le relargage des substances dans l'environnement. Nous les avons
regroupées en sept catégories :
1) la description générale du scénario considéré, qui est une aide notamment pour la
description des autres conditions ;
2) l’identification et description générale11 des produits utilisés dans le scénario
considéré;
11 La description détaillée des produits est réalisée lors d’une étape de la méthodologie spécifique (cf. § II.1.2).
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
55
) Description générale du scénario
4) les conditions mécaniques ;
5) les conditions climatiques ;
6) les conditions biologiques ;
7) les conditions d’utilisation à différents moments.
Pour chacun des quatre scénarios identifiés, nous allons décrire ces conditions.
1
Scénario « exposition en pente » (type « toiture»)
Le scénario « exposition en pente » est considéré comme celui dans lequel le produit est
mis en œuvre avec une pente supérieure à 15% [AFNOR, 2004]. Cela correspond à un
usage de produits en toiture inclinée ou toiture sur comble, et plus précisément en tant
que produits de couverture. Il existe plusieurs types de toiture sur comble [Vigan, 1993]
: toiture à un jusqu’à quatre versants, à la Mansart, retroussé, bombé, à l’impériale, etc.,
donc plusieurs géométries d’exposition à l’eau. Pour ce type de scénario, le mode de
contact produit/lixiviant est de type ruissellement (Figure II.2).
Figure II.2 Schématisation du type de contact produit/lixiviant en scénario « exposition en pente »
Scénario « exposition horizontale » (type « terrasse », « chaussée »)
Le scénario « exposition horizontale » correspond à un usage de produits en tant qu’éléments
extérieurs des toitures – terrasse, de produits pour l’évacuation des eaux météoriques
(chéneaux, gouttières), produits pour les terrasses au sol, ou des ouvrages de génie civil de
type chaussée (couche de roulement). Les toitures - terrasse sont des toitures dont la pente est
inférieure à 15% [AFNOR, 2004]. Elles sont classifiées en fonction de quatre critères: 1) leur
accessibilité (inaccessibles, accessibles aux piétons, circulables, toitures – jardins) ; 2) leur
élément porteur (béton, acier, panneaux de bois sur ossature); 3) leur pente (inférieure à 1%,
de 1% à 5%, de 5% à 15%) ; 4) leur région climatique. Une toiture terrasse se compose de :
un élément porteur, une forme de pente, un support d’étanchéité, l’étanchéité proprement
dite et une protection. Parmi les 5 éléments, seules l’étanchéité proprement dite et la
protection peuvent être en contact avec l’eau météorique. Les « terrasses (au sol) » sont des
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
56
espaces cimentés, dallés ou pavés [Vigan, 1993]. La chaussée est un ouvrage réalisé en
plusieurs couches (de base, de fondation, de roulement). Seule la couche de roulement est
xposée directement aux intempéries. Cependant, des phénomènes de percolation peuvent
et la couche de fondation). En plus du
de type ruissellement, percolation ou stagnation (Figure II.3).
e
apparaître dans les autres couches (la couche de base
contact direct avec l’eau météorique, l’eau de ruissellement des surfaces verticales peut
constituer le lixiviant pour ce type de scénario. Ses caractéristiques peuvent être ainsi
changées par la nature des surfaces verticales (e.g. une surface en béton peut rendre le
lixiviant basique). Le mode de contact produit/lixiviant, pour scénario « exposition
horizontale » peut être
Figure II.3 Schématisation du type de contact produit/lixiviant en scénario « exposition horizontale »
Scénario « exposition verticale » (type « façade »)
Le scénario « exposition verticale » correspond à un usage de produits en façade. Une
lourde, portée, préfabriquée et à pan de bois [Vigan,
993]. Pour le scénario « exposition verticale » le mode de contact produit/lixiviant est de
« façade » désigne chacune des faces verticales en élévation (i.e. à l’exclusion des
soubassements et parties enterrées) d’un bâtiment. Selon leur conception et leur composition,
on distingue 5 types de façades : légère,
1
type ruissellement. En plus du contact direct façade/précipitations, en tombant, la pluie heurte
les surfaces horizontales en jonction avec les éléments verticales (sols, éléments saillants) et
rejaillit sur ces derniers (Figure II.4). Les caractéristiques du lixiviant peuvent donc être
changées par la nature des surfaces horizontales en jonction.
Figure I ontact produit/lixiviant en scénario « exposition verticale »
I.4 Schématisation du type de c
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
57
Scénario « contact avec le sol » (type « fondation »)
Le scénario « respond à un usage de produits en fondation aussi bien
de ouvrages de génie civil (e.g. couche de fondation d’une chaussée). Une
fondation e le des ouvrages enterrés qui composent le socle et l’assise
stable d’une construction, et qui répartissent sa charge sur le sol naturel. Les caractéristiques
du et du sol dont elle est (où a été) en contact.
Pour le scé c le sol » le mode de contact produit/lixiviant peut être de type
percolation tagnation (Figure II.5).
contact avec le sol » cor
bâtiments que des
st définie par l’ensemb
lixiviant sont dépendantes de l’eau météorique
nario « contact ave
, ruissellement ou s
Figure II.5 Schématisation du type de contact produit/lixiviant en scénario « contact avec le sol »
2) Identification et description générale des produits
de On rappelle que les outils d’évaluation doivent être applicables à une ou plusieurs familles
produits de construction utilisés dans un certain scénario (approche « horizontale » cf. § I.1
[CEN, 2004]). Dans cette étape nous allons faire une présentation générale de ces produits en
se basant notamment sur les références bibliographiques [Vigan, 1993], [AFNOR, 1999] et
[AFNOR, 2004c].
Produits utilisés en scénario « exposition en pente » (type « toiture en pente»)
Les produits de construction utilisés dans le scénario « exposition en pente » peuvent être : en
pierre (ardoises, lauzes), à base des matériaux d’origine végétale (bardeaux de bois, chaume),
métalliques (feuilles métalliques en zinc, cuivre, acier revêtu, aluminium, plomb), en béton
(plaques fibre ciment, tuiles béton), en terre cuite (tuiles de terre cuite), en matériaux de
synthèse (plaques à base de résines polyester, polycarbonate), produits bitumés (bardeaux
d’asphalte, plaques), en e de tuile) ou à base
des matériaux mixtes (panneaux sandwich (acier et aluminium), couverture métallo – textile,
panneaux solaires, fenêtres de toit).
verre (plaques, é nt armée sous formventuelleme
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
58
Produits utilisés en scénario « exposition horizontale »
La description générale du scénario « exposition horizontale » a permis d’identifier que
parm les cinq éléments d’une toiture - terrasse, seule l’étanchéité proprement dite et la
protection sont en contact avec l’eau météorique. Les princip iaux utilisés pour
l’ét héité de toitures terrasses son
élastomères ou plasto s, le polyuréthane, le néoprène etc. Les produits de
euilles métalliques (zinc, cuivre, acier revêtu, aluminium, plomb), les dalles en béton
i
aux matér
anc - t l’asphalte coulé, le bitume, les résines
mère
construction qui constituent la protection d’une toiture terrasse sont les granulats, les
f
etc. Les produits de construction utilisés pour l’évacuation des eaux météoriques des
bâtiments (chéneaux, gouttières) peuvent être métalliques (zinc, cuivre, acier etc.), en
terre cuite, en béton, organiques (PVC). Les terrasses au sol sont constituées
essentiellement de dalles en bois, dalles en béton ou béton coulé, graviers, pierres
naturelles ou matériaux de synthèse. La couche de roulement d’une chaussée est
généralement constituée de béton bitumineux, mais pour les faibles trafics on peut
retrouver quelquefois un enduit superficiel à base de bitume. Les autoroutes qui
supportent de forts trafics lourds sont quelquefois constituées de dalles en béton armé
(les couches de roulement et de base forment alors une seule et même couche).
Produits utilisés en scénario « exposition verticale »
Les produits de construction utilisés en scénario « exposition verticale » peuvent être : des
bardages et panneaux à base de béton, de chaux, de matériaux de synthèse, métalliques, en
bois ou en terre cuite. Dans ce scénario on retrouve également les fenêtres, les volets et les
portes qui peuvent être en verre, PVC, aluminium, acier, bois, recouverts ou non de lasures et
peintures extérieures.
Produits utilisés en scénario « contact avec le sol »
Les couches de base et de fondation d’une chaussée sont souvent constituées de graves
uliques (ciment, laitier, cendres volantes) ou bitumineux. La traitées avec des liants hydra
couche de forme est remplacée souvent par un traitement du sol en place au ciment ou à la
chaux. D’autres produits de construction sont utilisés dans un scénario « contact avec le
sol » : membranes géotextiles, produits à base de béton prêt à l’emploi, tuyaux d’évacuation
ou d’adduction d’eau (PVC, ciment, fonte etc.), briques de terre cuite, granulats, etc.
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
59
rès diverses : minérale, métallique ou
rganique (naturelle ou de synthèse).
ques pertinentes pour l’étude des
missions de substances dans l’eau. Ces caractéristiques considérées comme pertinentes
On constate que les produits de construction utilisés en scénario « exposition au milieu
extérieur» sont à base de matériaux de natures t
o
Cette présentation générale des produits de construction potentiellement en contact avec
l’eau météorique permet de dresser une classification multicritère de ces produits, en
fonction de leurs caractéristiques physico-chimi
é
sont :
1) la granulométrie du produit :
a. état monolithique ;
b. état granulaire ;
2) la nature chimique de la matrice :
a. minérale non – métallique ;
b. minérale métallique ;
c. organique ;
d. mixte ou composite ;
3) la porosité :
a. produits poreux ;
b. produits non – poreux ;
4) le degré d’homogénéité de la matrice:
a. homogène ;
b. hétérogène ;
5) la surface du produit (degré de mouillabilité - surface hydrophile ou hydrophobe,
degré de rugosité):
a. produits avec surface hydrophile, rugueuse ou non – rugueuse ;
b. produits avec surface hydrophobe, rugueuse ou non - rugueuse.
En croisant ces critères on obtient une classification multicritère des produits de
onstruction. Ainsi, par exemple, les dalles en béton sont des produits monolithiques, à c
matrice minérale, poreuse et hétérogène et dont la surface est hydrophile et rugueuse.
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
60
age. Le Tableau II.2 donne une
lassification des catégories des durées de vie des bâtiments.
3) La durée de vie en œuvre des produits de construction dans le scénario considéré
La durée de vie en œuvre d’un produit est définie comme étant « le laps de temps qui
sépare le moment de la mise en œuvre du produit concerné jusqu'à la date ou ce produit
n'est plus capable d'assurer les fonctions pour lesquelles il a été conçu » [ISO, 1998].
Pour évaluer cette durée il faut tenir compte de plusieurs considérations : la durée de vie
spécifique au produit de construction, la durée de vie du bâtiment (la période durant
laquelle l’ouvrage est capable de satisfaire aux six exigences essentielles de la directive
« Produits de construction » [CCE, 1989a]) ainsi que les aléas (y compris ceux liés à la
maintenance/entretien) et l’obsolescence, qui sont à évaluer en fonction des aspects
socio-comportementaux spécifiques à chaque us
c
Tableau II.2 Catégories de durée de vie de bâtiments [CE, 2004]
Catégorie Durée de vie de conception, ans Exemples
1 10 Structures (bâtiments) temporaires*
2 10 à 25 Entrepôts
3 15 à 30 La plupart des bâtiments industriels ; logements en rénovation
4 50 Les nouveaux logements et les nouveaux bâtiments pour la santé et l’éducation
5 100 Monuments et bâtiments de patrimoine
* les structures qui sont désassemblées mais réutilisées ultérieurement, ne devraient pas être considérées comme des structures temporaires
Ce laps de temps qui représente la durée de vie est une des conditions à prendre en compte
lors de l’étude du comportement du produit vis-à-vis de l’environnement. C’est le temps qui
permet et détermine l’évolution des divers phénomènes (e.g. cinétique de réactions chimiques
et transport des substances). C’est également le paramètre qui induit le phénomène qu’on
appelle « vieillissement » du produit. D’une façon générale, on définit le vieillissement
comme étant une « altération lente et irréversible d’une ou plusieurs propriétés du matériau
considéré, résultant de sa propre instabilité et / ou d’effets de son environnement »
[Podgorski, 2001]. Le vieillissement est donc le résultat de plusieurs processus élémentaires
différents qui se superposent et commencent dès la mise en œuvre du produit, d’une façon
inéluctable, jusqu’à sa fin de vie. Ce phénomène complexe implique un changement continu
du produit considéré et par conséquent une modification continue de son comportement vis-à-
vis de l’environnement. De ce fait nous considérons que le vieillissement est un des facteurs
d’influence à prendre en compte lors de l’évaluation du comportement environnemental.
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
61
Comme le vieilliss pour des raisons
p étud influ ne di ela im e
différents « éta e vieillisse par e ne u’il est
lors de sa mise en œuvre), produit à un m ment d ie en œ
prod de vie (produit n’assurant p
4) Conditions iques
La description des condition clue les contraintes mé
le produit est . Il s’a ion iques. Dans le cas
des sollicitations statiques, l gression » sont : la compression, la traction,
la flexion, la torsion et ponctuels ou répartis. Dans le cas des
sollicitations dynamiques, il s’agit des m ontraintes mais en conditions de choc ou
liques. Ces sollicitations par la réduction des résistances mécaniques ou
la destruction du produit. A l’échelle laboratoire ces effets pourraient être simulés par la
réduction granulométrique de oduits à tester.
5) Conditions
La description onditions plique la description des facteurs climatiques qui
peuvent influencer le comportement des produits classé ces facteurs en trois
grandes catégories : eau, air e solai
des plus importants facteurs climatiq pact sur les produits de
ction, car d’une part, elle est le vecteur de transfert d’une éventuelle pollution, et
d’autre part, elle est un facteur d’agression. De plus, certains facteurs d’agression ne
provoqueront pas de détérioration en absence d'eau u ique
êle, neige, glace ; vapeurs)
tre la masse (ou la surface) du produit et la
et al., 1999]. Ainsi, l’oxygène est un agent d’agression notamment
pour les produits à matrice métallique ou organique, le dioxyde de carbone a un impact
important sur les produits à matrice cimentaire (phénomènes de carbonatation) et la présence
ement est un facteur dont l’effet change en continu,
ratiques, l’ e de son ence impose u scrétisation. C plique l’étude d
ts d ment », comme xemple : produit « uf » (i.e. tel q
o onné de sa v
lus sa fonction).
uvre (« mi-vie », par
exemple), uit en fin
mécan
s mécaniques in
git des sollicitat
caniques auxquelles
soumis s statiques ou dynam
es « agents d’a
le cisaillement
êmes c
se traduisent
s pr
cyc
climatiques
des c climatiques im
. Nous avons
re. t rayonnement
L’eau est un
constru
ues en terme d’im
(par ex. l’impact d gel). L’état ph
, sa composition (pH,
ys
de l’eau (liquide : pluie, brouillard ; solide : gr
salinité, espèces dissoutes) et sa quantité (ratio en
quantité de d’eau) sont déterminants sur le comportement environnemental des produits.
Quant à l’air, certains de ses composants peuvent avoir un impact significatif sur les produits
de construction [Lorusso
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
62
des polluants tels que les oxy ent à la formation des pluies
ent) ent
luence sur d’humidification / séchage, sur la
a pollution ainsi que sur in
8, 2000, 2001] ont mené des ence du sur le relargage des
toiture ontré que le vent et l’exposition des
roduits vis-à-vis du vent dominant jou l sur le relargage (le relargage est
ne) pour les produits orientés face au vent
ent m et 3000 nm) ont
UV s des produits tandis que l’effet des
s de
l’échauffement / refroidissement de l’air qui entoure le produit de construction, les radiations
pérature de la surface du produit par
rapport à l’atmosphère. Cette augmentation dépend de la conductivité thermique du produit.
60°C et provoquer un réel choc thermique
a
L
c
d
des d’azote et de soufre conduis
acides. Le mouvement de l’air (le v peut également avoir un impact sur le comportem
si, Odnevall Wallinder et
ent
des produits par son inf les phénomènes
répartition de l la direction de la pluie. A
al., [199 études sur l’influ v
métaux à partir des panneaux de en zinc. Ils ont m
e un rôle primordiap
significativement plus important (20% en moyen
dominant, que pour les produits orientés sous le vent dominant).
En ce qui concerne les radiations du spectre solaire, les radiations UV (longueurs d’onde
re 10 nm et 400 nm) et les radiations IR (longueurs d’onde entre 700 n
un impact significatif sur les produits de construction [Lorusso et al., 1999]. Les radiations
peuvent provoquer des modifications chimique
radiations IR se traduit par une élévation de la température du milieu. En plu
IR induisent également l’augmentation / baisse de la tem
Par exemple, aux latitudes de la France, si la surface est isolante, l’échauffement du produit
peut dépasser de 50°C la température ambiante [Schmid, 1998]. Egalement, l’amplitude de
température entre le jour et la nuit peut atteindre
[Schmid, 1998]. La température influence également la cinétique des réactions chimiques
insi que les phénomènes de transport des substances.
e Tableau II.3 présente une synthèse des facteurs climatiques d’influence sur le
omportement à la lixiviation des produits de construction ainsi que leur traduction en terme
e paramètres d’essai.
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
63
Paramètres pour les iviation
Tableau II.3 Synthèse sur les facteurs climatiques d’influence Facteur
d’influence Agent
d’agression Produit sensible Effets possibles essais de lix
pH tous les produits solubilisation des espèces pH du lixiviant
espèces dissoutes tous les produits en fonction de
l’espèce et du produit
Composition du lixiviant (e.g. eau de pluie synthétique, saumure)
CO2 dissous produits à matrice alcaline carbonatation CO2 dans le lixiviant
Eau météorique
quantité tous les produits indirecte à travers les autres paramètres
ratio L/S (L/kg) et L/A (cm3·cm-2)
CO2 (g)
produits à matrice alcaline (à base des liants hydrauliques,
carbonatation CO2 (g)
chaux) baisse du pH
produits à matrice métallique produits à matrice organique
O2 (g) produits contenant des ions à plusieurs
corrosion oxydation
agents oxydants
valences (As, Cr, S…) e.g: bois traité au CCA
Air
polluants (e.g. NOx, SOx) tous les produits (e.g. solubilisation des
espèces due aux pluies acides)
différents acides (e.g. acide nitrique, sulfurique etc.)
en fonction de l’espèce et du produit solutions acidifiées avec
vent tous les produits séchage érosion mécanique
alternance humidification/séchage
radiations UV organique (bois, plastiques)
nouveaux composés par UV, avant l’essai de
lixiviation)
produits à matrice et émission de rayonnement UV (altération des produ
dégradation des molécules organiques
catalyseurs de certaines réactions
its
Rso
de la ion
n à atures
variation cyclique,
ayonnement laire essais de lixiviatio
différentes tempérradiations IR (température) tous les produits modification
cinétique de réactchoc thermique, gel/dégel
6) Conditions biologiques
Les conditions biologiques ont une influence significative sur les produits organiques mais
agissent également sur les matériaux métalliques (corrosion bactérienne) et minéraux
(développement des algues, lichens etc.) [Schmid, 1998]. Elles sont regroupées dans le
Tableau II.4.
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
64
Tableau II.4 Conditions biologiques Facteur d’influence Produit sensible Effets possibles
champignons (basidiomycètes, pourriture molle du bois, moisissure) produits organiques, minéraux
insectes (coléoptères, termites) produits organiques mousses, lichens produits organiques, minéraux végétaux produits organiques, minéraux
bactéries produits organiques, métalliques, minéraux
rongeurs, oiseaux (et leurs déjections) produits organiques, métalliques, minéraux
produit): surface spécifique, granulométrie, perméabilité, etc. corrosion bactérienne pour les produits métalliques
modification des divers paramètres (en fonction de
7) Conditions d’utilisation à différents moments
Les conditions d’utilisation des produits concernés ont un impact sur le relargage des
substances dans l’eau à travers les effets induits entre autres par :
- les produits de construction voisins (par exemple, la présence du béton au voisinage d’un
produit en bois peut conduire à une agression basique sur ce dernier) ;
- les travaux d’entretien des produits (par exemple, l’utilisation des détergents ou
l’utilisation du sel sur les routes pendant l’hiver) ;
- les modifications (réhabilitation) de la partie de l’ouvrage dont le produit fait partie.
II.1.2 Sélection et description des produits à étudier
La grande variété de produits de construction nous a conduit à la définition de critères de
sélection des produits à étudier. Ces critères, considérés comme pertinents pour l’étude du
comportement à la lixiviation, sont les suivants :
- les caractéristiques physico-chimiques des produits : étant donné que l’état monolithique
(vs. granulaire) est le plus courant parmi les produits de construction (cf. description
générale des produits), c’est ce type de produits qui a été sélectionné pour l’étude, et parmi
ces (considérées a priori comme différentes du point de vue du ceux-ci, trois types de matri
comportement à la lixiviation) : produits à matrice minérale (non - métallique), produits à
matrice organique et produits à matrice métallique ;
- le mécanisme de transfert de substance : nous avons décidé d’étudier au moins un produit
avec un mécanisme a priori diffusionnel (matrice poreuse) et au moins un produits avec un
mécanisme a priori non-diffusionnel (matrice non-poreuse);
- la représentativité sur le marché : des produits traditionnellement utilisés dans le domaine de
la construction (et /ou en plein essor) ont été choisis ;
- la présence de substances relargables, potentiellement dangereuses et présentant un enjeu
environnemental.
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
65
: les Compte tenu de ces critères, les produits de construction proposés pour cette étude sont
dalles en béton, les dalles en bois traité, les gouttières en zinc (Figure II.6).
Figure II.6 pour l’étude Afin de tester des produits représentatifs du , nous avo oc a
dans le commerce (pour les d en n se bé rê mploi a été procuré en
co e). Leu c ctéristiqu (fou r l omm ants) ont do i-dess
II Dalles en béton
XF1 : la classe d’exposition qui correspond à un béton exposé à la pluie et au gel (saturation
mis dans des moules en acier capitonnés avec un
en plastique (afin d’éviter une éventuelle contamination). Un compactage a été
inute à l'aide d'une table vibrante. La période de cure a été de 28 jours
(à température ambiante et à l’abri de l’air). Les dimensions d’une dalle en béton ainsi
obtenue sont : 4 cm d’épaisseur, 13 cm de largeur et 16 cm de longueur. Pour les essais
effectués sur des échantillons broyés (essais au laboratoire cf. § II.2.1.1 et § II.2.1.2),
plusieurs dalles ont subi une réduction granulométrique sur la plateforme EEDEMS, d’abord
par concassage à 10 mm avec un concasseur Retsch, à mâchoires réglables suivi par un
Pr
alles
oduits de construction sélectionnés
marché
ul le
ns pr
t à l’e
édé à leur cquisition
béto , ton p
erçmmerc rs ara es rnies pa es c s nnées c ous.
.1.2.1
Les dalles en béton ont été fabriquées en laboratoire, par moulage, à partir du béton prêt à
l’emploi livré en camion malaxeur par une centrale à béton. Il s’agit d’un béton certifié NF,
d’appellation commerciale BPS EN 206 C25/30 XF1 G3 CEMI S3. Cela signifie :
- BPS EN 206 : Béton à Propriétés Spécifiées, cf. à la norme NF EN 206 [AFNOR, 2004]
- C 25/30 : classe de résistance (contrôle sur des éprouvettes cylindriques ou cubiques) ;
-
modérée en eau sans agent de déverglaçage) ;
- CEM I : utilisation d’un ciment sans ajout (ciment CEM I 52, 5 N CE PM – CP2NF)
- S3 : classe de consistance (affaissement de 100 à 150 mm).
Les granulats sont de type alluvionnaire (dit roulés), silico-calcaires et de diamètre inferieur à
20 mm. Le béton prêt à l’emploi livré a été
fin film
effectué pendant une m
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
66
our les essais conduits sur des produits à
aut t le volume du matériau) et
com 2]. Quant au type
des roducteur et/ou
le distributeur. Par conséquent, les substances actives utilisées pour le traitement ont été
lames rainurées d’environ 1,4 cm d’épaisseur, 4 cm de largeur et 40 cm de longueur (dalles de
pées et ont subi une réduction
gra d’un broyeur à couteaux et ensuite à moins d’un mm
à l’aide d’un broyeur Retsch à fléaux. La préparation des échantillons a été faite sur la
pla duits à l’état monolithique (essais
au ont été découpés dans le
pro isés). A
l’éc dalle à été reconstituée à partir
de sept lames provenant de dalles différentes.
s de construction de type laminés. Elles sont
constituées d’un alliage élaboré à partir de zinc très pur (99,995 %) avec addition de quantités
contrôlées de cuivre (0,08 à 0,2 % de la masse) et d
ation de la couche protectrice (la patine) a été faite naturellement dans les conditions de
stockag dans cette étude sont demi-
circula épaisseur de 0,65 mm. Pour tous les
ssais à l’échelle laboratoire, des échantillons rectangulaires de 4 cm de côté ont été découpés
illée des montages).
broyage à 1mm avec un broyeur Retsch à fléaux. P
l’état monolithique (essais au laboratoire cf. § II.2.1.3), des échantillons cubiques de 4 cm ont
été découpés (à sec) dans les dalles. A l’échelle pilote (cf. § II.2.2) pour chaque sous –
scénario, quatre dalles en béton ont été utilisées.
II.1.2.2 Dalles en bois
Les dalles testées sont en pin sylvestre (Pinus Sylvestris), traitées industriellement par
oclavage (imprégnation du produit de préservation dans tou
mercialisées pour un usage extérieur en classe de risque IV [CEN, 199
produits de préservation utilisés, aucune spécification n’est fournie par le p
identifiées lors des analyses du contenu total (cf. § II.2.1.1.3). Les dalles sont constituées de
40 cm x 40cm). Pour les essais effectués sur des échantillons broyés (essais au laboratoire cf.
§ II.2.1.1 et § II.2.1.2), plusieurs dalles ont été décou
nulométrique jusqu’à 10 mm à l’aide
teforme EEDEMS. Pour les essais conduits sur des pro
laboratoire cf. § II.2.1.3), des échantillons de 2 cm de longueur
duit (pour chaque essai, 2 échantillons provenant de dalles différentes ont été util
helle pilote (cf. § II.2.2) pour chaque sous – scénario, une
II.1.2.3 Gouttières en zinc
Les gouttières en zinc sont des produit
e titane (0,06 à 0,15 % de la masse). La
form
e (avant la mise sur le marché). Les gouttières utilisées
ires avec un diamètre intérieur de 0,165 m et une
e
dans les produits. A l’échelle pilote, des produits de 2 m de longueur ont été utilisés (voir §
II.2.2 pour la description déta
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
67
stances à suivre II.1.3 Sélection des sub
Les substances à étudier ont été sélectionnées compte tenu également de certains critères :
- leur concentration dans les éluats doit être supérieure à la limite de détection des appareils
d’analyse utilisés ;
- suivre, autant que possible, pour les trois produits de construction, les mêmes substances
(afin de déterminer l’influence de la matrice sur leur comportement à la lixiviation) ;
- étudier au moins une substance par type de solubilité dans le lixiviant, conformément au
Tableau II.5
Tableau II.5 Substances à étudier Soluble en forme
oxo-anionique Très soluble Substance/ Produit
Comportement amphotère
Soluble en
milieu acide Métal Non-
métal Métal Non-métal
Métalloïde Substance organique
Dalles en béton Cu2+, Zn2+ Ca2+ CrO4
2-
Cr2O72- SO4
2- Na+, K+ Cl- B3+
B(OH)4- COD
Dalles en bois Cu2+, Zn2+ Ca2+ CrO4
2-
Cr2O72- SO4
2- Na+, K+ Cl- B3+
B(OH)4- COD
Gouttières en zinc Zn2+ - - - - -
Dans le cas des dalles en béton, le suivi de l’aluminium et du silicium (majoritaires dans la
matrice) peut apporter des informations utiles pour la compréhension du comportement à la
lixiviation et les métaux lourds sont présents a priori en très faible concentration (traces). En
revanche, dans le cas des dalles en bois, certains métaux sont « ajoutés » (espèces
« exogènes ») dans une quantité relativement importante, en tant que produits de préservation.
En conclusion, pour cette étude le scénario d’exposition horizontale à l’eau météorique des
trois produits de construction (dalles en béton, dalles en bois traité, gouttières en zinc) a
été retenu. Les substances à suivre sont : l’aluminium, le bore, le calcium, le chrome, le
cuivre, le potassium, le sodium, le silicium, le zinc, les chlorures, les sulfates, et le
carbone organique dissous.
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
68
helle pilote (exposition
es produits en conditions naturelles / non-contrôlées).
II.2.1 Expérimentations à l’échelle laboratoire
A l’échelle laboratoire les essais effectués peuvent être classifiés en trois grandes catégories :
Les essais de caractérisation physico-chimiques visent à déterminer les propriétés suivantes
des produits de construction testés [Schiopu et al., 2007a]:
1) la masse volumique apparente ;
)
3) is) ;
4) la porosité ouverte à l’eau (des dalles en béton et en bois) ;
(des dalles en béton et en bois) ;
II.2 PROGRAMME EXPERIMENTAL
Les essais de caractérisation du relargage des produits ont été conduits à deux échelles
d’expérimentation : échelle laboratoire (en conditions contrôlées) et éc
d
1) essais de caractérisation physico-chimique des produits ;
2) essais de caractérisation du comportement en conditions statiques ;
3) essais de caractérisation du comportement en conditions dynamiques.
II.2.1.1 Caractérisation physico – chimiques des produits
2 le contenu total;
le taux d’humidité (des dalles en béton et en bo
5) la composition « initiale » de l’eau des pores
6) les phases minéralogiques majeures (dalles en béton).
II.2.1.1.1 Masse volumique apparente
Pour chaque produit, la masse volumique apparente a été déterminée sur cinq échantillons
monolithiques et calculée avec la relation :
5
5
1
0∑== i i
i
Vm
ρ (II.1)
où, ρ = masse volumique (kg·m-3) moi = masse de l’échantillon i (en kg) obtenue par pesée
(précision de la balance : 0,1mg) ; Vi = volume apparent de l’échantillon i (en m3),
Le volume a été calculé après mesure des dimensions des échantillons, ou déterminé par pesée
hydrostatique (§ II.2.1.1.4).
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
69
II.2.1.1.2 Contenu total
Pour les dalles en béton, le contenu « total »12 en métaux a été déterminé par minéralisation à
l’aide de l’acide nitrique concentré, de l’acide chlorhydrique concentré et de l’eau oxygénée
(30%) ajoutés progressivement sur un échantillon de béton broyé à moins d’un mm [USEPA,
1996]. Le mélange est réchauffé à 95°C pendant 60 minutes dans un systèm
id men rée et amenée à volume connu. Une analyse
ces à suivre lors
des dif été déterminé
par extraction à l’eau déminéralisée à partir d’un échantillon finement broyé.
LGCIE de l’INSA de Lyon. Les
e à reflux. Après
refro isse t, la solution obtenue est filt
panora que pèmi réalisée sur la solution obtenue a contribué au choix des es
férents essais. Le contenu en anions et en carbone organique dissous a
Les solutions obtenues ont été analysées au laboratoire
métaux sont analysés selon la norme NF EN ISO 11885 [AFNOR, 1998] par ICP-AES à
l’aide d’un appareil Jobin Yvon ULTIMA 2. Les anions sont analysés par chromatographie
ionique, selon la norme NF EN ISO 10304 [AFNOR, 1992b], avec un chromatographe
Dionex IC25 équipé d’un EG40 (générateur automatique d’éluant KOH). Le carbone
organique dissous (COD) est déterminé indirectement, selon la norme NF EN 1484 [AFNOR,
1997] par analyse du carbone total (TC) et du carbone minéral (TIC), à l’aide d’un COT-
mètre 5000A Shimadzu. Le COD est calculé par différence entre CT et TIC. Les analyses sont
réalisées en triplicats. Les valeurs moyennes sont données et utilisées pour interprétations
dans l’étude. L’erreur relative est inferieure à 5% pour les valeurs de concentration supérieure
à 1 mg/L et à 10% pour les autres valeurs.
Pour les dalles en bois, en plus de la détermination du contenu total, la technique utilisée a
permis également d’identifier les produits de traitement de préservation utilisés. Les analyses
photometer). Les anions ont été extraits à l’eau déminéralisée et analysés par
chromatographie selon la norme NF EN ISO 10304 [AFNOR, 1992b]. Les produits de
préservation de nature organique ont été extraits par une méthode ASE® (Accelerated Solvent
Extraction) puis analysés par GC/ECD (Gas Chromatography / Electron Capture Detector).
ont été réalisées par le laboratoire de chimie du Centre Technique du Bois et de
l’Ameublement (CTBA). Les métaux ont été extraits à l’eau régale et les solutions obtenues
ont été analysées par ICP – OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission
Spectro
12 Il s’agit en fait de la quantité solubilisée par la méthode utilisée qui n’ai pas forcement le contenu total. Par exemple, les silicates ne sont pas solubilisés par cette méthode (l’utilisation de l’acide fluorhydrique, d’une technique à microondes etc. serait nécessaire pour la solubilisation complète des échantillons, mais cela implique également l’utilisation des ustensiles de laboratoire et des appareils de mesure adaptés, et qui dépassent le cadre de cette étude).
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
70
Pour les gouttières en zinc, la mise en solution a été effectuée à la température de la pièce
LGCIE de l’INSA de Lyon.
u a été réalisée sur cinq
de 2b]. Le principe de la détermination consiste à sécher
con c si la variation de masse est inférieure à 0,1 % entre deux
avec de l’acide nitrique concentré (dissolution complète de l’échantillon). La solution obtenue
a été diluée et analysée par ICP- AES au
Les diverses techniques d’analyse utilisées dans cette étude sont présentées dans l’annexe II.1.
II.2.1.1.3 Taux d’humidité
Pour les dalles en béton et en bois, la détermination de la teneur en ea
échantillons broyés à moins d’un millimètre, en se basant sur le protocole décrit dans le projet
norme prEN 14346 [CEN, 200
l’échantillon en étuve à 105°C ± 5°C jusqu’à la masse constante de l’échantillon. On
sidère que le matériau est se
pesées successives. L’humidité est calculée avec la relation :
5
100)(1 0
0∑5
=
⋅−
= i i
sii
mmm
TH (II.2)
rise d’essai (en g).
II.2.1.1.4 Estimation de la porosité ouverte à l’eau
Dans le cas des produits poreux (les dalles en
stimée en se basant sur la m et al.,
où, TH = taux d’humidité du matériau (en %) mo = masse humide de la prise d’essai (en g) ms = masse sèche de la p
béton et en bois), la porosité ouverte a été
e éthode par pesée hydrostatique [RILEM, 1980 ; Mosquera
2006 ; Roux et al., 2006, Nguyen, 2006].
Description de l’essai : L’échantillon monolithique à étudier est dégazé à pression réduite (~
10-3MPa) dans un récipient étanche, équipé pour une pesée hydrostatique (i.e. prévu avec un
porte échantillon suspendu à une balance afin de pouvoir effectuer la pesée dans l’eau) et
muni de deux tubulures reliées à un flacon contenant de l’eau déminéralisée et à une pompe à
vide. Après 4 heures de dégazage, l’eau déminéralisée est introduite dans le récipient, de
manière à ce que l’échantillon soit immergé progressivement et recouvert d’environ 2 cm
d’eau, tout en maintenant une pression réduite. L’échantillon est maintenu immergé pendant
environ 20 heures. Après cette période, l’échantillon ainsi saturé en eau est pesé dans l’eau à
pression atmosphérique (meau), dans l’air (mair) et ensuite à l’état sec (msec, obtenue après
séchage de l’échantillon à 105°C jusqu’à une masse constante).
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
71
l’eau est Pour chaque produit, l’essai est réalisé sur cinq échantillons. La porosité accessible à
calculée selon la relation :
100)(5_sec_ ⋅− iiair mm
51 __∑= −
= i ieauiair mmε (II.3)
II.2
La nu sous le nom de
verte du matériau
éterminée cf. § II.2.1.1.4), on estime la concentration initiale des espèces dans l'eau des
ores.
où, ε = porosité ouverte à l’eau (%) mair_i = masse de l’échantillon i saturé en eau et pesé dans l’air (kg)
msec_i = masse de l’échantillon i à l’état sec et pesé dans l’air (kg) meau_i = masse de l’échantillon i saturé en eau et pesé dans l’eau (kg)
.1.1.5 Estimation de la composition de l’eau des pores
composition de l’eau des pores a été estimée à l’aide d’un essai con
« essai de l’eau des pores » [Brons-Laot, 2002]. L’essai consiste à mettre en contact le
matériau finement broyé (granulométrie inférieure à 1 mm) avec de l'eau déminéralisée
(pendant l’essai le pH est donc imposé par le matériau) à différents ratios L/S (15 ; 10 ; 5 ; 2 ;
1 ; 0,5 ; 0,3 L/kg pour les dalles en béton, et 15 ; 12 ; 10 ; 7 ; 5 L/kg pour les dalles en bois13)
sous agitation (10 retournements par minute) et pendant un temps suffisant pour atteindre
l’équilibre (2 jours14). Le pH et la conductivité des éluats ainsi obtenus sont mesurés avec un
multimètre CONSORT C 831. La précision de mesure est de 0,1 unités pour le pH et de ± 1%
pour la conductivité. Après filtration à 0,45 µm, chaque solution est séparée en deux : une
partie est acidifiée avec de l'acide nitrique concentré jusqu'à un pH inferieur à 2 et destinée à
l'analyse des métaux. La seconde est utilisée pour le dosage des anions et du carbone
organique dissous. Les analyses sont effectuées au LGCIE de l’INSA de Lyon, conformément
aux techniques citées précédemment (§ II.2.1.1.2).
Les résultats obtenus correspondent aux concentrations en espèces en fonction du ratio L/S.
Par extrapolation de ces courbes à un ratio correspondant à la porosité ou
(d
p
13 D exploité à cause du trop faible volu de l’eau 14 Afin de vérifier l’attente de l’équilibre certains échantillons ont été agités jusqu’à 10 jours
ans le cas des échantillons en bois, un ratio inferieure à 5 L/kg n’a pas pu êtreme d’éluat récupérable, car le bois broyé a une très forte capacité d’absorption
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
72
II.2.1.1.6 Identification des phases majeures
L’essai a pour objectif l'identification, dans le cas des dalles en béton, des phases
minéralogiques majeures constitutives.
Description de l’essai : L’essai a été effectué sur les dalles en béton « de référence » (n’ayant
ntillon de (5 x 130 x 160) mm3, correspondant à une tranche de 5 mm d’épaisseur
pas subi d’essai ; maintenues à température ambiante et à l’abri de l’air) et sur les dalles
exposées pendant une année aux conditions naturelles (essai à l’échelle pilote, cf. § II.2.2).
Afin d’identifier d’éventuels changements dus aux phénomènes de surface, pour les dalles
n’ayant pas subi d’essai, deux types d’échantillons ont été analysés :
1) un échantillon de (5 x 130 x 160) mm3, correspondant à une tranche de 5 mm d’épaisseur
prélevé à la surface de la dalle ;
2) un échantillon de (5 x 100 x 130) mm3, correspondant à une tranche de 5 mm d’épaisseur
prélevé au cœur de la dalle.
Pour les dalles exposées aux conditions naturelles, trois types d’échantillons ont été
analysés (Figure II.7):
1) un échantillon de (5 x 130 x 160) mm3, correspondant à une tranche de 5 mm d’épaisseur
prélevé à la surface supérieure (directement exposée à la pluie) de la dalle ;
2) un échantillon de (5 x 100 x 130) mm3, correspondant à une tranche de 5 mm d’épaisseur
prélevé au cœur de la dalle;
3) un écha
prélevé à la surface inferieure de la dalle.
Figure II.7 Schéma de l’échantillonnage d’une dalle en béton, en vue d’analyse par DRX
que tranche ainsi découpée, a subi une réduction granulométrique, d’abord par broyage à
ins d’un millimètre avec un broyeur Retsch à fléaux. Ensuite, un échantillon d’une
Cha
mo
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
73
gra
pilo
le l
La nexe II.1 et les spectres obtenus sont donnés dans
l’annexe II.2.
la caractérisation des déchets. Cependant, cet essai tend à être généralisé au
nulométrie inferieure à environ 20 µm a été obtenu à l’aide d’un système type mortier et
n en agate. Ce dernier échantillon a été analysé par Diffraction aux Rayons X (DRX) par
aboratoire du CEREGE - CNRS UMR 6635 de l’Université Paul Cézanne Aix-Marseille 3.
méthode utilisée est décrite dans l’an
II.2.1.2 Caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions statiques
Pour caractériser le comportement des différents produits en conditions statiques l’influence
de trois paramètres sur le relargage a été étudiée : le pH, la température et le ratio L/S.
II.2.1.2.1 Essai d’influence du pH
L’essai d’influence du pH fait l'objet du projet de norme européenne prCEN/TS 14429 [CEN,
2002a] destiné à
delà de ce domaine [Esser, 2001; van der Sloot, 2003 ; Janßen, 2004]. Son objectif est double:
1) qualifier et quantifier la résistance d’un matériau aux agressions acido-basiques
(capacité acido-basique du matériau) ;
2) étudier l'influence du pH sur la solubilisation des espèces suivies.
Description de l’essai : Pour les dalles en béton et en bois, les échantillons sont broyés à 1
mm. Pour les gouttières en zinc, des échantillons rectangulaires de 4 cm de côté sont utilisés.
Les échantillons sont mis en contact pendant 48 heures, avec des solutions aqueuses contenant
différentes quantités d’acide ou de base. Le ratio entre le volume de lixiviant et la masse sèche
du matériau (ratio L/S) est de 10 L/kg. Les quantités d’acide et de base sont déterminées lors
d’essais préliminaires, afin d’atteindre la gamme de pH souhaitée. Les réactifs utilisés sont
l’acide nitrique et l’hydroxyde de sodium. La gamme de pH visée après atteinte et vérification
des conditions stationnaires (moins de 0,3 unités de pH entre les valeurs obtenues à 44h et
48h) est fixée de 4 à 12. Les flacons sont soumis à une agitation mécanique continue de 10
retournements par minute, à température ambiante, dans un éluteur rotatif. Le pH et la
éluat conductivité des éluats ainsi obtenus sont mesurés. Après filtration à 0,45 µm, chaque
est séparé en deux (une partie est acidifiée à pH < 2 et est destinée à l'analyse des métaux et la
deuxième est utilisée pour le dosage des anions et du carbone organique dissous) et analysé au
LGCIE, conformément aux techniques citées précédemment (§ II.2.1.1.2).
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
74
Les
1)
ilogramme de matériau à l’état sec (courbe de neutralisation acido –
2)
II.2
La tem
des pro d’influence de la température (appelé essai
résultats sont exprimés en tant que :
variation du pH obtenu à 48 heures en fonction des ajouts d’acide / base, exprimée en
mole d’acide par k
basique) ;
variation des concentrations en espèces, en fonction du pH.
.1.2.2 Essai d’influence de la température
pérature a été identifiée comme étant un des facteurs d’influence sur le comportement
duits à la lixiviation (cf. § II.1.1). L’essai
« température ») vise à caractériser cette influence.
Description de l’essai : Des échantillons, broyés à 1 mm dans le cas des dalles en béton et des
dalles en bois, et rectangulaires de 4 cm de coté dans le cas des gouttières en zinc, sont mis en
ment (10
retournements par minute) dans un éluteur rotatif pendant 48 heures. L’essai se déroule à trois
d’influence du pH ont été utilisés. Afin de
contact avec des solutions aqueuses à un ratio L/S de 10L/kg et agités mécanique
valeurs de température : 4 °C, 20°C (température ambiante) et 50°C. Afin de déterminer
l’influence du couplage température/pH, pour chaque température, l’essai à été conduit à trois
valeurs de pH : une valeur de pH acide, une valeur de pH neutre, une valeur de pH basique
(une des ces trois valeurs de pH est celle imposée par le matériau). Pour obtenir les valeurs de
pH visées, les mêmes réactifs que pour l’essai
pouvoir mener l’essai aux températures souhaitées tout en utilisant la technique d’agitation
« end-over-end » (cf. I.3.2.1), un éluteur rotatif a été construit dans une enceinte permettant de
contrôler et d’enregistrer automatiquement la température. Le pH et la conductivité des éluats
ainsi obtenus sont mesurés et après filtration à 0,45 µm, chaque éluat est séparé en deux
parties et analysé au LGCIE, conformément aux techniques citées précédemment (§
II.2.1.1.2).
Les résultats sont exprimés en tant que variation du pH obtenu à 48 heures et concentrations
en différentes espèces, en fonction de la température.
Remarque :
- La valeur de 4°C a été choisie afin de simuler les basses températures d’hiver, tout en
restant au-dessus de 0°C (pour maintenir l’eau à l’état liquide). La température de 50°C a
été choisie car pendant l’été, la température à la surface des produits en exposition
extérieure peut dépasser la température de l'air ambiant de plusieurs dizaines de degrés
[Schimd, 1998 ; Crocker, 2005].
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
75
ise à l’équilibre à des températures différentes de la température ambiante
(appelé essai « cinétique »). Conformément au projet de norme européenne prCEN/TS
nus dans les mêmes conditions que celle décrites ci-dessus mais
après différents temps de contact (entre 1 et 9 jours). Les résultats de l’essai « cinétique »
a durée de
l’essa
force ionique en solution, la concentration de certaines espèces dont le relargage
- L’essai d’influence de la température a été précédé par un essai de détermination de la
cinétique de m
14429 [CEN, 2002], à température ambiante (~20°C), l’équilibre est atteint dans les 48
heures de l’essai. L’objectif de l’essai « cinétique » a été de déterminer la cinétique de
mise à l’équilibre pour les deux autres températures (4°C et 50°C). L’essai consiste à
analyser les éluats obte
présentés dans l’annexe III.4 à III.6 et dans le § III.1.2.2 ont permis de fixer l
i « température » à 48 heures.
II.2.1.2.3 Essai d’influence du ratio L/S (L/kg)
Le ratio liquide / solide (L/S) représente le rapport entre le volume de lixiviant (en L) et la
masse de produit à l’état sec (en kg). Il est un paramètre important car il détermine [ADEME,
2006] : la
n’est limité que par la solubilité, le type de réaction de précipitation (dépendantes du pH, de la
force ionique et de la concentration des co-ions), la solubilisation de certaines espèces par
effet d’ion commun ou par complexation, etc. Son influence a été étudiée selon le protocole
décrit ci-après.
Description de l’essai : Des échantillons du produit, broyés à moins d’1 mm, sont mis en
contact avec des solutions aqueuses, à 3 ratios L/S (5, 10 et 15 L/kg) et pour 3 valeurs de pH :
un pH neutre, un pH acide et un pH basique. Un de ces trois pH correspond au pH imposé par
le matériau (pHnaturel), i.e. le pH basique pour les dalles en béton, et le pH neutre pour les
dalles en bois et les gouttières en zinc. La durée de l’essai est de 48 heures. Les quantités
d’acide ou de base à ajouter sont déterminées lors d’essais préliminaires. Les réactifs utilisés
sont l’acide nitrique et l’hydroxyde de sodium. Les flacons sont soumis à une agitation
mécanique continue de 10 retournements par minute, à température ambiante, dans un éluteur
rotatif. A la fin de l’essai, les éluats sont analysés selon les protocoles décrits précédemment.
Les résultats sont exprimés en tant qu’évolution de la quantité relarguée, en fonction du ratio
L/S, aux trois valeurs de pH cibles. Afin de s’affranchir de l’effet de dilution/concentration
aux différents ratios L/S, les quantités relarguées sont exprimées en mg d’espèces par kg de
matériau à l’état sec.
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
76
iant n’atteint l’équilibre à aucun moment de l’essai) a été
tudié à l’aide des essais de lixiviation sur monolithes, avec renouvellement de lixiviant.
’influence de trois
II.2.1.3 Caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions dynamiques
Le comportement des produits en conditions dynamiques de contact avec le lixiviant
(i.e. le système produit / lixiv
é
Le renouvellement est sensé assurer les conditions dynamiques. L
paramètres sur la dynamique de relargage a été étudiée:
1) le mode de renouvellement du lixiviant : séquentiel (essai MultiBatch, MBT, cf.
§ II.2.1.3.1) ou en continu (essai de lixiviation en continu sur monolithe, CMLT,
cf. § II.2.1.3.2) ;
2) le ratio statique L/A (le rapport entre le volume de lixiviant et la surface exposée
du produit, en cm3·cm-2). L’essai MBT a été conduit à deux ratios L/A : 5
cm3·cm-2 et 10 cm3·cm-2 ;
3) l’altération des produits : l’essai CMLT a été conduit sur les produits de
référence (qui n’ont subi aucune contrainte) et sur les produits altérés sous
différentes contraintes (cf. § II.2.1.3.3).
comparaison des résultats obtenus dans chaque cas de variation paramétrique, il est
sible d’appréhender l’influence des différents paramètres sur le relargage.
Par
pos
et essai est basé sur la norme hollandaise NEN 7345 [NNI, 1992] et il est connu sur le nom
Description de l’essai
II.2.1.3.1 Essai de lixiviation dynamique séquentielle pour matériaux monolithiques (MultiBatch Test - MBT)
C
de « MultiBatch Test (MBT) » [ADEME, 2005]. L'objectif de l’essai de lixiviation
dynamique séquentielle (renouvellement périodique du lixiviant) est d'évaluer le relargage des
espèces contenues dans un matériau monolithique et de caractériser les mécanismes de leur
transfert en solution.
: Le principe du test consiste à mettre en contact un échantillon à l’état
monolithique avec un lixiviant qui est entièrement renouvelé à des temps définis. Ce test
s'effectue sans agitation et avec un ratio statique volume de liquide/surface de produit (L/A en
cm3·cm-2) fixe, choisi suffisamment grand pour assurer un comportement dynamique, c'est-à-
dire pour considérer que l’équilibre n’est pas tteint avant le renouvellement de la solution.
Afin d’étudier l’influence du ratio statique L/A le test est conduit à deux valeurs de ce ratio.
Ainsi, pour chaque produit testé, l'échantillon est placé dans un récipient fermé de telle sorte
que toutes ses faces soient en contact avec l'eau déminéralisée et que le ratio L/A soit
a
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
77
respectivement 5 et 10 cm3·cm-2. Après 2 heures de contact, toute l'eau est vidée et constitue
la première fraction. Le récipient est de nouveau rempli avec le même volume d'eau
déminéralisée et la deuxième fraction est obtenue après 2 heures (4 heures cumulé) de contact.
Puis ces opérations sont renouvelées après les temps de contact suivants : 4 heures, 16 heures,
1 jour, 2 jours, 5 jours, 7 jours, 20 jours, et 28 jours, afin d’obtenir une période cumulée
de respectivement : 2 heures, 4 heures, 8 heures, 1 jour, 2 jours, 4 jours, 9 jours, 16 jours, 36
jours et 64 jours.
Après chaque prélèvement, les éluats sont analysés selon les protocoles présentés
précédemment. Les résultats hiquement en tant que pH,
ulées d'espèce rel ·m-2) et flux (mg·m-2·jour-1), en
ps (jours).
.2.1.3.2 Essai de lixiviation dynamique en continu pour matériaux monolithiques (Continuous Monolithic Leaching Test - CMLT)
Cet essai est basé sur le protocole mis au point par Insavalor / Polden à la demande de
ême que celui de l’essai MBT :
de l’essai sont représentés grap
quantités cum arguée par unité de surface (mg
fonction du tem
II
l’ADEME [ADEME, 2005]. L'objectif de l’essai est le m
évaluer le relargage des espèces contenues dans un matériau monolithique et caractériser les
mécanismes de leur transfert en solution, mais en assurant un renouvellement en continu du
lixiviant.
Description de l’essai : Le principe du test consiste à mettre en contact un échantillon à l’état
monolithique avec un lixiviant qui est renouvelé en continu, avec un certain débit, dans un
réacteur conçu spécialement à cet effet (Figure II.8). Le débit de renouvellement est fixe. Les
conditions dynamiques sont assurées par le renouvellement en continu du lixiviant.
recirculation en boucle fermée, à
rt d’un récipient cylindrique et d’un système de
récipient
lixi ment donné avec la surface du produit (L/A en cm3·cm-2) est fixe.
antillon est placé dans le récipient cylindrique de telle sorte
nsuite, la
L’homogénéité de l’éluat dans le réacteur est assurée par sa
fo débit. Le réacteur est constitué
recirculation. Le volume de lixiviant est donc la somme du volume contenu dans le
cylindrique et du volume contenu dans le système de recirculation. Le ratio entre le volume de
viant en contact à un mo
Pour chaque produit testé, l'éch
que toutes ses faces soient en contact avec l'eau déminéralisée et que le ratio statique L/A soit
de 5 cm3·cm-2. En fonction du produit testé, le volume du réacteur est adapté au ratio imposé
à l’aide de billes en verre (« inertes » par rapport au relargage des espèces suivies). E
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
78
du lixiviant est mise en marche et son débit
o dynamique correspond à un scénario dans lequel le produit est exposé à
lixiviation et les
concentrations des espèces relarguées seront comprises entre 10 et 90 % des concentrations à
oyen ». Ce volume minimal est récolté
de déterminer le débit réel de
Pour une certaine espèce suivie, la quantité totale relarguée par le produit est donc la somme
des quantités contenues dans les deux types d’éluat (« moyen » et « ponctuel »).
ée par unité de surface (mg·m ) et flux (mg·m ·jour ), en
fonction du temps (jours).
pompe péristaltique qui assure la recirculation
est fixé à 18 L/h. La deuxième pompe péristaltique est mise en marche et assure un
renouvellement du lixiviant à un débit fixé à 50 cm3/h. Pour une surface de l’échantillon de
96 cm2 cela correspond à un ratio dynamique FS (ou débit surfacique) d'environ 0,52
cm3·cm-2·h-1. Ce rati
un taux de renouvellement moyen : le produit impose les conditions de
la saturation [ADEME, 2005].
Pendant la durée de l’essai, deux types des prélèvements sont effectués :
1) des prélèvements dits « moyens » : l’échantillon prélevé constitue tout l’éluat collecté en
sortie du réacteur, pendant une période de temps fixée ; l'éluat collecté pendant 2 heures
de contact produit/lixiviant constitue le premier prélèvement. Le deuxième prélèvement
est obtenu après encore 2 heures de contact (4 heures cumulé). Puis les éluats sont
collectés après les temps de contact suivants : 4 heures, 16 heures, 1 jour, 2 jours, 5 jours,
7 jours, 20 jours, et 28 jours, afin d’obtenir des durées cumulées de : 2 heures, 4 heures, 8
heures, 1 jour, 2 jours, 4 jours, 9 jours, 16 jours, 36 jours et 64 jours.
2) des prélèvements dits « ponctuels » : l’échantillon prélevé est constitué d’un volume
minimal d’éluat (i.e. 25 mL, le minimum nécessaire pour les analyses) considéré comme
étant représentatif du relargage en sortie du monolithe à un moment donné et qui reste
dans le réacteur au moment du prélèvement « m
dans une période de temps chronométrée afin
renouvellement.
Après chaque prélèvement, les éluats sont analysés selon les protocoles présentés
précédemment. Les résultats de l’essai sont représentés graphiquement en tant que pH,
quantités cumulées d'espèce relargu -2 -2 -1
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
79
Figure II.8 Montage de l’essai CMLT (schéma d’après [ADEME, 2005])
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
80
II.2 3
Comm
irréversible d’une ou plusieurs propriétés du matériau considéré, résultant de sa propre
e. La démarche d’étude est la
uivante :
sélection des contraintes spécifiques à chaque produit ;
mise au point des essais d’altération ;
soumission des produits aux essais d’altération (obtention des produits altérés) ;
soumission des produits de référence (soumis à aucune contrainte) et altérés à un essai de
lixiviation (le CMLT) ;
interprétation des résultats.
a sélection des contraintes à appliquer pour chaque produit de construction étudié a été
réalisée en se basant sur l’étude bibliographique (cf. § I.4). Ainsi, parmi les facteurs
n s dalles en béton consiste à soumettre des échantillons du
o les de gel/dégel. L’essai est basé sur les normes P 18-425
F 494 [AFNOR, 2007]. L’échantillon altéré devant ensuite être
été réduit
té conduit dans l’air dans une enceinte avec circulation d’air
.1. .3 Essai d’influence de l’altération des produits
e nous l’avons vu précédemment (cf. § II.1.1) le vieillissement (« altération lente et
instabilité et / ou d’effets de son environnement » [Podgorski, 2001]) est un des facteurs
d’influence à prendre en compte lors de l’évaluation du comportement à la lixiviation des
produits de construction. Afin d’avoir un aperçu de cette influence, dans le laboratoire, une
altération des produits sous différentes contraintes a été effectué
s
-
-
-
-
-
L
d’altération identifiés dans la littérature, nous avons sélectionné comme contrainte :
- pour les dalles en béton : l’alternance gel/dégel ;
- pour les dalles en bois : les radiations UV ;
- pour les gouttières en zinc : une solution d’acide chlorhydrique (dégradation de la patine).
On précise que d’autres facteurs d’altération peuvent avoir un impact considérable sur le
comportement à la lixiviation des produits et une étude particulière consacrée à ce sujet
devrait être menée.
Les protocoles d’altération spécifique à chaque produit sont décrits ci-après.
II.2.1.3.3.1 Essai d’altération des dalles en béton
Le principe de l’essai d’altératio de
pr duit saturés en eau, à des cyc
[A NOR, 1994b] et NF EN
soumis à un essai de lixiviation, lors de l’essai d’altération, le contact avec l’eau a
au minimum. Ainsi, l’essai a é
forcée, pouvant être réglée aux conditions de température prescrites.
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
81
Description de l’essai : L’essai se déroule en deux étapes sur 10 échantillons cubiques de 4
cm. La première étape consiste à saturer en eau les échantillons. Le protocole de saturation en
eau est basé sur le protocole utilisé pour la détermination de la porosité ouverte (cf. § II.
2.1.1.4). Afin d’éviter l’évaporation de l’eau, les échantillons saturés obtenus sont
conditionnés dans des sacs plastiques étanches et adhérents à la surface des échantillons. La
deuxième étape consiste à soumettre ces échantillons à des cycles de gel/dégel dans une
enceinte climatique, en suivant le planning suivant :
1) refroidissement jusqu’à – 20°C durant une heure ;
2) maintien à – 20°C pendant une heure ;
3) chauffage jusqu’à +20°C durant une heure ;
4) maintien à +20°C pendant une heure.
Ces quatre opérations forment un cycle gel/dégel de 4 heures, au total. Les échantillons sont
soumis à 100 cycles (environ 17 jours au total). A la fin de l’essai la résistance mécanique en
compression (cf. annexe II.1) des échantillons ainsi obtenus est déterminée et comparée à
celle des échantillons de référence.
II.2.1.3.3.2 Essai d’altération des dalles en bois
Le principe du test consiste à exposer des échantillons du produit aux radiations UV dans une
enceinte d’irradiation.
Description de l’essai : L’essai est conduit sur six échantillons en bois provenant de dalles
différentes et qui ont été adaptés aux porte-échantillons de l’enceinte. L’enceinte, de type
« Solar Eye UV Irradiance Controller », est représentée dans la Figure II.9. Les conditions
d’illumination choisies simulent les radiations UV d’été [Q-Lab, 2005]. Ainsi, une lampe
UVA-340 reproduit la lumière solaire entre 365 nm et 295 nm avec une irradiance15 fixée à
0,55 W·m-2·nm-1. L’irradiance des lampes est régulièrement contrôlée et calibrée grâce à un
radiomètre de calibration (type CR-10). La température de surface est fixée à 35°C et
contrôlée, grâce à une sonde de température reliée à un enregistreur (Testo 175-T2). La durée
d’exposition a été fixée à 1200 heures en se basant sur des données de la littérature [Lebow,
2003].
15 L’irradiance représente l’énergie lumineuse émise par unité de surface et par longueur d’onde
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
82
Figure II.9 Enceinte d’irradiation « Solar Eye UV Irradiance Controller »
[Q-Lab, 2005]
ilieu extérieur (produit altéré en extérieur - obtenu à
la fin de l’essai d’exposition aux conditions naturelles, en sous-scénario
« ruissellement », décrit dans le § II.2.2).
ré en laboratoire est obtenu par trempage du produit de référence dans de
séchage est effectué juste avant l’essai
de
II.2.1.3.3.3 Essai d’altération des gouttières en zinc
L’altération du zinc se traduit par un changement de l’état de surface (cf. § I.4.3). Par
conséquent, l’influence de l’altération sur le relargage est déterminée sur des produits en zinc
présentant différents états de surface:
- surface patinée en milieu de stockage (produit de référence) ;
- surface avec patine dégradée en laboratoire (produit altéré en laboratoire);
- surface avec patine dégradée en m
Le produit alté
l’acide chlorhydrique (solution 1M) pendant une minute à la température ambiante. Le
trempage suivi de rinçage à l’eau déminéralisée et de
lixiviation afin d’éviter la formation d’une nouvelle patine.
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
83
au, soumis en même
nat
exp e après
t (par pas de 10 minutes) les paramètres climatiques suivants :
-1).
Description de l’essai
II.2.2 Expérimentations à l’échelle pilote – exposition aux conditions naturelles
Afin d’évaluer le relargage de substances des produits en contact avec l’e
temps à l’ensemble des conditions climatiques, un essai d’exposition aux conditions
urelles, en scénario « exposition horizontale » a été mené. Le principe de l’essai consiste à
oser les produits aux conditions climatiques et de récupérer la solution obtenu
contact avec le produit. Les précipitations représentent le lixiviant, et la solution obtenue
après contact, le lixiviat.
La station météo du Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie et Environnement
[LTHE, 2005] implantée sur le site d’essai (i.e. CSTB – Grenoble) enregistre
automatiquemen
- la pluviométrie (mm ou L·m-2) ;
- la température de l’air (°C) ;
- l’humidité relative (%) ;
- la puissance du rayonnement solaire total (tout le spectre énergétique, W·m-2) ;
- la vitesse du vent (km·h
: Pour chaque produit, deux sous - scénarios ont été envisagés : sous -
« stagnation » (Figure II.10). Un montage sans
cénario
« ru le libre passage du lixiviant
après contact avec les produits, vers les bonbonnes de récupération. Pour les dalles en béton et
scénario « ruissellement » et sous – scénario
produit exposé sert de témoin. L’essai se déroule sur un an. Dans le sous-s
issellement », la conception du montage d’exposition assure
en bois, les bacs support des produits sont prévus avec des grilles en plastique permettant le
pas pesée des bonbonnes de
réc le lixiviant s’accumule et stagne. Un trop
ple es produits, par
sage du lixiviat. Le volume de lixiviat est mesuré par
upération. Dans le sous-scénario « stagnation »,
in est disposé à une hauteur de 20 mm au dessus de la surface supérieure d
lequel « l’excès » de lixiviant passe dans une bonbonne de récupération. Le volume de lixiviat
est calculé à chaque prélèvement en mesurant la hauteur de lixiviat dans le bac et le volume
éventuellement passé dans la bonbonne de récupération. Dans le cas des gouttières en zinc,
grâce à leur géométrie, le produit assure lui-même le rôle de contenant. Dans le sous –
scénario « ruissellement », un orifice de passage et une très légère pente prévus dans le
montage permettent au lixiviat de s’écouler par gravité dans la bonbonne de récupération.
atériel en contact
Dans le sous – scénario « stagnation », le lixiviant s’accumule dans la gouttière jusqu’à une
hauteur maximale de 40 mm où un trop plein est installé (Figure II.11). Le m
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
84
avec les produits testés et le lixiviat collecté (bacs, bonbonnes, tuyaux) est en plastique (PE,
PP) de qualité alimentaire.
Figure II.10 Montages pour l’essai à l’échelle pilote Produits testés
Dalles en béton : Après 28 jours de cure, pour chaque sous – scénario, 4 dalles espacées de
quelques millimètres sont exposées. En sous – scénario « ruissellement », la surface du
produit en contact avec le lixiviant est considérée fixe et égale à 0,1760 m2 (la face inferieure
n’a pas été considérée en contact avec le lixiviant), tandis qu’en sous – scénario « stagnation »
ette surface est variable, en fonction de la hauteur de lixiviant dans le bac. La valeur
aximale est de 0,2592 m2 (toutes les faces du produit sont en contact avec le lixiviant).
c
m
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
85
alles en bois : Pour chaque sous – scénario, une dalle est reconstituée à partir des éléments
e 7 dalles différentes. En sous – scénario « ruissellement », la surface en contact avec le
xiviant est de 0,1954 m2. Pour le sous – scénario « stagnation », les éléments en bois sont
xés au bac, afin qu’ils ne flottent pas et la surface maximale en contact avec le lixiviant est
e 0,2970 m2.
outtière en zinc : Pour les deux sous – scénarios, les gouttières exposées ont les mêmes
aractéristiques : une longueur de 2 m et un rayon de 0,0825 m. La seule différence est liée à
conception du montage comme évoqué dans la description de l’essai. En sous – scénario
ruissellement », la surface en contact avec le lixiviant est de 0,54 m2. En sous – scénario
stagnation » (Figure II.11), en mesurant à chaque prélèvement la hauteur de lixiviant (h)
ans la gouttière, nous pouvons déterminer la surface en contact avec celui-ci ainsi que son
olume. Ces paramètres permettent de calculer le ratio liquide/solide (L/A, en cm3·cm-2) au
oment du prélèvement.
D
d
li
fi
d
G
c
la
«
«
d
v
m
Figure II.11 Schéma de la gouttière en zinc exposée en sous-scénario « stagnation »
Prélèvements
Les prélèvements sont effectués après chaque événement pluvieux « efficace ». On définit un
tel événement pluvieux en fonction de deux critères :
1) une pluviométrie journalière minimale, établie à 2 mm (une pluviométrie inférieure à
2 mm par jour ne conduit pas à l’obtention d’une quantité suffisante de lixiviat,
cependant il y a un phénomène d’humidification des produits) ;
2) une durée minimale entre deux enregistrements de pluviométrie consécutifs non-nuls,
établie par des raisons pratiques à 24 heures (on rappelle que la station météo
enregistre les données par pas de 10 minutes).
Un événement pluvieux « efficace » correspond donc au cumul de précipitations supérieur à 2
mm par jour, suivi par une période de plus de 24 heures d’absence de précipitations.
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
86
el évènement pluvieux « efficace » et tant qu’il reste du lixiviat dans le
bac (si possible, après les temps de contact d’1 jour, 2 jours, 4 jours, 9 jours etc.).
lixiviat pour le
scénario « ruissellement » et directement dans le bac support du produit ou la gouttière, pour
sont analysés (pH, conductivité et
concentrations en métaux, anions et COD) selon les protocoles d’analyse présentés
écanistique des émissions dans l’eau (un cas d’étude).
Six classes de scénarios d’exposition ont été identifiées et pour la classe retenue pour la suite
de l’étude (« exposition au milieu extérieur »), quatr
« exposition en pente », scénario «exposition horizontale », scénario « exposition verticale »
et scénario « c ude trois produits de construction (dalles en
béton, dalles exposition horizontale » ont
été retenus.
Le progr échelle
Après chaque évènement pluvieux « efficace », les prélèvements suivants sont prévus :
- pour tous les montages : le plus tôt possible après l’arrêt de la pluie ;
- pour les montages en sous - scénario « stagnation » : à des intervalles réguliers de temps,
jusqu’à un nouv
Les prélèvements sont effectués dans les bonbonnes de récupération du
le sous – scénario « stagnation ». Les lixiviats récupérés
précédemment.
Les résultats de l’essai sont les paramètres climatiques enregistrés par la station météo, les
conditions de contact liquide/solide (ratios L/S, en L/kg, L/A en cm3·cm-2, Fs en cm3·cm-2·h-1
et temps de contact en jours), les concentrations en espèces relarguées (mg/L) en fonction du
temps (jours) et les quantités cumulées d'espèces relarguées par unité de surface (mg·m-2) en
fonction du temps (jours).
II.3 SYNTHESE
La méthodologie de recherche développée dans ce chapitre est divisée en six étapes :
1) identification et description des scénarios d’exposition ;
2) sélection et description des produits à étudier ;
3) sélection des substances à suivre ;
4) définition et présentation du programme expérimental ;
5) résultats expérimentaux et interprétations ;
6) modélisation m
e scénarios ont été définis : scénario
ontact avec le sol ». Pour cette ét
en bois traité, gouttières en zinc) en scénario «
amme expérimental a été conduit à deux échelles (échelle laboratoire et
pilote) et un synopsis des essais effectués est présenté dans la Figure II.12.
II. Méthodologie de recherche et programme expérimental
Figu
re II
.12
Syno
psis
des
ess
ais e
ffec
tués
dan
s le
cadr
e ce
tte
étud
e
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
87
III. RESULTATS ET INTERPRETATIONS
III. Résultats et interprétations
Le chapitre « Résultats et interprétations » est organisé en trois grandes parties. La première
partie présente les résultats obtenus à l’échelle laboratoire, la deuxième, les résultats obtenus à
l’échelle pilote et la troisième, une comparaison des résultats obtenus à ces deux échelles
d’expérimentation.
III.1 EXPERIMENTATIONS A L’ECHELLE LABORATOIRE
III.1.1 Caractérisation physico –chimique des produits
III.1.1.1 Dalles en béton
Pour les dalles en béton les propriétés physico-chimiques suivantes ont été déterminées : la
masse volumique apparente (cf. § II.2.1.1.1), le contenu total (cf. § II.2.1.1.2), le taux
d’humidité (cf. § II.2.1.1.3), la porosité ouverte à l’eau (cf. § II.2.1.1.4), et la composition de
l’eau des pores (cf. § II.2.1.1.5) [Schiopu et al., 2007a]. Les résultats obtenus sont regroupés
dans le Tableau III.1. L’identification des phases majeures a été également réalisée (cf. §
II.2.1.1.6) et les phases identifiées sont : calcite (CaCO3), quartz (SiO2), portlandite
(Ca(OH)2), gypse (CaSO4·2H2O), albite (NaAlSi308) et muscovite (KAl2Si3AlO10(OH)2). On
rappelle que la technique utilisée ne perm
valeur du ratio L/S
correspondant alculé avec la
relation
et pas l’identification des phases amorphes. La
composition de l’eau de pores a été estimée à partir des résultats de l’essai décrit au §
II.2.1.1.5. Les concentrations en espèces dans les éluats obtenus à des ratios L/S (rapport entre
le volume de lixiviant et la masse de produit à l’état sec, L/kg) dégressifs ont été représentées
graphiquement en fonction de ces ratios (Figure III.1). La composition de l’eau des pores a été
ensuite estimée par extrapolation de la courbe de tendance obtenue, vers la
à la porosité ouverte à l’eau (L/Sε = 0,06 L/kg). Ce ratio a été c
:
)1( THSL
−⋅=ρ
εε (III.1)
= porosité ouverte à l’eau (%)
m lu (kgερ = asse vo mique /dm ) 3
TH = taux d’humidité (%)
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
89
III. Résultats et interprétations
0,01
0,1
1
K mg/L
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
90
10
100
1000
10000
9
10
11
12
13
7
pH
0,01 0,1 1 10 100L/S, L/kg
8
Na Cl- Ca SO4-- Si Al Zn COD pH
▲
Figure III.1 Estimation de la composition initiale de l’eau des pores (dalles en béton)
Excepté pour le calcium et les sulfates, les courbes de tendances sont linéaires (représentées
(K) dans la Figure III.1, par souci de lisibilité). Les coefficients
de détermination sont compris entre 0,86 (pour les sulfates) et 1 (pour le potassium). Dans le
e profil suit une dépendance polynomiale de deuxième degré. Ce
hénomène peut être expliqué en corrélant la solubilité de la portlandite (Ca(OH)2) avec celles
CaSO4 · 2H2O ↔ Ca2+ + SO42- + 2H2O.
Plus le ratio L/S diminue, plus les concentrations en calcium diminuent et donc l'équilibre se
la dissolution du gypse, ce qui provoque l'augmentation des
e de – 0,21). Le pH de
l’eau des pores est estimé ainsi à 12,8. Cela est en concordance avec les évolutions des
concentrations en sodium et potassium qui sont plus importantes dans la solution des pores.
uniquement pour une espèce
cas du calcium au pH imposé par le matériau, après une augmentation de la concentration
avec la diminution du ratio L/S de 15 L/kg à 1L/kg, les concentrations diminuent avec la
décroissance du ratio L/S. L
p
de NaOH et KOH. La solubilité de ces dernières étant très importante, leurs teneurs dans la
solution augmentent avec la diminution du ratio L/S augmentant ainsi la teneur en ions OH-.
Cela provoque le déplacement de l'équilibre :
Ca2+ + 2OH- ↔ Ca(OH)2
dans le sens de la précipitation de la portlandite et donc de la diminution du calcium en
solution. Les concentrations en sulfates varient à l’inverse des concentrations en calcium. Ce
phénomène peut être expliqué par l'équilibre suivant de ces deux espèces :
déplace dans le sens de
concentrations en sulfates. En ce qui concerne l’évolution du pH, on constate que la
diminution du ratio L/S conduit à une augmentation du pH de 12,23 pour un ratio L/S de 15
L/kg à 12,62 pour un ratio de 0,3 L/kg (pente de la droite de tendanc
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
91
On retrouve également cette évolution pour les mesures de conductivité (non représentées
dans le graphique). La conductivité dans l’eau des pores a été estimée à 14 mS/cm. Cela
indique qu'une diminution du ratio L/S entraîne une augmentation de la force ionique. Les
coefficients d’activité dans l’eau des pores peuvent donc être très différents de l’unité et leur
estimation devient nécessaire afin d’évaluer correctement la solubilité des espèces dans une
solution très concentrée tel que l’eau des pores [Schmidt, 1993 ; Sanchez et al., 2000].
Tableau III.1 Principales propriétés physico-chimiques des dalles en béton
ρ, kg/m3 TH, % ε, % L/Sε, L/kg 2420 ± 30 4,9 ± 0,2 14,7 ± 0,7 0,06
Contenu total, mg/kg DM Al B Ca Cr Cu K Na Si Zn Cl- SO4--
2150 24 230000 7 90 1613 562 10600 94 162 11010 Composition initiale de l’eau des pores estimées par extrapolation*
Al Ca Cu K Na Si Zn Cl- SO4-- COD
mg/L 0,8 12 0,4 8200 2300 2,4 0,1 50 990 25 mol/L 2,8·10-5 3,0·10-4 6,7·10-6 2,1·10-1 9,8·10-2 8,6·10-5 1,4·10-6 1,4·10-3 1,0·10-2 - ρ = masse volumique ; TH= Taux d’humidité; ε = Porosité ouverte à l’eau ; L/Sε, = Ratio L/S correspondant à la porosité ouverte à l’eau ; * Les concentrations en bore et en chrome ont été inferieures à la limite de détection, a
Les valeurs obtenues sont en concordance avec les données de la littérature pour des produits
semblables [Longuet et al., 1973 ; Andersson et al., 1989 ; Schmidt, 1993 ; Sanchez et al.,
2000 ; Yang et al., 2006].
III.1.1.2 Dalles en bois
Pour les dalles en bois les propriétés physico-chimiques suivantes ont été déterminées : la
masse volumique apparente (cf. § II.2.1.1.1), le contenu total (cf. § II.2.1.1.2), le taux
d’humidité (cf. § II.2.1.1.3), la porosité ouverte à l’eau (cf. § II.2.1.1.4), et la composition de
l’eau des pores (cf. § II.2.1.1.5) [Schiopu et al., 2007a]. On rappelle que le bois est un
matériau hygroscopique. Cela veut dire qu’il peut perdre et reprendre de l'eau afin de se
mettre en équilibre avec son environnement (en fonction de l'humidité relative, de la
température etc.). En conséquence, son taux d’humidité est dépendant de son environnement
immédiat. Ce phénomène est accompagné également par le retrait ou le gonflement du bois.
sultats regroupés dans le Tableau III.2 ont été obtenus dans les conditions du laboratoire où
relative de l’air (50±2
con ances suivies et
ux valeurs de pH imposé par le matériau (pH naturel)
La masse volumique du bois est donc également dépendante de son environnement. Les
ré
les échantillons ont été stockés. La température (20±2°C) et l’humidité
%) ont été stables et le bois avait donc atteint l’équilibre hygroscopique. La détermination du
tenu total a eu deux objectifs : la quantification du contenu initial en subst
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
92
pré
de
org
téb ées dans les
chantillons analysés. En ce qui concerne le contenu en métaux, les concentrations en chrome,
il de mesure (i.e. 4mg/kg). La composition de l’eau de pores a été estimée à partir
l’ea
cou
des
ten
sulf
l’identification des produits de traitement de préservation. Il s’est révélé que le traitement de
servation a été réalisé avec un produit dit de « nouvelle génération » (voir § I.4.2) à base
cuivre, bore et propiconazole (CBP) [Schiopu et al., 2005]. Trois autres substances actives
aniques couramment utilisées pour la préservation du bois ont été recherchées : le
uconazole, l’azaconazole et le dichlofluanide. Elles n’ont pas été détect
é
en arsenic, en cadmium, en nickel et en étain ont été inférieures aux limites de détection (LD)
de l’appare
des résultats de l’essai décrit au § II.2.1.1.5. Pour le ratio correspondant à la porosité ouverte à
u (1,93 L/kg), la composition de l’eau des pores a été estimée par extrapolation de la
rbe de tendance obtenue lors de la représentation graphique des concentrations obtenues à
ratios L/S dégressifs (Figure III.2). Pour toutes les espèces suivies les courbes de
dances sont linéaires. Les coefficients de détermination sont compris entre 0,89 (pour les
ates) et 1 (pour le potassium et le carbone organique dissous).
10
100
1000
5
6
0,11 10 100
L/S, L/kg
2
1
10000
mg/L pH
3
4
7
K Cl- Ca SO4-- Cu B Zn COD pH
▲
Figure III.2 Estimation de la composition initiale de l’eau des pores (dalles en bois)
Figure III.2 montre que la diminution du ratio L/S conduit à une légère diminution du pH La
(pente de la droite de tendance de +0,19). Le pH de la solution des pores est ainsi estimé à
(la
le r
5,05. Ce pH légèrement acide est donné par les composés organiques qui constituent le bois
lignine, la hémicellulose, l’acide acétique) [Sithole, 2005]. La conductivité augmente avec
atio L/S, jusqu’à une valeur estimée pour l’eau de pores à 595 µS/cm.
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
93
g/m TH, % L/Sε, L/kg Tableau III.2 Principales propriétés physico-chimiques des dalles en bois
3ρ, k ε, %410 ± 3 ,3 ± 71,7 ± 0,9 5 0 9 0,1 1,7
Co totantenu l B Cu Ca K Z -
4-- P onazn Cl SO ropic ole
m 9 4 754 20 225 2,5 g/kg 3 124 958 63 1Compo n in e l’ es sitio itiale d eau d pores
B Cu Ca K Z -4-- OD n Cl SO C
m 50 80 14 2 60 140 g/L 100 1 0 ,5 25 3m 4,6 -3 ·10-3 ,6·1 3,8 0-4 3·10 - ol/L ·10-3 1,6·10 4,5 3 0-3 ·10-5 7,0·1 6, -4
ρ = volum , k TH= ux d’ ité, ε = Porosité ouverte à l , % L/S tio L/ res t à rosit erte au, L
ecté.
La masse volumique du produit est de 7140 kg/m3 et la masse surfacique de 2,32 kg/m2.
II.1.2.1 L'influence du pH
asique (ANC/BNC) du matériau et d’étudier l'influence du pH sur la
L
m
ré
so 8 h
masse ique g/m3 ; Ta humid % ; ’eauε, = Ra S cor pondan la po é ouv à l’e /kg
Les résultats obtenus lors de la caractérisation physico-chimique des dalles en bois (ρ, TH, ε)
sont en concordance avec des données de la littérature pour des produits similaires [Clarke et
al., 2002 ; Usta, 2003].
III.1.1.3 Gouttières en zinc
Les gouttières en zinc sont constituées d’un alliage élaboré à partir de zinc très pur (99,995 %)
avec addition de quantités contrôlées de cuivre (0,08 à 0,2 % de la masse) et de titane (0,06 à
0,15 % de la masse) [AFNOR, 1996]. L’analyse du contenu total effectuée (cf. § II.2.1.1.2) a
conduit aux résultats suivants : 99,81 % zinc et 0,13 % cuivre. Le titane n’a pas été dét
III.1.2 Caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions statiques
La caractérisation du comportement en conditions statiques (à l’équilibre) a été effectuée à
travers l’étude d’influence de trois paramètres sur le relargage : le pH, la température et le
ratio L/S.
I
L’essai d’influence du pH (essai TS 14429, cf. § II.2.2.1) permet de déterminer la capacité de
neutralisation acido-b
solubilisation des espèces.
a capacité de neutralisation acido-basique caractérise la stabilité physico-chimique du
atériau et sa résistance aux agressions acido-basiques. Plus l’ANC/BNC est grande, plus la
sistance du matériau aux agressions acido-basiques est grande. Les résultats se concrétisent
us la forme d’une courbe de neutralisation acido – basique représentant le pH obtenu à 4
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
94
mme de matériau à
III.1.2.1.1 Dalles en béton
Les résultats de l’essai d’influence du pH sur les dalles en béton sont présentés dans l’annexe
III.1. La courbe de neutralisation acido – basique et les solubilités des différentes espèces en
fonction du pH sont représentées graphiquement dans la Figure III.3.
en fonction des ajouts d’acide / base, exprimés en mole d’acide par kilogra
l’état sec (mol H+/kg). L'influence du pH sur la solubilisation des espèces est mise en
évidence sous forme graphique par la représentation logarithmique de la concentration (en
mol/L) en fonction du pH.
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10 12mol H+/kg
pH pH 4h pH 44h pH 48h Ca, mol/L
1,E-03
1,E-02
1,E-01
1,E+00
2 4 6 8 10 12 14pH
Cu, mol/L
1,E-08
1,E-07
1,E-06
1,E-05
1,E-04
2 4 6 8 10 12 14pH
Zn, mol/L
1,E-08
1,E-07
1,E-06
1,E-05
1,E-04
142 4 6 8 10 12pH
Al, mol/L
1,
1,
1,
1,
1,
4 6 8 10 12 14pH
E-06
E-05
E-04
E-03
E-02
2
B, mol/L
1,E-07
1,E-06
1,E-05
1,E-04
4 8 12pH
2 6 10 14
Figure III.3 Courbe de neutralisation acido-basique et solubilité des espèces en fonction du pH (dalles en
béton)
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
95
Si, mol/L
1,E-05
1,E-04
1,E-03
1,E-02
2 4 6 8 10 12 14pH
Cl-, mol/L
1,E-05
1,E-04
1,E-03
2 4 6 8 10 12 14pH
Na, mg/L1,E-02
1,E-04
1,E-03
2 4 6 8 10 12 14pH
K, mol/L1,E-02
1,E-04
1,E-03
2 4 6 8 10 12 14pH
SO4--, mol/L
1,E-05
1,E-04
1,E-03
1,E-02
1,E-01
2 4 6 8 10 12 14pH
Cr, mol/L
1,E-08
1,E-07
1,E-06
1,E-05
1,E-04
2 4 6 8 10 12 14pH
Figure III. 3 Courbe de neutralisation acido-basique et solubilité des espèces en fonction du pH (dalles en béton) - continuation
La courbe ANC fait apparaître plusieurs caractéristiques du matériau :
- le pH naturel, correspondant au contexte chimique imposé par le matériau lui-même dans
de l’eau déminéralisée. Le béton analysé impose un pH basique de 12,35;
- après une décroissance du pH jusqu’à pH 10 correspondant à la consommation de la
portlandite et des CSH, on observe une chute brutale du pH jusqu’à pH 7 suivi d’un
plateau nécessitant l’ajout de plus de 6 moles d’acide par kilogramme de matériau à l’état
sec pour descendre jusqu’à pH 4. Cela dénote une forte capacité de neutralisation acide du
matériau, qui est due au pouvoir tampon des carbonates [Bröns-Laot, 2002].
En ce qui concerne les solubilités des espèces suivies, l’essai met en évidence les constats
suivants :
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
96
tre attribuées à la dissolution des silicates de calcium constitutifs du CSH
[Reardon, 1990 ; Imyim, 2000]. La solubilité maximale est atteinte en milieu acide, avec
- les concentrations en chlorures, en sodium et en potassium restent quasi-constantes quel
n (~3mmol/L, ~0,9mmol/L, ~0,2mmol/L, respectivement) ; la
ubilisation est dépendante du pH ;
- l’évolution des sulfates et du chrome apparait comme dépendante des phases dans
lesquelles i )12·26H2O) et
le Cr-ettringite (Ca Al (CrO ) (OH) ·26H O); leur solubilité ne dépend pas uniquement
- trois zones peuvent être identifiées quant à la variation de la solubilité du calcium en
fonction du pH : 1) une zone où la concentration en calcium augmente brusquement avec
la décroissance du pH jusqu’à 11,5 ; cela peut être expliqué par la dissolution de la
portlandite ; 2) une zone où un plateau est enregistré (jusqu’à pH 7) qui peut être attribué à
la dissolution des carbonates et 3) une zone où les évolutions sont plus progressives et
peuvent ê
une valeur d’environ 0,5 mol/L ;
- le comportement du cuivre, du zinc et de l’aluminium, est le comportement classique des
métaux amphotères ; le relargage est maximal en milieu acide (~0,5mmol/L,
~0,06mmol/L, ~0,09mol/L, respectivement), passe par un minimum en milieu neutre et
augmente légèrement en milieu basique ;
- les concentrations maximales en bore et en silicium sont atteintes en milieu acide
(~0,08mmol/L et ~2mmol/L) ;
que soit le pH de lixiviatio
légère variation enregistrée dans le cas des chlorures pourrait être expliquée par le fait
qu’une partie des chlorures peut se trouver sous forme de phases minéralogiques dont la
sol
ls se trouvent, comme par exemple l’ettringite (Ca6Al2(SO4)3(OH
6 2 4 3 12 2
du pH mais également du relargage des autres espèces constitutives de ces phases (e.g. Ca,
Al).
Les quantités relarguées ont été également rapportées au contenu total et les résultats obtenus
sont regroupés dans le Tableau III.3
Tableau III.3 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai TS 14429 (dalles en béton) Paramètre % du contenu total
pH Al B Ca Cr Cu K Si Na Zinc Cl- SO4--
3,65 64 37 92 19 40 92 5,7 42 63 5,9 51 5,65 0,3 32 77 0,3 1,2 66 2,3 38 43 4,9 54 6,14 0,2 29 62 5,9 0,4 64 2,3 37 9,6 4,2 47 7,12 0,07 18 31 70 0,01 65 3,3 35 0,2 3,6 28 9,95 0,2 6,2 26 70 0,01 74 1,9 36 0,2 3,8 20
10,52 0,2 2,3 23 89 0,01 86 1,2 35 0,01 4,5 137 11,51 0,3 0,08 14 25 0,7 76 0,2 35 0,5 2,9 0,3 12,35 0,2 0,08 0,4 9,7 0,6 74 0,07 35 0,9 1,5 1,4
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
97
Le relargage des espèces est en général maximal en milieu acide (jusqu’à 92% du contenu
total dans le cas du calcium). Le relargage du sodium et du potassium n’est que très peu
influencé par le pH du milieu.
Pour conclure, les dalles en béton étudiées imposent au milieu un pH basique (12,35) et ont
une forte capacité de neutralisation acide (plateau au pH neutre pour 6 mol H+ / kg matériau).
Parmi les 12 espèces analysées, les espèces suivantes présentent une solubilité contrôlée par le
pH : l’aluminium, le bore, le calcium, le chrome, le cuivre, le silicium, le zinc et les sulfates.
ne forte disponibilité est observée pour certaines espèces en milieu acide (e.g. Ca, Zn).
sique du matériau (Figure III.4) et d’étudier l'influence du pH sur la
solubilisation des espèces (Figure III.5).
U
III.1.2.1.2 Dalles en bois
Les résultats de l’essai d’influence du pH sur les dalles en bois sont présentés dans l’annexe
III.2. Tout comme pour les dalles en béton, l’essai a permis de déterminer la capacité de
neutralisation acido-ba
14pH pH 4h
02
468
10
12
-0,1 -0,08 -0,06 -0,04 -0,02 0 0,02mol H+/kg
pH 44h pH 48h
La
Figure III.4 Courbe de neutralisation acido-basique (dalles en bois)
courbe ANC représentée dans la Figure III.4 fait apparaître les caractéristiques suivantes
matériau étudié : du
e
- e
l’
variations de pH sont importantes même pour de faibles quantités d’acide ou de base
ajoutées. Ainsi, les pH 3,02 et 7,36 sont atteints par l’ajout de seulement 0,013 moles
d’acide/kg de matériau à l’état sec, respectivement 0,016 moles de base/kg de matériau ;
- en milieu basique, le bois présente une légère capacité de neutralisation.
- l pH naturel est légèrement acide avec une valeur de 5,1;
n milieu acide et neutre, le bois n’a aucune capacité de neutralisation acido-basique,
allure de la courbe étant pratiquement linéaire (coefficient de détermination 0,998). Les
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
98
lisation acido-basique du bois indique une faible stabilité physico-La faible capacité de neutra
chimique et donc une faible résistance à l’agression extérieure. Cela peut se traduire par une
variation importante des émissions de substances contenues dans le bois, en fonction du pH.
La disponibilité des substances suivies en fonction du pH est représentée dans la Figure III.5.
Cu, mol/L
1,E-04
1,E-03
1,E-02
2 4 6 8 10 12pH
Zn, mol/L
1,E-06
1,E-05
1,E-04
2 4 6 8 10pH
12
B, mol/L
1,E-04
1,E-03
2 4 6 8 10 12pH
1,E-02
Cl-, mol/L1,E-03
1,E-042 4 6 8 10 12
pH
SO4--, mol/L1,E-03
1,E-042 4 6 8 10pH 12
Ca, mol/L
1,E-02
1,E-03
1,E-042 4 6 8 10 12
pH
COD, mg/L
1,E+03
1,E+04
2 4 6 8 10 12pH
K, mol/L
1,E-04
1,E-03
2 4 6 8 10pH 12
Figure III.5 Solubilité des espèces en fonction du pH (dalles en bois)
Les quantités relarguées ont été rapportées au contenu total (Tableau III.4).
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
99
Tableau III.4 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai TS 14429 (dalles en bois) Paramètre % du contenu total
pH B Cu Ca K Zn Cl- SO4--
3,02 117 73 75 43 115 83 87 4,01 116 34 49 38 74 80 72 5,10 115 19 33 40 36 77 57 6,09 101 10 24 39 27 92 56 7,36 89 9 22 38 27 100 72 8,32 81 12 19 37 26 100 79 9,59 75 28 18 42 61 90 84
11,02 78 48 16 40 59 77 100
On constate que le relargage du cuivre et du zinc est fortement dépendant du pH, avec un
minimum en milieu neutre / légèrement basique (9 et 26 % du contenu total) et un maximum
en milieu acide (73 et 115 % du contenu total). Leur comportement est similaire aux métaux
amphotères avec une ré-solubilisation en milieu basique (jusqu’à 48 et 61 % du contenu total).
Nous constatons une très forte disponibilité du zinc et du bore, équivalente voire supérieure au
contenu total en milieu acide. Le dépassement du contenu total peut être expliqué par
ans l’échantillon analysé. Une disponibilité égale au contenu total est enregistrée également
t Esser [2001] pour le bois traité au cuivre-chrome-arsenic (CCA), nous constatons que le
avec des
diff
l’hétérogénéité du bois traité et donc par une possible surconcentration locale de ces espèces
d
pour les chlorures et les sulfates. Le calcium enregistre un maximum de solubilisation en
milieu acide (75% du contenu total) tandis que le bore, le potassium et les chlorures sont
disponibles indépendamment du pH.
En comparant les résultats obtenus pour le bois traité au cuivre-bore-propiconazole (CBP)
avec ceux obtenus par van der Sloot [2004] pour le bois traité au cuivre-chrome-bore (CCB)
e
comportement au relargage du cuivre est similaire (même allure des courbes)
érences uniquement aux niveaux des concentrations atteintes à l’équilibre (Figure III.6).
Cu, mol/L1,E-02
CBP CCB CCA
1,E-06
1,E-05
1,E-04
1,E-03
2 4 6 8 10 12pH Figure III.6 Comparaison du relargage du cuivre contenu dans différents produits de préservation du bois (cuivre-bore-propiconazole (CBP) [cette étude], cuivre-chrome-bore (CCB) [van der Sloot et al., 2004] et
cuivre-chrome-arsenic (CCA) [Esser et al., 2001])
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
100
elargage du cuivre est due essentiellement à son impact sur les
des protons aux
réa an
Eetve 1998]. Ainsi, la solubilité minima gué du bois traité au CC
est observée à pH 8,8 [Lebow, 1996]. Dans le cas du bois traité au CBP, le m um e
so é du c e est gis à p ,4 e partir d’un pH légèrem aci en n 5 a
quantité relarguée est plus im tan ue s le cas du bois traité C C . L e
des causes est la présence du propiconazole, qui s
e et 5 qui li r gag u re r or ion p
organométalliques [van der Sloot, 2004]. On ra e q p ’es d’ en du
’est l’acide nitrique qui a été utilisé pour obtenir un pH acide. Moghaddam et Mulligan
de nitrique
conduit au plus faible relargage et l’acide sulfurique au plus fort relargage. Hooper et al.
ide acétique a également une forte affinité pour le cuivre cationique
En résumé, les dalles en bois étudiées imposent au milieu un pH légèrement acide (5,1) et ont
une très faible capacité de neutralisation basique (seulement 0,013 moles d’acide/kg matériau
à l’état sec pour atteindre pH 3). Parmi les 8 espèces analysées, les espèces suivantes
présentent une solubilité contrôlée par le pH : le calcium, le cuivre, le zinc, les sulfates et le
carbone organique dissous (COD). La solubilité du bore, du potassium et des chlorures est
très peu influencée par le pH du milieu. Nous constatons une très forte disponibilité des
espèces (jusqu’à 100 % du contenu total pour le bore, le zinc, les chlorures et les sulfates).
i d’influence du pH sur les gouttières en zinc sont présentés dans
l’annexe III.3. La courbe de neutralisation acido-basique obtenue est présentée dans la Figure
III.7.
Ce comportement est en accord avec les constats de Lebow [1996] qui considère que
l’influence du pH sur le r
phénomènes d’adsorption. Cette influence est expliquée par la contribution
ctions d’échange ionique qui ont lieu sur les sites d’adsorption du cuivre sur le bois [V
lde et al., le du cuivre relar A
inim d
lubilit uivr enre tré H 7 t à ent de ( viro ), l
por te q dan au C B et CA ’un
est plus disponible à partir d’un pH compri
ntre 4 et faci te le elar e d cuiv pa la f mat des com lexes
ppell ue our l sai influ ce pH,
c
[2007] ont comparé l’effet de la nature de l’acide sur le relargage du cuivre et ils ont conclu
que parmi les trois acides étudiés (acide nitrique, sulfurique et acétique), l’aci
[1998] ont montré que l’ac
et favorise donc son relargage. La nature de l’acide peut donc avoir un impact significatif sur
le relargage.
III.1.2.1.3 Gouttières en zinc
Les résultats de l’essa
III. Résultats et interprétations
0
2
4
6
8
10
12
14
-10 0 10 20 30 40 50mol H+/kg
pH pH 4h pH 44h pH 48h
Figure III.7 Courbe de neutralisation acido-basique (gouttières en zinc)
Dans le cas des gouttières en zinc, la matrice du matériau est identique à l’espèce suivie (le
zinc). La « capacité de neutralisation acido-basique » observée (le plateau à pH 7,
correspondant à 30 moles d’acide par kilogramme de matériau) est due en fait à la dissolution
du zinc qui conduit à la consommation complète du matériau (Figure III.8). Par conséquent,
dans le cas des produits à matrice métallique, on ne peut pas parler comme pour les deux
autres produits testés, d’une « capacité de neutralisation » dans le sens du projet de norme
prCEN/TS 14429 [CEN, 2002a].
La disponibilité du zinc en fonction du pH et des quantités d’acide/base consommées est
représentée dans la Figure III.8.
Zn, mol/L
1,E-08
1,E-05
1,E-02
1,E+01
2 4 6 8 10 12 14pH
LD
00,30,60,91,21,51,82,1
-10 0 10 20 30 40 50molH+/kg DM
Zn, mol/L
0
24
6
8
1012
14
pHZn, mol/L pH
Figure III.8 Solubilité du zinc en fonction du pH et des quantités d’acide/base ajoutées (gouttières en zinc) Le comportement du zinc sous forme métallique est celui classique d’un métal amphotère,
avec une forte disponibilité en milieu acide et basique. La plus faible solubilité est enregistrée
à pH d’environ 9 (zone de passivation). Cela est en accord avec le diagramme de Pourbaix
pour ce métal (cf. § I.4.3). L’évolution de la concentration en zinc en fonction des quantités
d’acide/base ajoutées montre bien que le plateau obtenu pour l’évolution du pH, correspond à
la dissolution du zinc.
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
101
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
102
III.
L’e d’ tem tem rature f. § I 1.2.2) é
pr par un e de déter tion d cinét de m à l’éq re à d mpératures
différentes de la température ambian (appel sai « tique La d de l ai
ture» établie e nction s résultats de l’essai « cinétique » obtenus pour
chaque produit.
Les résultats de l’essai « temp ture » été rep entés hique t sous x for
la variation des trois pH visés (acide, neutre et basique) en fonction de la température de
III.1.2.2.1 Dalles en béton
que » pour les dalles en béton sont donnés dans l’annexe III.4.
matériau (basique).
1.2.2 L’influence de la température
ssai influence de la pérature (appelé essai « pé », c I.2. a ét
écédé ssai mina e la ique ise uilib es te
te é es ciné »). urée ’ess
« tempéra est n fo de
éra ont rés grap men deu mes :
-
l’essai ; cette représentation permet de mettre en évidence l’influence de la température
sur les conditions effectives (pH) de lixiviation ;
- la variation de la concentration en espèces aux trois températures (4°C, 20°C et 50°C) et
aux trois valeurs de pH visés (acide, neutre et basique) ; cette représentation permet de
mettre en évidence l’influence de la température couplée à l’influence du pH sur le
relargage.
Les résultats de l’essai « cinéti
La Figure III.9 montre l’évolution dans le temps (jusqu’à 9 jours) de la concentration des
différentes espèces au pH imposé par le
pH basique/naturel et 4°C
0,0010,010,1
110
1001000
0 2 4 6 8 10jours
mg/L Al
B
Ca
Cr
Cu
K
Na
Si
Zn
pH basique/naturel et 50°C
0,0010,010,1
110
1001000
0 2 4 6 8jours
mg/L Al
B
Ca
Cr
Cu
K
Na
Si
Zn
Figure III.9 Détermination de la cinétique de mise à l’équilibre à 4°C et 50°C (dalles en béton) On constate que pour la plupart des espèces suivies, les concentrations mesurées après les
différentes durées de contact sont proches. On considère alors qu’à 4°C, l’équilibre est atteint
sous 48 heures et à 50°C, sous 24 heures. Pour certaines espèces (e.g. B, Zn) une plus faible
concentration est mesurée pour l’échantillon lixivié 48 heures à 50°C comparativement avec
celle de l’échantillon lixivié 24 heures. Cela peut être dû aux très faibles concentrations en ces
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
103
température» a été fixée à 48 heures. Les
résultats de l’essai « température » sont donnés dans l’annexe III.7 et à titre d’exemple dans la
Figure III.10.
espèces (proches de la limite de détection) qui impliquent de plus fortes incertitudes sur les
résultats ainsi qu’une plus importante influence de l’hétérogénéité du matériau testé.
Sur la base de ces constats, la durée de l’essai «
420
50
0
érature, °C
2
4
6
8
10
12
14pH
Temp
pH basique/naturel pH neutre pH acide
4 20 50
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
Cl-, mol/L
Température, °C
pHbs/nat pHnt pHac
4 20 50
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
Zn, mol/L
Température, °C
pHbs/nat pHnt pHac
e l’essai (dalles
en béton)
d milieu est constatée aux valeurs imposées par le
valeurs de pH quasi égales sont enregistrées à la fin de l’essai.
pérature a un impact différent sur le relargage. Ainsi,
est complexe (e.g. le zinc). En effet, cela se manifeste à la fois directement à travers
Figure III.10 Variation du pH et de la solubilité des espèces en fonction de la température d
Une influence de la température sur le pH u
matériau lui-même (pH basique/naturel) : un écart de 0,61 unités de pH est enregistré entre
l’éluat obtenu à 4°C et celui obtenu à 20°C. La température peut avoir donc un impact sur les
conditions effectives de lixiviation. En milieu acide et neutre, pour la même quantité d’acide
ajouté (11,3 moles H3O+ par kg de matériau à l’état sec, respectivement 7,2 moles H3O+ par
kg de matériau à l’état sec) des
Selon l’espèce suivie, la tem
1) pour les espèces dont le relargage n’est pas influencé par le pH (e.g. les chlorures),
l’influence de la température se manifeste sur la solubilité de ces espèces : celle-ci est
plus importante aux températures supérieures ;
2) pour les espèces dont le relargage est contrôlé par le pH, l’influence de la température
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
104
e relargage des espèces ne peut pas être considérée comme
complètement caractérisée si on prend en compte la complexité des effets (dans certains cas
antagonistes) de la température sur les réactions chimiques et sur le transport de matière,
l’influence de l’hétérogénéité du matériau et les faibles concentrations dans les éluats (fortes
incertitudes des mesures).
Les quantités relarguées ont été rapportées au contenu total (Tableau III.5).
Tableau III.5 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai “température” (dalles en béton) Paramètre % du contenu total
l’influence de la température sur la solubilité mais également indirectement, à travers
l’influence de la température sur le pH du milieu.
L’influence de la température sur l
pH Temp.,°C Al B Ca Cr Cu K Si Na Zn Cl- SO4--
4 85 40 91 83 37 71 13 40 34 71 38 20 64 37 92 66 40 92 5,7 42 63 79 51
Acide (~3,7)
50 54 35 91 13 33 72 6,4 42 43 100 56 4 0,13 12 30 41 0,39 61 1,9 34 0,71 38 21
20 0,07 18 31 19 0,01 65 3,3 35 0,15 48 28 Neutre (~ 7,1)
50 0,10 9,3 30 56 0,06 65 2,8 40 1,03 52 37 4 0,25 0,08 3,5 14 0,06 64 0,03 33 0,12 13 0,36
20 0,22 0,08 0,4 10 0,58 74 0,07 35 0,86 20 0,54 Naturel/ Basique (~12,7) 50 0,08 0,25 2,7 15 0,14 68 0,03 47 0,01 28 0,56
Une forte disponibilité est observée pour le sodium, le potassium, les chlorures et le chrome
dans
III.1.2.2.2 Dalles en bois
Com dans le s des d s e bét pr vo éri la m
ré (Figur .11), la rée l’e d’ tur été ée lem t
à 48 heures.
les trois milieux et celle-ci est plus importante aux températures supérieures.
me ca alle n on, a ès a ir v fié ise à l’équilibre, au vu des
sultats e III du de ssai influence de la tempéra e a fix éga en
pH neutre/nature °C
0,10 2 4 6 8 10
l et 4
1
10
100
jours
mg/L B
Ca
Cu
K
Na
Zn
pH neu urel 0°C
0,1
00
0 2 4 6 8jours
/L tre/nat et 5 1
mg B
Ca
Cu
1
10
K
Na
Zn
Figure III.11 Détermination de la cinétique de mise à l’équilibre à 4°C et 50°C (dalles en bois)
dans la Figure III.12.
Les résultats de l’essai « température » sont donnés dans l’annexe III.8 et à titre d’exemple
III. Résultats et interprétations
4 20 50
0
2
4
6
8
10
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
105
12pH
Température, °C
pH basique pH neutre/naturel pH acide
4 20 50
0
3000
6000
9000
COD, mg/L
Température, °C
pHbs pHnt/nat pHac
4 20 50
0
0,0003
0,0006
0,0009
0,0012
B, mol/L
Température, °C
pHbs pHnt/nat pHac
4 20 50
0
0,00004
0,00008
0,00012
0,00016
Cl-, mol/L
Température, °C
pHbs pHnt/nat pHac
Figure III.12 Variation du pH et de la solubilité des espèces en fonction de la température de l’essai (dalles
en bois)
Malgré une même quantité d’acide (respectivement de base) ajoutée, un pH différent est
obtenu ure est
nregistrée en milieu basique (en écart de -1,92 unités de pH est enregistré entre l’éluat
ont le relargage
s avoir un impact
significatif.
Les quantités relarguées ont été rapportées au contenu total et les résultats sont présentés dans
le Tableau III.6.
aux différentes valeurs de températures. La plus forte influence de la températ
e
obtenu à 4°C et celui obtenu à 50°C). Cela peut être expliqué par l’impact plus fort du COD
émis dans ce milieu. En effet, comme nous l’avons vu lors de l’essai d’influence du pH,
l’émission du COD est favorisée par le milieu basique. Le carbone organique dissous est dû à
la décomposition de la lignine en acides organiques qui est favorisée par l’augmentation de la
température. Les acides organiques émis réagissent avec la base ajoutée en abaissant le pH.
Même si c’est dans une moindre mesure, ce phénomène est constaté également en milieu
imposé par le matériau (pH neutre/naturel). En conséquence, on note que la température a un
impact sur les conditions effectives de lixiviation. Cela se reflète sur le relargage des métaux,
d’une part par l’influence du pH (sur les métaux dont le relargage est dépendant du pH cf. §
III.1.2.1.2) et d’autre part par l’effet complexant du carbone organique dissous, qui favorise
leur relargage en tant que complexes organométalliques. Pour les espèces d
n’est pas influencé par le pH (e.g. les chlorures), la température ne semble pa
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
106
T ) ableau III.6 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai “température” (dalles en boisParamètre % du contenu total
pH Température, °C B Cu Ca K Zn Cl- SO4--
4 105 48 148 78 73 41 83 20 117 73 75 41 115 83 87 Acide
(~2,4) 50 100 59 79 40 88 78 57 4 107 16 22 37 33 67 52
20 115 19 33 39 36 77 57 Naturel / «Neutre» (~ 5,1) 50 120 19 37 41 34 71 57
4 68 31 16 30 49 75 90 20 78 48 18 36 59 77 100 Basique
(~11,7) 50 89 57 19 36 106 77 96
Une forte disponibilité est observée pour la toutes les espèces suivies, le maximum étant
enregistré pour le bore en milieu acide et en milieu imposé par le matériau (pH naturel), ainsi
ancières, cela n’a pas pu être réalisé dans cette étude.
que pour le zinc en milieux acides et basiques. Comme nous l’avons constaté également lors
de l’essai TS 14429, un dépassement du contenu total est enregistré. En conséquence, il
apparaît que l’hétérogénéité du bois a un fort impact sur les résultats. La réalisation des essais
(y compris la détermination du contenu total) en réplicats s’impose pour ce type de matériau.
Du fait de contraintes fin
III.1.2.2.3 Gouttières en zinc
Les résultats de l’essai « cinétique » sont donnés dans l’annexe III.6 et représentés
graphiquement dans la Figure III.13.
pH neutre/naturel
0
2
4
6
0 2 4 6 8jours
Zn,mg/L 4°C 50°C
10
pH basique
100
200
Zn, mg/L
500 2 4 6 8 10
jours
150
4°C 50°C pH acide
3000
Zn, mg/L
2500
20000 2 4 6 8 10jours
4°C 50°C
Figure III.13 Détermination de la cinétique de mise à l’équilibre à 4°C et 50°C (gouttières en zinc)
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
107
La le
lixiviant est dépendante de plusieurs facteurs (tem rature, nature uantité de réactifs etc.)
et l’équilibre du système n’est pas toujours atteint dans les 48 heures. En effet, le système
évolue jusqu’à la consommation d’un des réactifs (l’acide/base ou le zinc métallique) ou
jusqu’à une éventuelle passivation du zinc. Pour des raisons d’harmonisation avec les
conditions appliquées aux utres produits t tés (les dalle éton et en bois), une
durée de 48 heures a été retenue pour l’essai « température s résultats de l’essai
température » effectué sur les gouttières en zinc sont donnés dans l’annexe III.9 et
cinétique de réaction entre le zinc métallique et l’acide ou la base contenue dans
pé et q
deux a es s en b
». Le
«
représentés graphiquement dans la Figure III.14.
4 20 50
2
4
6
Température, °C
8
12
14
10
pHpH basique pH neutre/naturel pH acide
4 20 50
1,0E-07
1,0E-05
Température, °C
1,0E-03
1,0E+01
Zn, mol/L
1,0E-01
pHbs pHnt/nat pHac
Figure III.14 Variation du pH et de la solubilité du zinc en fonction de la température de l’essai
(gouttières en zinc)
Pour une même quantité d’acide dans le lixiviant, le pH de l’éluat obtenu après 48 heures de
lixiviation augmente avec l’augmentation de la température. Cela s’explique par la plus faible
cinétique de réaction entre le zinc et l’acide à basse température. En effet, à des températures
supérieures, le pH augmente à cause de la « consommation » plus rapide de l’acide. Comme
nous l’avons vu lors de l’essai « cinétique », l’essai « température » n’a pas lieu à l’équilibre
et donc les concentrations obtenues aux trois valeurs de pH cibles sont plutôt dépendantes de
la cinétique de réaction qui est favorisée par l’augmentation de la température.
III.1.2.3 L’influence du ratio L/S (L/kg)
L’influence du ratio L/S (le rapport entre le volume du lixiviat et la masse du produit, en
L/kg) sur le relargage des espèces a été déterminée à l’aide de l’essai décrit dans le chapitre
II.2.1.2.3. Les résultats sont présentés graphiquement en tant qu’évolution de la quantité
relarguée, exprimées en mg d’espèces par kg de matériau à l’état sec, en fonction du ratio L/S,
aux trois valeurs de pH cibles.
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
108
trois valeurs de pH cibles. Il faut noter que
pour les trois ratios L/S, les différences entre les pH acides sont inferieures à 0,2 unités de pH,
être
III.1.2.3.1 Dalles en béton
Les résultats pour chaque espèce analysée sont présentés dans l’annexe III.10. Les graphiques
ci-après (Figure III.15) présentent à titre d’exemple l'évolution des quantités relarguées en
potassium et sulfates, en fonction du ratio L/S, aux
pour la même quantité d’acide ajouté (11,3 moles H3O+/kg). La même remarque peut
faite pour les pH neutres. La variation du pH naturel (basique) aux trois ratios L/S est
également inferieure à 0,2 unités.
5 10 15
800
Ratio L/S, L/kg
1400
1600
K, mg/kg pHbs/nat pHnt pHac
1000
1200
5 10 15
10
10000
SO4--,
mg/kgpHbs/nat pHnt pHac
100
1000
Ratio L/S, L/kg
u contenu total (Tableau III.7).
Tableau III.7 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai “ratio L/S” (dalles en béton) Paramètre % du contenu total
Figure III.15 Variation des quantités relarguées en fonction du ratio L/S (dalles en béton)
Pour toutes les espèces l’augmentation du ratio L/S favorise le relargage. Cela peut être
expliqué par l’augmentation du gradient de concentration. Selon l’espèce son influence est
plus ou moins importante. Le relargage semble plus faible à des ratios supérieurs uniquement
dans le cas où le dosage analytique est difficilement réalisable (concentrations proches ou
inferieures à la limite de détection pour cause de dilution à ces ratios).
Les quantités relarguées ont été rapportées a
pH Ratio L/S, L/kg Al B Ca Cr Cu K Si Na Zn Cl- SO4--
5 47 28 66 52 17 63 4 29 54 54 45 10 64 37 92 66 40 92 6 42 63 79 51
Acide (~3,7)
15 71 5 101 7,7 36 96 6 44 69 83 68 5 0,1 10 25 13 0,01 59 2,7 32 0,1 45 22
10 0,1 18 31 19 0,01 65 3,3 35 0,1 48 28 N(~
2 69 31
eutre 7,1)
15 0,1 17 35 20 0,02 86 3,9 48 0,5 0,2 0,2 0,4 7,3 0,4 63 0,07 32 0,6 15 0,3
10 0,2 0,1 0,4 9,7 0,6 74 0,07 35 0,9 20 0,5 NaBa(~ 0,1 0,1 0,4 11 0,6 85 0,05 37 1,0 18 2,3
turel/ sique 12,3) 15
En milieu acide et neutre, exception faite de B et Cr, pour toutes les espèces une plus forte
disponibilité à des ratios L/S supérieurs est observée. En milieu imposé par le matériau
(basique), le même comportement est observé, exception faite de B, Al, Si.
III. Résultats et interprétations
III.1.2.3.2 Dalles en bois
Les résultats obtenus sont présentés dans l’annexe III.11. Les graphiques ci-après (Figure
III.16) présentent à titre d’exemple l'évolution de la quantité relarguée pour quelques espèces,
en fonction du ratio L/S, aux trois valeurs de pH cibles (pour chaque pH cible sa variation aux
trois ratios L/S est inferieure à 0,1 unités).
5 10 15
0
40
80
120B, mg/kg
Ratio L/S, L/kg
pHbs pHnt/nat pHac
5 10 15
0
400
800
1200Cu, mg/kg
Ratio L/S, L/kg
pHbs pHnt/nat pHac
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
109
5 10 15
0
10
20
30
40Cl-, mg/kg
Ratio L/S, L/kg
pHbs pHnt/nat pHac
5 10 15
0
10000
20000
30000
40000COD, mg/kg
Ratio L/S, L/kg
pHbs pHnt/nat pHac
Figure III.16 Variation des quantités relarguées en fonction du ratio L/S (dalles en bois)
La relargage du bore est légèrement influencé par le ratio L/S. Ainsi, au ratio L/S 15 L/kg, le
relargage est le plus important et le plus grand écart par rapport au ratio 5 et 10 L/kg est
enregistré pour le pH basique : respectivement 21% et 17%. Le comportement en milieu
basique peut être expliqué par la corrélation avec le comportement du COD (plus disponible
en milieu basique) qui semble influencer le relargage du bore. Pour le cuivre, en milieu acide,
le ratio L/S 15 L/kg conduit à des quantités relarguées plus importantes que pour les ratios 5
et 10 L/kg. Cela peut être dû à un gradient de concentration plus faible dans le cas des ratios 5
et 10 L/kg qui limite le relargage. En milieu basique, le relargage du COD est favorisé par les
ratios supérieurs à 5 L/kg, à cause de sa disponibilité plus importante dans ce milieu. Ainsi,
entre le ratio 5 et 10 L/kg, un écart de 25 % est enregistré. Les chlorures présentent le même
comportement indépendamment du pH, avec des écarts entre 16 % et 21 %.
Les quantités relarguées ont été rapportées au contenu total (Tableau III.8).
III. Résultats et interprétations
Tableau III.8 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai “ratio L/S” (dalles en bois) Paramètre % du contenu total
pH Ratio L/S, L/kg B Cu Ca K Zn Cl- SO4--
5 97 58 69 41 68 54 27 10 104 72 83 43 115 44 64
Acide (~2,7)
15 108 84 88 43 150 48 20 5 103 16 30 31 29 62 38
10 105 17 33 30 28 49 50 Naturel / «Neutre» (~ 5,1) 15 113 17 28 30 39 53 32
5 80 22 14 38 47 57 34 10 84 25 18 42 28 48 41
Basique (~9,8)
15 101 24 18 43 32 56 41
Une forte disponibilité est observée pour toutes les espèces suivies, le maximum étant
enregistrée pour le bore et le zinc.
En règle générale nous pouvons dire que pour les espèces dont le relargage est contrôlé par le
pH, à des valeurs qui favorisent leur relargage (comme par exemple un pH acide pour le
cuivre ou un pH basique pour le COD), les ratios L/S plus importants sont plus pertinents à
utiliser. Pour les éléments dont le relargage est indépendant du pH, le ratio L/S n’a pas une
influence significative.
III.1.2.3.3 Gouttières en zinc
Les résultats de l’essai d’influence du ratio L/S sur les gouttières en zinc sont donnés dans
l’annexe III.12. Les variations du pH et des quantités de zinc relargué aux différents ratios L/S
sont représentées dans la Figure III.17.
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
110
5 10 15
2
4
Ratio L/S, L/kg
6
8
12
14pH
10
pHbs pHnt/nat pHac
5 10 15
1,0E-02
1,0E+00
Ratio L/S, L/kg
1,0E+02
1,0E+06Zn, mg/kg
1,0E+04
pHbs pHnt/nat pHac
Figure III.17 Variation du pH et des quantités relarguées en fonction du ratio L/S (gouttières en zinc)
Pour les produits à matrice métallique, ce n’est pas le ratio L/S en soi qui influence le
relargage mais plutôt la disponibilité des réactifs: la réaction de dissolution du zinc continue
jusqu’à la consommation d’un des réactifs (e.g. en milieu acide jusqu’a la dissolution quasi-
complète du zinc). Les quantités relarguées ont été rapportées au contenu total (Tableau III.9).
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
111
Tableau III.9 Pourcentage du contenu total, lixivié lors de l’essai “ratio L/S” (gouttières en zinc) pH Ratio L/S, L/kg Zn, % du CT
5 98,8 10 96,5
Acide (~4,2)
15 95,6 5 0,0008
10 0,0008 Imposé par le produit
(~ 8,5) 15 0,0007 5 0,014
10 0,029 Basique (~12,2)
15 0,044
Comme attendu, le maximum de relargage est enregistré en milieu acide, jusqu’à 98,8% du
contenu total au ratio L/S de 5 L/kg.
III.1.2.4 Conclusions sur le comportement des produits en conditions statiques
En se basant sur les résultats de la caractérisation des produits en conditions statiques,
une hiérarchisation qualitative des paramètres en fonction de leur influence sur le
relargage peut être realisée. Cette hiérarchisation est l’une des propositions
d’amélioration d’application de la norme EN 12920 faite dans une étude de retour
d’expérience [Brons-Laot et al., 2005 et 2006]. Le pH a été considéré comme ayant
incontestablement la plus forte influence sur le relargage des substances contenues dans
les trois types de matrices (béton, bois, zinc métallique). Pour les autres paramètres, afin
de s’affranchir des incertitudes de mesure, seuls les résultats obtenus pour les espèces
dont les concentrations en éluats sont toujours supérieures à 1mg/L ont été pris en
compte. En effet, pour ceux-ci les incertitudes de mesure sont inferieures à 5%. Pour les
dalles en béton, il s’agit de Na, K, Ca, Cl- et SO4--, pour les dalles en bois, de B, Ca, Cu,
K, Cl-, SO4-- et COD et pour les gouttières en zinc, bien évidement de Zn. Le critère de
hiérarchisation a été le plus grand écart enregistré entre les résultats obtenus en variant
un certain paramètre. Pour l’essai « température » la différence de résultats a été
exprimée en pourcentage par rapport aux résultats obtenus à 20°C. Pour l’essai « ratio
L/S », la différence de résultats a été exprimée en pourcentage par rapport aux résultats
obtenus au ratio de 10L/kg. Le plus grand écart enregistré dans le cas de la variation de
la température de l’essai a été de 40% pour les dalles en béton et pour les dalles en bois
et de 81% pour les gouttières en zinc. En variant le ratio L/S, le plus grand écart a été de
50%, pour les dalles en béton et les gouttières en zinc et de 68% pour les dalles en bois.
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
112
Pour les dalles en béton et en bois, la hiérarchisation suivante peut être établie :
influence du pH > influence du ratio L/S (L/kg) > influence de la température. Pour
les gouttières en zinc l’ordre d’influence est : influence du pH > influence de la
température > influence du ratio L/S (L/kg).
III.1.3 Caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions dynamiques
Le t
(i.e. le système produit / lixiviant n’atteint l’équilibre thermodynamique à aucun
moment de l’essai) a été étudié à l’aide des essais de lixiviation sur monolithes, avec
renouvellement de lixiviant. L’influence de trois paramètres sur la dynamique de
relargage a été étudiée :
4) le mode de renouvellement du lixiviant
comportement des produits en conditions dynamiques de contact avec le lixivian
: séquentiel (MBT, cf. § II.2.1.3.1) ou en
continu (CMLT, cf. § II.2.1.3.2) ;
5) le ratio statique L/A (cm3/cm2) : le MBT a été conduit à deux ratios L/A, 5
6) l’altération des produits
cm3/cm2 et 10 cm3/cm2 (cf. § II.2.1.3.1);
: le CMLT a été conduit sur les produits de référence
(soumis à aucune contrainte) et sur les produits altérés (cf. § II.2.1.3.3).
Avant l’interprétation des résultats obtenus dans chaque cas, il est important de vérifier que
les conditions dynamiques des essais ont été respectées. Cette vérification est possible en
s'assurant que les concentrations des espèces dans les éluats obtenus lors des essais
dynamiques sont inférieures aux concentrations à l’équilibre, obtenues à l’aide de l’essai TS
14429 (cf. III.1.2.1) et pour les matériaux poreux qu’un gradient de concentration entre l’eau
de pores et les éluats est également assuré.
III.1.3.1 L’influence du mode de renouvellement du lixiviant
L’influence du mode de renouvellement est mise en évidence à travers la confrontation des
résultats des deux types d’essais dynamiques (MBT et CMLT), exprimés en tant que :
1) évolution de la masse relarguée en cumulé (mg · m-2), en fonction du temps;
2) évolution du flux de relargage (mg · m -2 · jour-1) en fonction du temps;
3) bilan massique et pourcentage par rapport au contenu total, de la masse totale émise à
la fin des essais.
On rappelle que les deux essais dynamiques ont été conduits au même ratio statique L/A de 5
cm3·cm-2. Cependant, les modes de renouvellement différents imposent des ratios dynamiques
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
113
A contrario, dans le cas
du MBT, le ratio dynamique décroît dans le temps (de 2,5 à 0,007 cm3·cm-2·h-1) en fonction de
la durée de chaque période de contact produit / lixiviant (Figure III.18). Cette différence de
ratio dynamique pourrait expliquer une éventuelle influence du mode de renouvellement sur
le comportement à la lixiviation des produits.
FS (i.e. débit surfacique, en cm3·cm-2·h-1) différents. Ainsi, dans le cas du CMLT, le ratio
dynamique est constant et fixé à 0,52 cm3·cm-2·h-1 (cf. § II. 2.1.3.2).
Figure III.18 L’évolution du ratio dynamique FS (cm3·cm-2·h-1) dans le cas de MBT et CMLT
III.1.3.1.1 Dalles en béton
La vérification des conditions dynamiques est réalisée et représentée graphiquement dans la
Figure III.19. Il apparaît que dans le cas de l’essai avec renouvellem
les concentrations des espèces analysées sont le plus souvent loin de la saturation et que le
relargage n'est donc pas limité par la solubilisation, exception faite du zinc et du carbone
organique dissous16. Dans le cas de l’essai avec renouvellement séquentiel (MBT), en plus du
zinc et du carbone organique dissous, le relargage de deux autres espèces est limité par
l'arrivée à saturation. Il s’agit de l’aluminium et du silicium. De plus, pour toutes les espèces,
sauf le sodium, les concentrations dans les éluats obtenus lors du MBT sont très proches de la
limite de saturation. Le CMLT semble donc mieux assurer les conditions dynamiques,
probablement grâce au ratio dynamique constant sur la durée de l’essai. Cependant, le cuivre,
espèce se trouvant en très faible quantité dans le matériau, n’a pu être détecté en conditions
dynamiques que lors du MBT. Quant au gradient de concentration entre l’eau de pores et les
éluats, à l’exception de l’aluminium, du calcium et du silicium, les concentrations dans les
éluats pour toutes les autres espèces sont de 1 à 5 ordres de grandeurs inférieures aux
ent en continu (CMLT)
16 Le COD n’a pas pu être analysé dans les éluats obtenus en milieu acide (difficultés analytiques)
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
114
co a
iffusion, les phénomènes de lessivage surfacique contribuent au relargage [van der Sloot,
ncentrations dans l’eau des pores. Pour ces trois espèces (Al, Ca et Si), en plus de l
d
1990].
Al, mol/L
1,E-08
1,E-06
1,E-04
1,E-02
2 4 6 8 10 12 14pH
eau pores TS 14429 MBT CMLT LDSi, mol/L
1,E-05
1,E-03
1,E-01
1,E-072 4 6 8 10 12 14pH
eau pores TS 14429 MBT CMLT LD
Na, mol/L
1,E-08
1,E-06
2 8
1,E-04
1,E-02
1,E+00eau pores TS 14429 MBT CMLT LD
4 6 pH 10 12 14
K, mol/L
1,E-06
1,E
1,E-02
1,E+00eau pores TS 14429 MBT CMLT LD
-04
4 10 12pH2 6 8 14
Zn, mol/L
1,E-08
1,E-04
2 4 6 8 10 12 14pH
1,E-06
eau pores TS 14429 MBT CMLT LD
Cu, mol/L
1,E-08
1,E-04
2 4 6 8 10 12 14pH
eau pores TS 14429 MBT LD
1,E-06
Cl-, mol/L
1,E-04
1,E-02
1,E-062 4 6 pH 8 10 12 14
eau pores TS 14429 MBT CMLT LDSO4
--, mol/L
1,E-05
1,E-03
1,E-01
1,E-072 4 6 8 10 12 14pH
eau pores TS 14429 MBT CMLT LD
Figure III.19 Vérification des conditions dynamiques des essais MBT et CMLT (dalles en béton)
III. Résultats et interprétations
Ca, mol/L
1,E-08
1,E-06
1,E-04
1,E-02
1,E+00
2 4 6 8 10 12 14pH
eau pores TS 14429 MBT CMLT LDCOD, mg/L
1,E-01
1,E+00
1,E+01
1,E+02
2 4 6 8 10 12 14pH
eau pores TS 14429 MBT CMLT
Figure III.19 Vérification des conditions dynamiques des essais MBT et CMLT (dalles en béton) -
continuation
Les évolutions dans le temps du pH et des masses cumulées relarguées lors des deux essais
dynamiques (MBT et CMLT) sont représentées dans la Figure III.20 et dans la Figure III.21.
On note que dans le cas du CMLT, les masses relarguées ont été calculées à partir des
concentrations mesurées dans les éluats récoltés (concentrations dites « moyennes » - cf. §
II.2.3.1) auxquelles on ajoute les quantités d’espèce qui restent à chaque prélèvement dans le
réacteur d’essai. Ces quantités peuvent être calculées à partir des concentrations dites
« ponctuelles » (cf. § II.2.3.1). Leur impact est significatif notamment sur les résultats des
premiers prélèvements pour lesquels le volume d’éluat récolté est comparable avec celui qui
reste dans le réacteur.
pH
8
9
10
11
12
13
0,01 0,1 1 10 100Jours
Figure III.20 Evolution dans le temps du pH lors des deux essais dynamiques (dalles en béton) (∆ MBT, ▲CMLT, x CMLTp)
La Figure III.20 montre que le pH des éluats obtenus lors du MBT varie légèrement entre 11
et 12. Pour le CMLT une chute du pH de 11 à 9 est enregistrée à partir du 4eme jour de mise en
contact et jusqu’à la fin de l’essai. Il faut noter que ces valeurs de pH caractérisent les éluats
au m
H des éluats dans le cas du CMLT pourrait être expliquée d’une part par un début
oment du prélèvement et pas l’évolution dans le système produit / lixiviant. La chute de
p
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
115
d’épuisement en hydroxydes, et d’autre part, par la plus longue exposition des éluats au
dioxyde de carbone de l’air, avant mesure (la durée fixée pour chaque étape de l’essai, cf. § II.
2.1.3.2). D’ailleurs, vers la fin de l’essai, le pH mesuré lors des prélèvements « ponctuels »
(CMLTp, considéré comme caractéristique du système) est supérieur au pH mesuré lors des
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
116
n béton en conditions dynamiques (cf. § IV.2.2). La simulation du comportement lors
u CMLT montre que ce phénomène n’a pas lieu dans les conditions d’un renouvellement en
prélèvements « moyens » (les éluats récoltés). Quant à l’évolution du pH dans le système
produit / lixiviant, dans le cas du MBT, après chaque renouvellement du lixiviant (eau
déminéralisée) le pH de l’eau déminéralisée (environ 6,5) est imposé au système, suivi par
une augmentation du pH au fur et à mesure qu’il se charge en substances émises, jusqu’aux
valeurs mesurées dans les éluats (11-12). Ces fluctuations de pH ont été constatées
expérimentalement auparavant [Sanchez, 1996], par un suivi en continu de l’évolution du pH
dans la solution de lixiviation des deux matrices cimentaires soumises à un essai dynamique
avec renouvellement séquentiel. Ces fluctuations de pH peuvent influencer fortement le
relargage et elles sont mieux mises en évidence lors de la simulation du comportement des
dalles e
d
continu de lixiviant (cf. § IV.2.2).
Na 1,E+05
1,E-021,E-011,E+001,E+011,E+02
0,01 0,1 1 10 100
1,E+1,E+04
03
jours
mg/
m2
K 1,E+05
1,E-021,E-011,E+001,E+011,E+02
0,01 0,1 1 10 100
1,E+031,E+04
jours
mg/
m2
Ca
1,E-021,E-011,E+001,E+011,E+021,E+031,E+041,E+05
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Cl-
1,E-021,E-011,E+001,E+011,E+021,E+031,E+041,E+05
mg/
m2
0,01 0,1 1 10 100jours
SO4-- 1,E+05
1,E-021,E-011,E+001,E+011,E+021,E+031,E+04
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
COD 1,E+05
1 10 1001,E-021,E-011,E+001,E+011,E+021,E+031,E+04
0,01 0,1jou
mg/
m2
rs Figure III.21 Evolution dans le temps de la masse cumulée relarguée lors des deux essais dynamiques
(dalles en béton) (∆ MBT, ▲CMLT)
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
117
Al
1,E-021,E-011,E+001,E+011,E+021,E+031,E+041,E+05
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Si
1,E-021,E-011,E+001,E+011,E+021,E+031,E+041,E+05
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Zn
1,E-021,E-011,E+001,E+011,E+021,E+031,E+041,E+05
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Cu
1,E-021,E-1,E+1,E+011,E+021,E+031,E+041,E+05
0,01 0,1 1 10 100
0100
jours m
g/m
2
Figure III.21 Evolution dans le temps de la masse cumulée relarguée lors des deux essais dynamiques (dalles en béton, ∆ MBT, ▲CMLT) – continuation
La figure ci-dessus montre que lors des deux essais, pour le sodium et le potassium, le même
comportement est enregistré, tandis que le calcium, l’aluminium, le silicium, les chlorures, les
sulfates et le carbone organique dissous présentent un relargage plus important lors du CMLT.
Un comportement diffusionnel (pente de la droite de tendance proche de 0,5) semble se
profiler pour 6 des 12 espèces analysées : sodium, potassium, calcium, chlorures, sulfates et
carbone organique dissous. Pour le zinc, après un relargage contrôlé apparemment par la
diffusion, on observe un relargage rapide (pente de 2,02) suivi par un phénomène
d’épuisement (plateau atteint vers la fin de l’essai). Le cuivre atteint également l’épuisement
pendant la durée de l’essai et cela après une étape de relargage rapide (pente de 1,32). Le bore
et le chrome n’ont été détectés dans aucun éluat (LD = 0,002mg/L). Dans le cas de l’essai
CMLT, en plus du bore et du chrome, les concentrations en cuivre ont été également toujours
infé la
plupart des espèces, une tendance à l’ egistrée pendant le MBT, tandis que
ans le CMLT le relargage est encore en progression. Cela remet en cause la persistance des
L’influence du type de renouvellement sur le relargage est mise en évidence également à
travers l’évolution du flux des espèces dans le temps
rieures à la limite de détection (LD = 0,001mg/L). La figure montre aussi que pour
épuisement est enr
d
conditions dynamiques dans le cas de l’essai MBT.
(Figure III.22).
III. Résultats et interprétations
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
1
10
100
1000
mg/
m2/
jour
jours
Al
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
1
10
100
1000
mg/
m2/
jour
jours
Si
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
1
10
100
1000
10000
100000
mg/
m2/
jour
jours
K
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
1
10
100
1000
10000
mg/
m2/
jour
jours
Na
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
0,1
1
10
100
mg/
m2/
jour
jours
Zn
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBT
0,001
0,01
0,1
1
10
mg/
m2/
jour
jours
Cu
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
1
10
100
1000
mg/
m2/
jour
jours
Cl-
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
1
10
100
1000
mg/
m2/
jour
jours
SO4--
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
118
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
1
jours
10
1000
10000
100000
/m2/
jour
Ca
100mg
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
1
100
1000
m2/
jour
10
mg/
jours
COD
Figure III.22 Evolution dans le temps du flux de relargage lors des deux essais dynamiques (dalles en
béton)
III. Résultats et interprétations
La Figure III.22 montre que pour la plupart des espèces analysées, les flux de relargage sur la
durée de l’essai à renouvellement en continu (CMLT) diminuent moins vite que les flux de
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
119
rel u
MBT le g t de ntr n di ue a le temps et les éluats peuvent atteindre des
concentrations proches de la saturation (cf. F e II ). C éno s peuv t limiter le
ent causés par la décroissance du ratio dynamique F (cf. Figure
argage pendant l’essai avec renouvellement séquentiel (MBT). Cela confirme que lors d
radien conce atio min vec
igur I.19 es ph mène en
relargage et sont probablem S
III.18).
Pour chaque espèce, un bilan massique a été réalisé et les masses totales relarguées à l’issue
des deux essais dynamiques, ont été rapportées au contenu total en espèces respectives. Les
résultats sont synthétisés dans le Tableau III.10.
Tableau III.10 Pourcentage du contenu total relargué lors des essais CMLT et MBT (dalles en béton) Essai Unité Al Ca Cu K Na Si Zn Cl- SO4
--
CMLT % 4,1 2,0 - 35 20 4,3 2,4 51 1,2 MBT % 1,8 1,4 0,4 50 22 0,3 2,9 15 0,2
On constate que les espèces qui sont majoritaires dans la matrice du matériau : l’aluminium,
calcium, le le silicium, et les sulfates ainsi que les chlorures sont relargués en quantité plus
é
O
c
se
p
L
importante lors du CMLT. Les alcalins et les métaux traces sont relargués en quantités
quivalentes dans les deux essais (quantité légèrement plus importante lors du MBT).
n peut conclure que le type de renouvellement (en continu ou séquentiel) a un impact sur le
omportement à la lixiviation des produits. L’essai avec renouvellement en continu (CMLT)
mble mieux assurer les conditions dynamiques et donc ne pas limiter le relargage par des
hénomènes de saturation des éluats ou de diminution du gradient de concentration.
III.1.3.1.2 Dalles en bois
a vérification des conditions dynamiques est réalisée et représentée graphiquement dans la
igure III.23. F
III. Résultats et interprétations
B, mol/L
1,E-07
1,E-05
1,E-03
1,E-01
2 4 6 8 10 12pH
eau pores TS 14429 MBT CMLT LD
Cu, mol/L
1,E-08
1,E-06
1,E-04
1,E-02
2 4 6 8 10 12pH
eau pores TS 14429 MBT CMLT LD
Ca, mol/L
1,E-08
1,E-06
1,E-04
1,E-02
2 4 6 8 10 12pH
eau pores TS 14429 MBT CMLT LDK, mol/L
1,E-06
1,E-04
1,E-02
2 4 6 8 10 12pH
eau pores TS 14429 MBT CMLT LD
Zn, mol/L
1,E-08
1,E
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
120
-06
1,E-04
2 4 6 8 10 12pH
eau pores TS 14429 MBT CMLT LDCOD, mg/L
1,E+05eau pores TS 14429 MBT CMLT
1,E+02
1,E-012 4 6 8 10 12
pH
Cl-, mo
1,E-06
1,E
1,E-02
l/L
-04
2 4 6 8 10 12pH
eau pores TS 14429 MBT CMLT LDSO4--, mol/L
1,E-03eau pores TS 14429 MBT CMLT LD
1,E-07
1,E-05
2 4 6 8 10 12pH
gure III.23 Vérification des conditions dynamiques des essaFi is MBT et CMLT (dalles en bois)
t également assuré car les concentrations dans l’eau des pores sont de
Il apparaît que pour toutes les espèces suivies, une différence de 1 à 4 ordres de grandeur est
enregistrée entre les concentrations dans les éluats obtenus lors des deux essais dynamiques et
les concentrations obtenues lors de l’essai TS 14429. Le gradient de concentration entre l’eau
des pores et les éluats es
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
121
ns les éluats. Les conditions
me de valeurs que celles
obtenues lors de l’essai à renouvellement séquentiel (MBT), exception faite du bore et du
» au bois) et du carbone organique dissous, pour lesquels on
distingue quelques valeurs de concentration inférieures dans le cas du CMLT par rapport au
1 à 5 ordres de grandeurs supérieures aux concentrations da
dynamiques (relargage non-limité par la limite de solubilité et/ou par un faible gradient de
concentration) sont donc bien assurées dans le cas des deux essais dynamiques. L’impact du
type d’essai dynamique sur les résultats obtenus apparaît moins important que dans le cas des
dalles en béton. En effet, pour la plupart des espèces, les concentrations mesurées lors de
l’essai à renouvellement continu (CMLT) sont dans la même gam
cuivre (espèces « exogènes
MBT.
Les évolutions dans le temps du pH et des masses cumulées relarguées lors des deux essais
dynamiques (MBT et CMLT) sont représentées dans la Figure III.24.
La figure montre que tout au long des essais le pH des éluats obtenus lors du CMLT est de 0,5
unités supérieur aux valeurs obtenues pour le MBT. De même, pour toutes les espèces suivies,
rela nstant et
t
la d
(provenant du produit de traitement, à base de bore, cuivre et propiconazole). L’évolution du
CM
Lor
ava
des
n’e
zin eux essais.
les masses relarguées pendant le CMLT sont plus importantes, comparativement aux masses
rguées pendant le MBT. Cela pourrait être expliqué par le ratio dynamique co
plus important, assuré par le renouvellement en continu. Lors du CMLT, le bore, le cuivre e
le carbone organique dissous atteignent rapidement l’épuisement. Le bore est épuisé pendant
urée du MBT également. Cela dénote la forte disponibilité des espèces exogènes au bois
relargage des autres espèces suivies tend vers un plateau en fin de MBT, tandis que lors du
LT l’évolution reste quasi-constante.
s du CMLT, pour le bore, le cuivre et le carbone organique dissous, le relargage rapide
nt épuisement, suit une droite de tendance dont la pente est d’environ 1. Le comportement
chlorures et des sulfates s’avère diffusionnel lors du CMLT (pente proche de 0,5) mais il
st pas confirmé lors du MBT (pente d’environ 0,2). Pour le calcium, le potassium et le
c, un comportement diffusionnel est observé lors des d
III. Résultats et interprétations
pH
4
5
6
7
8
0,01 0,1 1 10 100jours
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
122
B
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
1,E+05
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Cu
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
1,E+05
0,01 0,1 1 10 100jo s
mg/
m2
ur
Ca
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
1,E+05
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
K
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
1,E+05
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Cl-
1,E+04
1,E+05
1,E+000, 1 10 10
1,E+01
1,E+02
1,E+03
0,01 1 0jours
mg/
m2
SO - - 1,E+054
1,E+04
1,E+
1,E+02
1,E+03
mg/
m2
01
1,E+000,01 0,1 1 10 100
jours
COD1,E+
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
0,01 0,1 1 10 100
1,E+04
05
jours
mg/
m2
Zn
1,E+04
051,E+
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
asse cumulée relarguée lors des deux essais
dynamiques (dalles en bois) (∆ MBT, ▲CMLT)
Figure III.24 Evolution dans le temps du pH et de la m
III. Résultats et interprétations
L’évolution du flux des espèces dans le temps est représentée dans la Figure III.25.
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
0,1
1
10
100
B 1000
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
123
mg/
m2/
jour
jours
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
0,1
1
10
100
1000
2/jo
urm
g/m
jours
Cu
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
1
01
10000
100
1000
mg/
m2/
jour
jours
Ca
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
1
10
100
10000
mg/
m2
K
1000
/jour
jours
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
0,01
0,1
10
100
mg/
m2/
jour
1
jours
Zn
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
10
100000COD
100
1000
10000
mg/
m2/
jour
jours
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
0,1
1
10
mg/
m2/
jo
100
1000
ur
Cl-
jours
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
0,1
1
10
100
mg/
m2/
jour
1000
SO4--
jours Figure III.25 Evolution dans le temps du flux de relargage lors des deux essais dynamiques (dalles en bois)
La Figure III.25 montre que les flux de relargage pendant le CMLT sont plus importants
comparativement aux flux de relargage pendant le MBT, et notamment en fin d’essai. Cela
implique l’existence de phénomènes limitant le relargage lors de l’essai MBT comme la
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
124
diminution du gradient de concentration, du fait du ratio dynamique décroissant durant l’essai
(cf. Fig. III.18).
Les masses totales relarguées à l’issue des deux essais dynamiques, ont été rapportées au
contenu « total » en espèces respectives. Les résultats sont synthétisés dans le Tableau III.11.
Tableau III.11 Pourcentage du contenu total relargué lors des essais CMLT et MBT (dalles en bois) Essai Unité B Cu Ca K Zn Cl- SO4
--
CMLT % 196 15 170 325 559 205 94 1MBT % 127 10 24 59 134 152 9
On constate que pour toutes les espèces, les quantités relarguées sont beaucoup plus
importantes dans le cas du CMLT. Pour certaines espèces (B, Ca, K, Zn, Cl-) elles dépassent
jusqu’à 12 fois (pour les chlorures) le contenu « total ». Ce constat est attribué à
l’hétérogénéité du bois. On rappelle (cf. II.1.2.2) que le contenu total a été déterminé sur un
échantillon consi tillon pour essai
de lixiviation n’a pas ogénéité du bois est
répartition non homogène du produit de préservation.
On
- le type d uve tie un ct su relarg des dalles
en bois
le CMLT semble mieux adapté pour la caractérisation du comportement à la lixiviation, car
les incertitudes de mesure sont plus importantes pour des faibles valeurs à analyser. Un
compromis est donc à trouver, en jouant notamment sur les temps de contact produit / éluat
les possibilités de prévoir un système de concentration des
différentes espèces au sein de la matrice. En conséquence, ils devront faire l’objet d’une
étude de variabilité et les essais devront être effectués en réplicats, afin d’obtenir des
résultats plus robustes ; pour des raisons de budget et de délai, cela n’a pas pu être réalisé
dans le cadre de cette étude ;
déré comme représentatif du lot d’étude et que chaque échan
fait l’objet d’une ana yse spécifique. L’hétérl
probablement de deux natures : d’un échantillon à un autre, mais également sur un même
échantillon d’essai une
peut conclure que :
e reno ll ent (en continu ou séquenem l) a impa r le age
;
-
la diminution du ratio dynamique et du gradient de concentration lors du MBT peut limiter
le relargage. Toutefois, le CMLT peut conduire à des éluats trop dilués avec des
concentrations non détectables par les appareils d’analyse couramment utilisés ; de même,
(débit de circulation) et sur
éluats.
- les produits en bois traité présentent une très forte hétérogénéité quant à la distribution des
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
125
III.1.3.1.3 Gouttières en zinc
Les résultats obtenus pour les deux essais dynamiques (MBT et CMLT) sont comparés
graphiquement dans la Figure III.26.
0,083 0,166 0,33 1 2 4 9 16 36 64
MBTCMLT
0,1
1
m
jours
1000Zn
10/m2/
jou
100
gr
Figure III.26 Evolution dans le temps du pH, de la masse cumulée et du flux de relargage lors des deux
essais dynamiques (gouttières en zinc) La Figure III.26 montre que :
présente des fluctuations pendant toute la durée de l’essai, entre
5,73 et 7,75. Dans le cas du CMLT, le pH varie entre 6,24 et 7,65 et se stabilise autour
portement du matériau n’est pas diffusionnel ;
- l’évolution du flux pendant les deux essais dynamiques met encore mieux en évidence
la tendance à la diminution du relargage lors du MBT tandis que lors du CMLT, le
flux reste constant ; cela implique l’existence de phénomènes limitant le relargage lors
de l’essai MBT ; lors du CMLT, l’apport en continu de lixiviant « neuf » conduit à
l’oxydation du zinc entrainant ainsi sa dissolution.
- lors du MBT, le pH
de 6,5 après 24 heures;
- la masse cumulée de zinc relargué pendant le MBT tend vers une asymptote tandis que
lors du CMLT le relargage est encore en progression. Les pentes des courbes de
tendance sont dans les deux cas supérieures à 0,5 (1,1 pour le CMLT et 0,75 pour le
MBT); ces valeurs indiquent que le com
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
126
A la fin de chaque essai (64 jours), les quantités cumulées relarguées représentent 0,28% du
contenu total à la fin du CMLT et plus de 10 fois moins (0,02 % du contenu total) à la fin du
MBT. Il apparaît donc que le type de renouvellement a une forte influence sur le relargage des
matériaux métalliques.
III.1.3.2 L’influence du ratio statique L/A (cm3/cm2)
Afin d’étudier l’influence du ratio statique L/A (cm3/cm2) sur le comportement à la lixiviation
des produits, l’essai MultiBatch (cf. § II.2.1.3.1) a été conduit à deux ratios différents : 5
cm3/cm2 (MBT) et 10 cm3/cm2 (MBT10). Les résultats obtenus sont donnés dans les annexes
III.16, III.17 et III.18 et représentés graphiquement en tant que variation du pH et masse
cumulée émise par unité de surface exposée, en fonction du temps.
III.1.3.2.1 Dalles en béton
Les résultats obtenus dans le cas des dalles en béton (cf. annexe III.16) sont representés
graphiquement dans la Figure III.27. Il apparaît que les pH sont plus élevés d'une demi-unité
environ dans le cas du ratio 5 cm3/cm2. Ce résultat rejoint l’observation faite à l’issue de
l’«Essai de l’eau des pores » (cf. § III.1.1.1.) : l’augmentation du pH avec la diminution du
ratio L/S (L/kg). À l’exception du cuivre et du zinc, toutes les espèces considérées présentent
le même comportement aux deux ratios L/A. Les remarques supplémentaires suivantes
peuvent être faites :
- dans le cas du sodium, du potassium, de l’aluminium, du calcium et des chlorures, des
masses légèrem m /cm ;
nsiblement
En
la d io L/A 10cm3/cm2) tandis que le zinc est plus
du erprétation de ce comportement n'est possible qu'en
3 2 ent plus importantes sont enregistrées au ratio L/A de 5c
- les masses de silicium et de sulfates relargués sont quasi-identiques pour les deux ratios ;
- dans le cas du carbone organique dissous un palier est atteint à la fin des essais, et le ratio
L/A 10 cm3/cm2 semble favoriser le relargage car les masses relarguées sont plus
importantes ;
- dans le cas du zinc et du cuivre, les évolutions des masses relarguées sont se
dépendantes du ratio L/A. De plus, le comportement des deux métaux n’est pas similaire.
effet, le cuivre est relargué beaucoup plus rapidement au ratio L/A 5cm3/cm2 (pente de
roite : 1,32 vs. 0,28 dans le cas du rat
rapidement relargué au ratio L/S 10cm3/cm2 (pente de la droite : 2,50 vs. 0,46 dans le cas
ratio L/A 5cm3/cm2). L'int
III. Résultats et interprétations
considérant le système complexe formé par tous les équilibres chimiques contrôlant la
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
127
solubilisation des phases contenant les deux métaux.
pH
10
12
14
80,01 0 10 10
jours ,1 1 0
Na 100
10
100
1000
0,01 0,1 1 10 100
00
jours
mg/
m2
Ca100000
100
1000
10000
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
SO4
--
10
100
1000
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
COD
10
100
1000
10000
0,01
mg/
m2
0,1 1 10 100jours
Cu100
10
0,01
0,1
1
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Zn
10
100
1000
0,01
0,1
1
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Figure III.27 Influence du ratio L/A sur le relargage (dalles en béton)
(∆ MBT (L/A 5 cm3/cm2); ○ MBT10 (L/A 10 cm3/cm2))
Pour chaque espèce, un bilan massique a été réalisé et la masse totale relarguée à la fin des
essais a été rapportée au contenu total (Tableau III.12).
Tableau III.12 Pourcentage du contenu total relargué lors des essais MBT et MBT 10 (dalles en béton) Essai Unité Al Ca Cu K Na Si Zn Cl- SO4
--
MBT % 1,8 1,4 0,4 50 22 0,3 2,9 15 0,2 MBT10 % 1,4 1,1 1,1 37 18 0,5 7,9 18 0,3
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
128
m3/cm2 et les métaux traces (le cuivre et le zinc) dont le relargage est
supérieur de 60% au ratio de 10cm3/cm2. Ces différences sont probablement dues à
l’augmentation du gradient de concentration au ratio de 10cm3/cm2 (qui favorise le relargage)
mais également aux hétérogénéités des matériaux.
Pour résumer l'influence du ratio statique L/A sur le comportement à la lixiviation des espèces
étudiées, deux cas sont observés:
- pour les espèces très solubles (e.g. Na, Cl-) le ratio L/A a une faible influence sur le
relargage ;
- pour les espèces dont le relargage est influencé par le contexte physico-chimique (e.g.
Cu, Zn), le ratio L/A a une influence sur le comportement à la lixiviation.
III.1.3.2.2 Dalles en bois
Les résultats obten ’annexe III.17. La
Figure III.28 montre l’évolution du pH et à titre d’exemple les deux types de comportement
observés :
- la plupart des espèces (B, Cu, Ca, K, Cl-, COD) sont relarguées de manière similaire
aux deux ratios et en fin d’essai un palier est observé (dans la figure, l’exemple du B) ;
le palier est dû soit à l’épuisement (cas du B et des Cl-, cf. Tableau III.13), soit à
l’at t COD);
- un re tes (dans la
u
pH avec le ratio L/A (L/kg).
Les pourcentages sont équivalents sauf pour le potassium dont le relargage est supérieur de
25% pour le ratio de 5c
us dans le cas des dalles n bois sont donnés dans le
teinte de l’équilibre thermodynamique avec les éluats (cas de Cu, Ca, K e
largage plus important est constaté dans le cas du zinc et des sulfa
figure, l’exemple du Zn) au ratio de 10 L/kg comparativement au ratio 5 L/kg. Cela
peut être dû à une augmentation du gradient de concentration mais aussi à
l’hétérogénéité du matériau car l’épuisement est atteint aux deux ratios L/S.
L’évolution du pH est quasi identique aux deux ratios L/A. Ce résultat rejoint l’observation
faite à l’issue de l’« Essai de l’eau des pores » (cf. § III.1.1.1.) : une très faible variation d
III. Résultats et interprétations
pH
5
6
7
0,01 0,1 1 10 100jours
B 1000
10
100
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Zn
1
10
100
0,01 0,1 1 10 100
1000
jours
mg/
m2
Figure III.28 Influence du ratio L/A sur le relargage (dalles en bois)
(∆ MBT (L/A 5 cm3/cm2); ○ MBT10 (L/A 10 cm3/cm2))
Pour chaque espèce, la masse totale relarguée à la fin des essais a été rapportée au contenu
total (Tableau III.13).
Tableau III.13 Pourcentage du contenu total relargué lors des essais MBT et MBT10 (dalles en bois) Essai Unité B Cu Ca K Zn Cl- SO4
--
MBT % 127 10 24 59 134 152 9 MBT10 % 92 7 30 42 245 164 20
L’épuisement observé graphiquement pour le B, le Zn et les Cl- est confirmé (le dépassement
du contenu total, comme nous l’avons déjà constaté auparavant est attribué à l’hétérogénéité
des matériaux). En résumant, on constate une faible influence du rapport L/A (pour les deux
valeurs retenues) sur le relargage des espèces suivies dans le cas des dalles en bois.
aux deux ratios L/A: 5 cm3/cm2 et 10 cm3/cm2.
III.1.3.2.3 Gouttières en zinc
La Figure III.29 présente l’évolution dans le temps du pH et des masses relarguées lors de
l’essai MBT conduit
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
129
III. Résultats et interprétations
Figure III.29 Influence du ratio L/A sur le relargage (gouttières en zinc)
On constate que le pH présente la même évolution lors des deux essais. Le ratio de 10
cm3/cm2 favorise le relargage, la masse totale relarguée étant 3 fois plus importante (i.e. 0,07
% du contenu total) qu’au ratio de 5 cm3/cm2.
III.1.3.3 L’influence de l’altération des produits
ns
le § II.2.1.3.2. Les résultats ont été comparés avec ceux obtenus pour l’échantillon de
référence, en tant qu’évolution dans le temps du pH et de la masse cumulée relarguée.
s gel/dégel (cf. §
erminée et comparée avec celle des
. Les résultats de
L’influence de l’altération des produits a été déterminée conformément au protocole décrit
dans le § II.2.1.3.3. Après avoir soumis les échantillons des produits à des essais d’altération
spécifique à chaque produit, le comportement au relargage des échantillons altérés a été
ensuite déterminé à l’aide de l’essai dynamique de lixiviation en continu (CMLT), décrit da
III.1.3.3.1 Dalles en béton
Après avoir soumis plusieurs échantillons de dalles en béton à des cycle
II.2.1.3.3), leur résistance à la compression a été dét
échantillons de référence. Une perte de résistance de 9% a été observée
lixiviation obtenus pour les deux échantillons lors du CMLT (annexes III.13 et III.19) sont
représentés dans la Figure III.30.
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
130
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
131
pH 12
80,01 0,1 1 10 100
9
10
11
jours
Ca100000
1000mg/
m2
10000
1000,01 0,1 1 10 100
jours Al 10000
1
10
0,01 0,1 1jours
mg
100
/m2
1000
10 100
Si10000
100mg/
m2
1000
100,01 0,1 1 10 100
jours
K100000
1000,01 0,1 1 10 100
jours
1000
10000
mg/
m2
Na10000
100
1000m
g/m
2
100,01 0,1 1 10 100
jours
Cl-
1000
10000
1
10
0,01 0,1 1 10 100jours
mg
100/m2
SO4--
1000
10000
mg
100/m2
1
10
0,01 0,1 1 10 100jours
Zn 100
0,1
1
10
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
COD
10
100
1000
10000
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
100000
Figure III.30 Influence de l’altération du produit sur le relargage (dalle en béton)
(▲ CMLT : produit de référence; ● CMLTv : produit altéré)
Le pH des premiers éluats (jusqu’à 4 jours de lixiviation) issus de l’échantillon altéré sont
inferieurs aux pH correspondant à l’échantillon de référence (jusqu’à une unité de pH de
différence). Ensuite, jusqu’à 16 jours, les pH
des essais, l’échantillon altéré conduit à des élua
sont identiques dans les deux cas. Vers la fin
ts légèrement plus basiques (un écart de 0,5
unités de pH). La Figure III.30 permet d’identifier trois types de comportements :
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
132
de référence qui présente
un relargage plus important;
analysées. Les résultats en terme de bilan massique et de pourcentage par rapport au contenu
pré tre les deux échantillons testés (environ 50% d’écart).
E Ca K Na Si Zn Cl- SO4--
- pour potassium, chlorures et COD, l’échantillon altéré émet des quantités plus
importantes. Le plus grand écart est enregistré dans le cas des chlorures (jusqu’à deux
ordres de grandeur en début d’essai) ;
- pour aluminium, calcium, zinc et sulfates, c’est l’échantillon
- pour silicium et sodium les évolutions sont quasi identiques (les droites de tendances
sont confondues).
Les masses totales relarguées à la fin des essais sont équivalentes pour la plupart des espèces
total sont regroupés dans le Tableau III.14. L’aluminium, les chlorures et les sulfates
sentent un écart important en
Tableau III.14 Pourcentage du contenu total relargué lors des essais CMLT et CMLTv (dalles en béton) ssai Unité Al
C 2,0 35 20 4,3 2,4 51 1,2 MLT % 4,1 CMLTv % 2,0 1,6 37 18 2,9 2,2 93 0,6
Pour la plupart des espèces suivies, l’altération induite par les cycles gel/dégel ne semble pas
imp du produit
calc
de
des
les
tem etc.) avec suivi des
modifications structurelles et chimiques au sein de la matrice.
III.1.3.3.2 Dalles en bois
Après avoir soumis des échantillons de dalles en bois aux radiations UV (cf. § II.2.1.3.3), le
comportement au relargage des échantillons ainsi altérés a été ensuite déterminé à l’aide du
CMLT (cf. § II.2.1.3.2). L’essai dynamique sur les échantillons altérés a été effectué en
duplicat et les résultats sont présentés dans l’annexe III.17. La moyenne des écarts entre les
mesures est de 22% pour les concentrations dites « moyennes » et de 21% pour les
concentrations dites « ponctuelles ». L’écart maximal entre les concentrations mesurées à la
même étape de l’essai, est de 76% dans le cas des concentrations dites « moyennes » et de
être déterminante pour le comportement à la lixiviation. Cependant, le relargage plus
ortant des chlorures pourrait indiquer une augmentation de la porosité
(fissurations, augmentation de la surface d’échange) et les plus faibles concentrations en
ium et en sulfates (associé à la diminution du pH) indiquent des éventuelles modifications
composition chimique. Par conséquent l’influence de l’altération des dalles en béton par
phénomènes de gel/ dégel devrait faire l’objet d’une étude plus poussée, en faisant varier
différents paramètres de l’essai d’altération (la vitesse de refroidissement / chauffage, les
pératures et leur amplitude, le nombre et la durée des cycles
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
133
74% dans le cas des concentrations dites « ponctuelles ». Cela confirme l’hétérogénéité des
ultats. C’est pourquoi, les
parées avec celles des échantillons de
référence sont calculées à partir des valeurs moyennes des concentrations obtenues lors des
deux essais (Figure).
échantillons en bois traité qui engendre une forte variabilité des rés
résultats obtenus pour les dalles en bois sont à considérer de manière qualitative (une étude
poussée de variabilité serait nécessaire pour des résultats quantitativement fiables). Les
masses cumulées relarguées des échantillons altérés com
pH 8
6
7
5
40,01 0,1 1 10 100
jours B
100
1000
10000
100,01 0,1 1 10 100
jours
mg/
m2
Cu
100
1000
10000
mg/
m2
100,01 0,1 1 10 100
jours
Ca
1000
10000
10
100
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
K10000
100
1000
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Cl-
10
100
1000
10000
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
SO4--
10
100
1000
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Figure III.31 Influence de l’altération du produit sur le relargage (dalles en bois)
(▲ CMLT : produit de référence; ● CMLTv : produit altéré)
III. Résultats et interprétations
COD
1000
10000
100000
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Zn
1
10
100
1000
0,01 0,1 1 10 100jours
mg/
m2
Figure III.31 Influence de l’altération du produit sur le relargage (dalles en bois)
(▲ CMLT : produit de référence; ● CMLTv : produit altéré) - continuation
Les éluats issus des échantillons altérés ont un pH pouvant être inferieur jusqu’à une unité au
pH des éluats issus des échantillons de référence. Pour toutes les espèces analysées, les
échantillons altérés conduisent à un relargage plus important. Le plus grand écart est
enregistré pour le cuivre (espèce exogène au bois).
Les masses totales relarguées par les échantillons altérés et de référence ont été rapportées au
contenu « total » en espèces respectives. Les résultats sont regroupés dans le Tableau III.15
Tableau III.15 Pourcentage du contenu total relargué lors des essais CMLT et CMLTv (dalles en bois) Essai Unité B Cu Ca K Zn Cl- SO4
--
CMLT % 196 15 170 325 559 1205 94 CMLTv % 634 59 151 213 1434 994 137
Pour bore, cuivre, zinc et sulfates, l’échantillon altéré conduit à un relargage beaucoup plus
important. Pour calcium, potassium et chlorures, le relargage des deux échantillons est
comparable, l’échantillon de référence conduisant à une valeur légèrement plus importante.
Le dépassement du contenu total en espèces suivies montre encore une fois que ces types de
produits présentent une forte hétérogénéité de composition notamment à l’état monolithique.
III.1.3.3.3 Gouttières en zinc
L’altération des gouttières en zinc a eu comme objectif la modification de leur état de surface
et a été réalisé tillon altéré en
lab (dég ion la e) a sou à l i CM T (cf II.2.1 .2) et s
résultats ont été comparés avec ceux obtenus pour les échantillons de référence (le produit
atinée en milieu extérieur cf. § II.2.2) a été également soumis à l’essai CMLT et les résultats
2.
e d’après le protocole décrit dans le § II.2.1.3.3. L’échan
oratoire radat de patin été mis ’essa L . § .3 le
« neuf » qui présente une surface patinée en milieu de stockage cf. § II.1.2.3). Un échantillon
de gouttière exposée aux conditions naturelles pendant une année (qui présente une surface
p
comparés avec ceux obtenus pour les deux autres types de surface. Les résultats sont donnés
dans l’annexe III.21 et comparés graphiquement dans la Figure III.3
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
134
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
135
pH 8
4
5
6
7
0,01 0,1 1 10 100jours
Zn 80
0
20
40
60
0 10 20 30 40 50 60 70jours
g/m
2
Ap
val
l’éc
nt le pH augmente légèrement (de 7 à 7,6) pour
t à environ 6,5 ;
- échantillon altéré en extérieur : le pH diminue légèrement (de 6,5 à 5,9) pour remonter
’évolution de la masse cumulée relarguée à partir des trois échantillons de gouttière testés
hantillon a une forte influence sur le relargage. En effet, le
l’effet de
lus importantes comparativement à
échantillon de référence. Ces pertes de masse ont été confirmées par pesage des échantillons
a conduit à un relargage plus important
et donc ce paramètre est à prendre en compte lors de l’évolution du compor a
s et les
phénomènes d’altération qui peuvent avoir un impact sur le comportement à la lixiviation.
Figure III.32 Influence de l’altération du produit sur le relargage (gouttières en zinc) (● produit altéré en laboratoire ; ■ produit altéré en extérieur ; ▲ produit de référence)
rès 4 jours de lixiviation le pH des tous les éluats obtenus est quasi-constant avec une
eur d’environ 6,5. Jusqu’à 4 jours de lixiviation l’évolution du pH est différente, selon
hantillon testé :
- échantillon de référence : initialeme
redescendre ensuite jusqu’à environ 6,5 ;
- échantillon altéré en laboratoire : le pH reste quasi constan
ensuite à environ 6,5.
L
montre que l’état surfacique de l’éc
relargage de l’échantillon dont la patine a été dégradée en laboratoire (sous l’action de l’acide
chlorhydrique) est le plus important, représentant 3,3 % du contenu total. Pour l’échantillon
altéré en extérieur, la patine initialement présente commence à être dégradée sous
l’humidité, des variations de température et de l’absorption des différents polluants de l’air en
l’absence de précipitations [He et al., 2001b]. A la fin du CMLT, cet échantillon conduit à un
relargage équivalent à 2,8 % du contenu total, tandis que l’échantillon de référence (surface
patinée) conduit à un relargage équivalent à 0,28 % du contenu total. Les masses relarguées à
partir des échantillons altérés sont 10 à 12 fois p
l’
avant et après l’essai.
En conclusion, pour deux des produits étudiés (dalles en bois et gouttières en zinc),
l’altération sous l’effet des différentes contraintes
tement à l
lixiviation. Pour chaque type de matériau, il faudrait déterminer toutes les contrainte
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
136
Le ent des produits en conditions dynamiques a été étudié à l’aide des essais
- v nt (séquentiel ou en continu) ;
its de référence ou produits altérés).
n ètres d’influence a été réalisée. Le critère de
hié (en % par rapport au produit de référence)
par
lixi
-
-
-
En
-
- s en bois;
inc.
L’altération des produits induite dans cette étude conduisent à un écart maximal de :
rgué en moins, pour les dalles en béton altérées ;
relargué en plus, pour les dalles en bois altérées ;
gouttières en zinc : l’influence du mode de renouvellement ≥ l’influence
de l’altération > l’influence du ratio statique L/A (cm3/cm2).
III.1.3.4 Conclusions sur le comportement des produits en conditions dynamiques
comportem
de lixiviation sur monolithes, en faisant varier trois types de paramètres d’influence :
le mode de renouvellement du lixi ia
- le ratio statique L/A (5 cm3/cm2 ou10 cm3/cm2);
- l’altération des produits (produ
U e hiérarchisation qualitative de ces param
rarchisation a été le plus grand écart
enregistré entre les masses cumulées relarguées à la fin des essais en variant un certain
amètre. Le plus grand écart enregistré en changeant le type de renouvellement de
viant a été de :
93% silicium relargué en plus lors du CMLT, pour les dalles en béton ;
90% sulfates relargué en plus lors du CMLT, pour les dalles en bois ;
93% zinc relargué en plus lors du CMLT, pour les gouttières en zinc.
variant le ratio statique L/A, le plus grand écart a été de :
64% cuivre relargué en plus, au ratio de 10 cm3/cm2, pour les dalles en béton ;
55% sulfates relargué en plus, au ratio de 10 cm3/cm2, pour les dalle
- 69% zinc relargué en plus, au ratio de 10 cm3/cm2, pour les gouttières en z
- 51% aluminium rela
- 75% cuivre
- 92% zinc relargué en plus, pour les gouttières en zinc altérées.
Pour les conditions mises en œuvre dans cette étude, la hiérarchisation qualitative
suivante peut être établie :
- pour les dalles en béton : l’influence du mode de renouvellement > l’influence du
ratio statique L/A (cm3/cm2) > l’influence de l’altération ;
- pour les dalles en bois : l’influence de l’altération ≥ l’influence du mode de
renouvellement > l’influence du ratio statique L/A (cm3/cm2);
- pour les
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
137
III.1.4 Conclusion sur les expérimentations à l’échelle laboratoire
Une fois les produits décrits en terme de propriétés intrinsèques, l'influence des
plusieurs paramètres a été étudiée à l’aide des essais mis en œuvre en laboratoire, en
conditions statiques et en conditions dynamiques.
Les dalles en béton imposent un pH basique au milieu (12,35 au ratio de 10L/kg) et ont
une forte capacité de neutralisation acido-basique. Les dalles en bois imposent au
milieu un pH légèrement acide (5,1 au ratio de 10L/kg) et ont une très faible capacité
de neutralisation acido-basique. Cela indique une faible stabilité physico-chimique et
donc une faible résistance à l’agression extérieure. Dans le cas des gouttières en zinc, le
pH imposé à un ratio de 10L/kg est légèrement basique (8,72) et on ne peut pas parler
d’une capacité de neutralisation acido-basique dans le sens du projet de norme
prCEN/TS 14429 [CEN2002].
Une hiérarchisation qualitative des paramètres d’influence dans les deux types de
onditions d s mises en
e, pour les dalles en béton et en bois, l’influence du pH est plus
gouttières en zinc : mode de renouvellement ≥ altération du produit > ratio
’expérimentation a été réalisée. Dans les conditions statiquec
œuvre dans cette étud
importante que l’influence du ratio statique L/S (L/kg) qui est elle-même plus
importante que l’influence de la température. Pour les gouttières en zinc l’ordre
d’influence est : pH > température > ratio statique L/S (L/kg).
Pour les conditions dynamiques mises en œuvre dans cette étude, la hiérarchisation
suivante peut être établie :
- pour les dalles en béton : mode de renouvellement > ratio statique L/A (cm3/cm2) >
altération du produit ;
- pour les dalles en bois : altération du produit ≥ mode de renouvellement > ratio
statique L/A (cm3/cm2) ;
- pour les
statique L/A (cm3/cm2).
Les expérimentations à l’échelle laboratoire ont également mis en évidence, les constats
suivants :
III. Résultats et interprétations
- à cause de la forte hétérogénéité du bois il est nécessaire d’effectuer les essais en réplicats.
Une étude de variabilité de ce type de matériau serait également nécessaire ;
- la dynamique du relargage des différentes espèces se trouve facilitée par l’utilisation d’un
essai avec renouvellement en continu du lixiviant (CMLT). En effet, cela limite les
phénomènes de saturation des éluats qui conduisent à la limitation du transfert solide/
liquide. Cependant, dans le cas du CMLT, pour certaines espèces, les éluats présentent des
concentrations très faibles qui peuvent être inferieures aux limites de détection analytique
et une étape de concentration de l’éluat pourrait s’avérer nécessaire.
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
138
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
139
III.2 EXPERIMENTATIONS A L’ECHELLE PILOTE
Les expérimentations à l’échelle pilote ont été conduites d’après le protocole décrit dans le §
II.2.2 et les résultats sont présentés dans les annexes III.22 à III.28. Les paramètres suivants
ont été suivis :
1) les paramètres climatiques ;
2) le temps de contact produit / lixiviant ;
3) le bilan hydrique ;
4) le ratio liquide/solide (L/S, en L/kg, L/A, en cm3·cm-2 et FS, en cm3·cm-2·h-1)
5) les caractéristiques des lixiviats ;
Les paramètres climatiques sont bien évidemment les mêmes pour les trois produits dans les
deux sous-scénarios mis en œuvre (« ruissellement » et « stagnation »). De même, pour
chaque sous - scénario le temps de contact produit / lixiviant est le même pour les trois
produits testés. Les résultats obtenus pour ces deux paramètres sont présentés ci-dessous, les
autres paramètres étant traités séparément pour chaque produit dans les chapitre III.2.1, III.2.2
et III.2.3.
Les paramètres climatiques suivis par la station météo située sur le site des expérimentations
sont les suivants : la pluviométrie, la température de l’air, l’humidité relative de l’air, le
rayonnement solaire direct et la vitesse du vent.
La pluviométrie est un des facteurs climatiques importants en terme d’impact sur les produits
de construction, car d’une part, l’eau météorique est le vecteur de transfert d’une éventuelle
pollution, et d’autre part, c’est un facteur d’agression, du fait notamment de sa composition.
La pluviométrie journalière (quantité de pluie enregistrée sur une journée) présente de fortes
variations, même s’il s’agit d’un site ponctuel de mesure (sans variation spatiale). Ainsi, les
valeurs enregistrées pendant la durée de l’essai (un an) sur le site d’exposition des produits
testés (le site du CSTB à Grenoble) sont comprises entre 0 mm/jour (absence de précipitation)
et 27 mm/jour17. Il a plu environ 7% du temps d’exposition (600 heures en cumulé) et la
pluviométrie totale enregistrée sur la durée de l’essai a été d’environ 800 mm. Un bac
témoin (sans produit) a permis entre autres le calcul de l’évaporation directe qui a une valeur
d’environ 8% (la différence entre le volume récolté expérimentalement à l’aide du montage
témoin et le volume calculé à partir de la pluviométrie enregistré par la station météo).
17 En 2002, un maximum de 62 mm / jour a été enregistré sur le même site
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
140
ffectués. La plus
c
36 jours (alternance hum dific
On rappelle qu’un événement pluvieux « efficace » (qui conduit à une quantité de lixiviat
suffisante pour les analyses) a été définit comme correspondant à un cumul de précipitations
supérieur à 2mm, suivi par une période de plus de 24 heures d’absence de précipitations. Sur
la durée de l’essai, 34 événements pluvieux « efficaces » ont été enregistrés (Figure III.33)
qui conduisent donc à 34 prélèvements. Cependant, dans le sous-scénario « stagnation »,
après deux événements pluvieux, la quantité de lixiviat s’est avérée insuffisante à cause d’une
forte évaporation. Pour ce sous-scénario, 32 prélèvements ont été donc e
ourte période d’absence de précipitations a été d’environ 1 jour et la plus longue d’environ
tion/séchage). i a
0
20
80r
40
60
L/ m
2
600
L /
0 50 100 150 200 250 300 350 400durée, jours
Plui
0
200
Cue,
400
0
mul
,2
/ jou
80
m
Figure III.33 Evénements pluvieux « efficaces » enregistrés pendant l’essai à l’échelle pilote
Le pH de l’eau de pluie analysée pendant la durée de l’essai est compris entre 5,7 et 7,9
(moyenne : 6,7). Quant à la conductivité, la plage de valeurs enregistrées se situe entre 7
µS/cm et 119 µS/cm avec une moyenne de 29 µS/cm. Les concentrations des espèces
analysées dans l’eau de pluie après chaque événement pluvieux « efficace » sont présentées
dans l’annexe III.22. Les valeurs moyennes et maximales sont données dans le Tableau III.16.
ise en évidence par comparaison avec les seuils pour les
entaire par des traitements physiques
ple et désinfection (seuils SWD).
Tableau III.16 Composition de l’eau de pluie analysée sur une année pèce, mg/L B Ca Cu K Na Zn Cl
La signification de ces valeurs est m
eaux superficielles destinées à la production d'eau alim
sim
Es - NO3- SO4
-- COD Moyenne 0,01 3 0,01 0,7 0,4 0,1 1 4 3 5 Maximum 0,07 13 0,05 2,2 2,0 0,9 4 24 13 33
Seuil SWD* 1 - 0,02 - - 0,5 200 25 150 - * “Seaux destinées à la production d'eau alimentaire dans les Etats membres (seuils guide pour la caté ui nécessitent que des traitements physiques simple et désinfection) [CCE, 1975].
On
SW
urface Water Directive (SWD)” - Directive 75/440/CEE du 16 juin 1975 concernant la qualité requise des superficielles
gorie 1 : eaux q
note que les concentrations sont relativement faibles et ne dépassent les valeurs seuils
D, que dans le cas des valeurs maximales du cuivre et du zinc.
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
141
Les
-
s températures négatives ont été enregistrées, notamment pendant la
s à été faite.
- une valeur moyenne de 75% pour l’humidité relative de l’air. Korenromp et Hollander
[1999] définissent une « durée d’humidification » de la surface des produits en zinc
exposés en extérieur comme étant égale à la période pendant laquelle l’humidité relative
de l’air est supérieure à 80% et la température supérieure à 0°C. Dans notre cas, excepté
les périodes de pluie, pendant 20 % de la durée d’exposition ces conditions ont été
assurées (environ 73 jours en cumulé).
- une valeur maximale du rayonnement solaire de 1139W/m2 (moyenne de 385 W/m2)
- une vitesse maximale du vent de 23km/h (moyenne 5km/h).
valeurs enregistrées pour les autres paramètres suivis pendant la durée de l’essai sont :
un minimum de -9°C et un maximum de +38°C pour la température de l’air (moyenne de
+15°C). La variation de la température est représentée dans la Figure III.34. Pendant 100
jours sur l’année, de
nuit (périodes de gel). Cela est équivalent à 9 % de la durée de l’exposition (33 jours en
cumulé). Durant cette période l’hypothèse de non-transfert de substance
T, °C
-10
0
10
20
30
40
0 4204 8408 12612
16816
21020
25224
29428
33632
37836
42040
46244
50448
07/06 08/06 09/06 10/06 11/06 12/06 01/07 02/07 03/07 04/07 05/07 06/07 07/07
Figure III.34 Variation de la température de l’air pendant la durée de l’essai à l‘échelle pilote
Le temps de contact liquide/solide
Pour le sous-scénario « ruissellement », le temps de contact produit / lixiviant (eau de pluie)
est très limité, en valeur relative. En effet, on considère le temps de contact égal avec la durée
de la pluie (600 heures). Cela est équivalent à environ 7% du temps d’exposition.
Pour le sous-scénario « stagnation », le temps de contact produit/lixiviant est beaucoup plus
important. Sur la durée d’exposition, le produit a été en contact avec le lixiviant environ 350
jours, mais pendant 33 jours (en cumulé), le lixiviant à été à l’état solide (période de gel).
Nous considérons donc le temps de contact produit / lixiviant (à l’état liquide) égal à 317
jours, qui correspond à 87 % du temps d’exposition.
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
142
Pour les mêmes conditions météorologiques, bilan hydrique, le ratio liquide/solide et les le
caractéristiques des lixiviats sont dépendants du scénario d’exposition (produit et conditions
d’exposition). Ainsi, par exemple, la dépendance du ratio liquide/solide peut être décrite par
la relation :
),,,,(// EproduitdugéométrieoutpfFouALouSLratio svS ρρ= (III.2) où L/S = rapport entre le volume de lixiviant et la masse du produit à l’état sec (L/kg)
L/A = rapport entre le volume de lixiviant et la surface exposée du produit (ratio statique,
F = rapport entre le volume de lixiviant et la surface exposée du produit par unité de
cm3·cm-2)
S
temps (ratio dynamique, cm3·cm-2·h-1)
p = pluviométrie sur la durée d’exposition (mm/jour)
t = durée de l’exposition (jours)
ρv = masse volumique du produit, en kg·m-3
ρ = masse surfacique du produit, en kg·ms-2
E = pourcentage d’eau évaporée au total (E1 + E2) : E1 = évaporation directe, qui
correspond à l’évaporation durant la pluie. Elle est calculée en faisant la différence entre
la pluviométrie enregistrée par la station météo et la quantité d’eau récupérée
expérimentalement dans le cas du témoin; E2 = évaporation indirecte, qui correspond à
l’évaporation de l’eau absorbée d’abord par le produit (spécifique donc à chaque type du
matériau, en fonction de l’état surfacique, de la porosité ouverte, de l’hydrophobicité etc.)
et à l’évaporation durant les périodes de stagnation (dépendante donc de la durée de
stagnation). Elle est calculée en faisant la différence entre la quantité d’eau récupérée dans
le cas du témoin et la quantité d’eau récupérée dans le cas d’un produit.
Ces paramètres seront présentés pour chaque produit dans les chapitres suivants.
III.2.1 Dalles en béton
Bilan hydrique
Les volumes de lixiviat récupérés après chaque événement pluvieux sont donnés dans les
annexes III.23 et III.24 et représentés graphiquement dans la Figure III.35. Dans le sous-
scénario « ruissellement », sur la durée de l’essai, 88L de lixiviat ont été récupérés au total. Le
volume minimal pour un prélèvement a été de 140 mL et le maximum de 8,4L. Dans le sous-
scénario « stagnation », après 14 événements pluvieux (sur 32), le lixiviat est passé par le trop
plein dans la bonbonne de récupération (32 L au total) et le volume de stagnation a varié entre
III. Résultats et interprétations
600 mL et 4170 mL. Pour un volume supérieur à 1670 mL, le produit était complément
submergé.
0
6000
8000
10000
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
143
2000
4000
0 5 10 0 00 350 4durée, jours
0 0 150 200 25 3 00
Voré
cupé
ré, m
Ll.
at
lixiv
iSous-scenario "ruissellement"
Vo
0
1000
l.at
dan
agna
tio
-1000
3000
0 50 100 150 200 250 300 350 400
durée, jours
lixi
vist 2000
s le
bac
de
n, m
L 4000
5000
-5000
-4000
-3000
-2000
Vol.
lixiv
iat p
assé
dan
s l
bonb
onne
, mL
a
Sous-scenario "stagnation"
cumul gel : 33 jours (alternance gel /dégel sur 100 jours )
Figure III.35 Bilan hydrique lors de l’essai à l’échelle pilote (dalles en béton)
Le ratio liquide/solide
Pour le sous - scénario « ruissellement », le ratio L/A cumulé obtenu par mesure est de 50
cm3·cm-2. Cela correspond à un ratio L/S cumulé d’environ 11 L/kg et à une moyenne du
ratio dynamique FS de 0,083 cm3·cm-2·h-1, sur la durée de contact produit/lixiviant. Par calcul,
à partir de la pluviométrie enregistrée, on obtient un ratio L/A cumulé de 56 cm3·cm-2. En
comparant la valeur mesurée avec celle calculée on constate une différence de -11%, due aux
phénomènes d’évaporation (dont 3% d’évaporation indirecte). Pour le sous - scénario
« stagnation », le ratio L/A cumulé obtenu par mesure est de 27 cm3·cm-2. Cela correspond à
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
144
un ratio L/S de 9 L/kg et à une moyenne du ratio dynamique FS de 0,0035 cm3·cm-2·h-1 sur la
durée de contact produit / lixiviant. Le ratio L/A cumulé obtenu par calcul est de 35 cm3·cm-2.
Une différence mesure/calcul de -
indirecte).
Les caractéristiques des lixiviats
23 % est enregistrée (dont 15 % due à l’évaporation
Les caractéristiques physico-chimiques des lixiviats sont fortement dépendantes du scénario
d’exposition. Le pH du lixiviat obtenu dans le sous-scénario « ruissellement » est compris
entre 7,8 et 10,1 et peu dépendant du pH du lixiviant (l’eau de pluie). D’ailleurs le béton a une
forte capacité de neutralisation acido - basique et le pH légèrement acide du lixiviant est
rapidement neutralisé. Les valeurs de pH sont dépendantes de l’intensité de la pluie et de
l’évolution dans le temps du béton (phénomènes de carbonatation). Pour le sous – scénario
« ruissellement » la conductivité est relativement faible (comprise entre 74 µS/cm et 378
µS/cm). Dans le sous-scénario « stagnation », le pH des lixiviats est plus important que dans
le cas du sous-scénario « ruissellement » (proche de 12) et décroit légèrement dans le temps
(jusqu’à 9). Les fluctuations de pH entre les périodes de stagnation sont très faibles, cela
indiquant une cinétique rapide de relargage des ions hydroxyles (le pH final du lixiviat est
tteint pendant la première période de stagnation). La conductivitéa du lixiviat est variable et
rs importantes dans le cas du sous – scénario « stagnation ». La valeur peut atteindre des valeu
minimale de 144 µS/cm a été enregistrée lors d’une première période de stagnation et la
valeur maximale d’environ 4 mS/cm lors d’une troisième période. Un fort écart est donc
enregistré entre ces périodes. L’évolution dans le temps du pH et de la conductivité des
lixiviats obtenus dans les deux sous-scénarios est représentée graphiquement dans la Figure
III.36, comparativement avec les valeurs de ces paramètres dans l’eau de pluie.
pH
4
6
0 100 200 300 400
8
10
12
jours
Ruiss Stag Pluie cond Ruiss Stag Pluie10000
100
1000
µS/c
m
1
10
0 100 200 300 400jours
Figure III.36 Evolution dans le temps du pH et de la conductivité des lixiviats obtenus à l’échelle pil(dalles en béton)
ote
es compositions des lixiviats obtenus dans les deux sous-scénarios et leur variation dans le
ement dans la Figure III.37, comparativement avec la
composition de l’eau de pluie.
L
temps sont représentées graphiqu
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
145
Al
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
1,0E-080 100 200 300 400
jours
mol
/L
Ruiss Stag Pluie LD, mol/L Si
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
1,0E-02
mol
/L
1,0E-070 100 200 300 400
jours Na
1,0E-03
1,0E-01
1,0E-07
1,0E-05
0 100 200 300 400jours
mol
/L
K 1,0E-01
1,0E-07
1,0E-05
1,0E-03
0 100 200 300 400jours
mol
/L
Zn
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-080 100 200 300 400
1,0E-07
jours
mol
/L
Cu
1,0E-08
1,0E-06
1,0E-05
ol/L
m 1,0E-07
0 100 200 300 400jours
Cl- 1,0E-03
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
0 100 200 300 400jours
mol
/L
SO4--
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
1,0E-02
0 100 200 300 400jours
mol
/L
Ca
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
0 100 200 300 400jours
mol
/L
COD
1,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
0 100 200 300 400jours
mg/
L
Figure III.37 Evolution dans le temps des concentrations obtenues à l’échelle pilote (dalles en béton)
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
146
Ce n’est que dans le cas du silicium, du potassium, du sodium et de sulfates, qu’on retrouve
dans tous les échantillons analysés une concentration plus grande dans les lixiviats que dans
l’eau de pluie. Pour les autres espèces, le pourcentage des lixiviats avec une concentration
supérieure est variable (Tableau III.17). Par exemple, dans seulement 19 et 21% des lixiviats
des scénarios « ruissellement » et « stagnation », la concentration en zinc a été supérieure à sa
concentration dans l’eau de pluie. Donc la quantité de zinc relarguée par les dalles en béton
est dans la plupart du temps inferieure à celle contenue dans l’eau de pluie.
Tableau III.17 Pourcentage des lixiviats avec une concentration en différentes espèces supérieure à celle dans l’eau de pluie (dalles en béton)
Espèce analysée Al Si Na K Zn Cu Cl- SO4-- Ca DOC
% Lixiviats « ruiss.» 62* 100 100 100 21 47 53 100 85 44 % Lixiviats « stag.» 66 100 100 100 19 84 81 100 44 91
*Ces résultats doivent être lus ainsi : 62% des lixiviats analysés présentaient une concentration en aluminium supérieure à celle dans l’eau de pluie
La concentration dans les lixiviats obtenus dans le sous-scénario « stagnation » a été, pour la
plupart des espèces suivies, supérieure à celle dans les lixiviats obtenus dans le sous-scénario
« ruissellement », exception faite du zinc et du calcium. Dans le cas du zinc, les
concentrations sont très faibles, aléatoirement variables et du même ordre de grandeur, voire
inferieures à la concentration dans l’eau de pluie. Pour le calcium c’est dans le sous-scénario
« ruissellement » qu’on retrouve les concentrations les plus élevées, du fait d’un plus faible
pH et des concentrations moins importantes en espèces alcalines. Quant à l’évolution des
concentrations dans le temps, on retrouve deux types de comportements :
- certaines espèces (i.e. Al, Si, Na, K, SO --) présentent des concentrations maximales au
début de l’exposition suivi par une décroissance jusqu’à un ordre de grandeur. Au delà de
narios diminue progressivement. Un comportement similaire est observé
dans le cas du sodium et du potassium. Les concentrations en sulfates diminuent
très faible.
- pour d’a Zn C , D) d ut des cen ns dans le
temps n’est pas constatée (sur l’année d’exposition). Les concentrations en zinc et en
es (jusqu’à trois ordres de grandeur). Les concentrations en
4
50 jours d’exposition dans les deux sous-scénarios, les concentrations en aluminium dans
les lixiviats sont du même ordre de grandeur que celles de l’eau de pluie et souvent très
proches de la limite de détection. Les concentrations en silicium restent toujours
supérieures à celles dans l’eau de pluie et l’écart entre les concentrations obtenues dans les
deux sous-scé
également dans le temps et au-delà de 200 jours l’écart par rapport à l’eau de pluie devient
utres espèces (i.e. , Cu, l-, Ca CO , la imin ion con tratio
cuivre sont très dispersé
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
147
olution des masses
carbone organique varient sur deux ordres de grandeur et celles en chlorures et en calcium
sur un ordre de grandeur. Une légère augmentation des concentrations en COD est
enregistrée ; elle peut être attribuée au développement de matières végétales dans les bacs
d’expérimentation.
Le comportement des produits exposés est encore mieux illustré par l’év
cumulées relarguées en fonction de la durée d’exposition (Figure III.38).
Al
1,0E-021,0E-01
10 100 1000durée exposition, jours
1,0E+001,0E+011,0E+021,0E+031,0E+041,0E+05
mg/
m2
Ruiss Stag Si
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
/m2
1,0E-02
1,0E-01
10
1,0E+00
1,0E+01
100 1000
durée exposition, jours m
g
Na
1,0E+01
1,0E+05
mg/
m
1,0E-02
1,0E-01
1,0E+00
10 100 1000durée exposition, jours
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
2
K
1,0E+01
1,0E+05m
g/m
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
2
1,0E-02
1,0E-01
1,0E+00
10 100 1000
durée exposition, jours
Zn
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
1,0E-02
1,0E-01
1,0E+00
10durée e
mg 1,0E+01
1,0E+02
100 1000xposition, jours
/m2
Cu
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
1,0E-02
1,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
10 100 1000durée exposition, jours
mg/
m2
Cl-
1,0E-02
1,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+0
1,0E+0
1,0E+04
1,0E+05
10 100 1000durée exposition, jours
mg/
m2 2
3
SO4- -
1,0E-02
1,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
10 100 1000durée exposition, jours
mg/
m2
Figure III.38 Evolution dans le temps de la masse cumulée relarguée à l’échelle pilote (dalles en béton)
(── droite de pente 0,5, indiquant un relargage contrôlé par la diffusion)
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
148
Ca
1,0E-02
1,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
10 100 1000durée exposition, jours
mg/
m2
COD
1,0E-02
1,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
10 100 1000durée exposition, jours
mg/
m2
Figure III.38 Evolution dans le temps de la masse cumulée relarguée à l’échelle pilote (dalles en béton)
(── droite de pente 0,5, indiquant un relargage contrôlé par la diffusion) – continuation
On note que les masses relarguées sont calculées à partir de concentrations analysées dans les
lixiviats en intégrant un éventuel apport de l’eau de pluie. Cette option a été choisie car
l’apport des substances n’est pas « unidirectionnel » comme on l’a montré dans le Tableau
III.17 et dans certains cas les concentrations dans les lixiviats sont inferieures à celles de l’eau
de pluie (une simple soustraction des concentrations analysées dans l’eau de pluie n’est donc
pas pertinente). De plus, pour les espèces dont les concentrations sont toujours supérieures,
les quantités apportées par l’eau de pluie sont négligeables. Pour la plupart des espèces
suivies, après un relargage rapide en début d’exposition (lavage surfacique), les évolutions
dans le temps des masses cumulées, représentées en échelle logarithmique dans la Figure
III.38, suivent des courbes de tendance de pente supérieure à 0,5. En effet, excepté
l’a s
entre 0,72 et 1 n » conduit a
de
du temps d’exposition en sous-scénario « stagnation cont eulem 7% e ous scénario
r les essais
à l’échelle pilote, les seuls paramètres qui varient d’un sous-scénario à l’autre sont le temps de
ique (FS, cm3·cm-2·h-1). Ce sont
principalement ces paramètres qui influencent les résultats. En effet, plus le temps de contact
t le relargage favorisé. Ces deux
paramètres ont donc également une influence sur les caractéristiques du lixiviat. Dans le cas
luminium dont la pente est très faible, les pentes des courbes de tendance sont comprise
,19. Quant aux quantités relarguées, le sous-scénario « stagnatio
s valeurs plus importantes. Cela peut être expliqué par le temps de contact plus long (87%
» re s ent n s
« ruissellement »). Ce constat n’est pas valable pour le calcium pour lequel c’est le sous-
scénario « ruissellement » qui conduit à un relargage plus important. Cela peut être expliqué
par une double cause : dans le sous-scénario « ruissellement » on enregistre un plus faible pH
(cf. Figure III.36) ainsi qu’un relargage moins important en sodium et potassium avec
lesquels le calcium se trouve en compétition. Pourtant, nous pouvons dire que pou
contact entre l’eau et le produit et le ratio dynam
est long, plus les quantités relarguées sont élevées. De même, plus le ratio dynamique est
important, plus le gradient de concentration est important e
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
149
du calcium cette influence indirecte sur le relargage s’avère déterminante pour son
comportement, à travers l’influence du pH et de la compétition avec sodium et potassium.
Les masses totales relarguées pendant une année d’exposition dans les deux sous-scénarios,
ont été rapportées au contenu « total » en espèces respectives. Les résultats sont regroupés
dans le Tableau III.18.
Tableau III.18 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai à l’échelle pilote (dalles en béton) Essai Unité Al Si Na K Zn Cu Cl- SO4
-- Ca « Ruiss.» % 0,01 0,71 12 19 0,33 0,17 5 0,56 0,02 « Stag.» % 0,08 3 83 149 0,47 0,55 14 2,3 0,02
Exception faite des espèces très solubles (Na, K, Cl-), les quantités relarguées restent assez
faibles par rapport au contenu total. Entre les deux sous-scénarios testés, exception faite du
calcium, le relargage est plus important en « stagnation » (jusqu’à 8 fois).
III.2.2 Dalles en bois
es volumes de lixiviat récupérés après chaque événem
nbonne de récupération (33 L au total). Le volume de
tagnation a varié entre 120 mL et 4700 mL. Pour un volume supérieur à 470 mL, le produit
ergé.
L ent pluvieux sont donnés dans les
annexes III.25 et III.26 et représentés graphiquement dans la Figure III.39.
Dans le sous-scénario « ruissellement », 85L de lixiviant ont été récupérés au total sur la
durée de l’essai. Le volume minimal pour un prélèvement a été de 220 mL et le maximum de
8,3L. Dans le sous-scénario « stagnation », après 14 événements pluvieux (sur 32), le lixiviat
est passé par le trop plein dans la bo
s
était complément subm
III. Résultats et interprétations
0
2000
4000
6000
8000
10000
0 50 100 150 200 250 300 350 400durée, jours
Vol.
lixiv
iat r
écup
éré,
mL
Sous-scenario "ruissellement"
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
150
Vol.
lixiv
iat d
anst
agna
tion,
1000
2000
3000
s le
b m
L 4000
ac d
e
-4000
-3000
-2000
-1000
00 50 100 150 200 250 300 350 400
5000
-5000durée, jours
Vol.
lixiv
iat p
assé
dan
s la
bo
nbon
ne, m
L
Sous-scenario "stagnation"
cumul gel : 33 jours (alternance gel /dégel sur 100 jours )
Figure III.39 Bilan hydrique lors de l’essai à l’échelle pilote (dalles en bois)
Le ratio liquide/solide
Pour le sous - scénario « ruissellement », le ratio L/A cumulé obtenu par mesure est de 44
m3·cm-2, le ratio L/S cumulé est d’environ 100 L/kg et le ratio dynamique FS de 0,073
aporation indirecte). La différence est
plus importante que pour les dalles en béton (11% dans le cas du béton) à cause de la capacité
d’absorption d’eau plus importante du bois par rapport au béton (évaporation indirecte deux
fois plus importante).
c
cm3·cm-2·h-1, en moyenne sur la durée de contact produit /lixiviant. La valeur du ratio L/A
cumulé obtenue par calcul est de 51 cm3·cm-2. En comparant cette valeur avec celle mesurée,
on constate une différence de 14% (dont 6% due à l’év
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
151
Pour le sous - scénario « stagnation », le ratio L/A cumulé obtenu par calcul est de 30
cm3·cm-2 et celui obtenu par mesure est de 23 cm3·cm-2 (correspondant à un ratio L/S
d’environ 80 L/kg et à un ratio dynamique FS de 0,003 cm3·cm-2·h-1, en moyenne sur la durée
de contact produit /lixiviant), soit une différence de - 24 % entre les mesures et le calcul.
Les caractéristiques des lixiviats
Le pH du lixiviat obtenu lors du ruissellement est légèrement acide ou neutre, compris entre
our le sous – scénario «5,5 et 7,2 (une moyenne de 6,3). P ruissellement » la conductivité est
aible (comprise entre 15 µS/cm et 252 µS/cm – une moyenne de 49 µS/cm). Dans le sous-f
scénario « stagnation », le pH des lixiviats est compris entre 5,7 et 7,2 (une moyenne de 6,5).
La conductivité est comprise entre 22 µS/cm et 884 µS/cm avec une moyenne de 117 µS/cm.
L’évolution dans le temps du pH et de la conductivité des lixiviats mesurés dans les deux
sous-scénarios est représentée graphiquement dans la Figure III.40, comparativement aux
valeurs de ces paramètres dans l’eau de pluie.
pH
5
6
0 100 200 300 400
7
8
jours
Ruiss Stag Pluie cond
1
10
0 100 200 300 400
100
1000
jours
µS/c
m
Ruiss Stag Pluie
Figure III.40 Evolution dans le temps du pH et de la conductivité des lixiviats obtenus à l’échelle pilote (dalles en bois)
Les compositions des lixiviats obtenus dans les deux sous-scénarios et leur variation dans le
temps sont représentées graphiquement dans la Figure III.41, comparativement à la
composition de l’eau de pluie.
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
152
B
1,0E-08
1,0E-06
1,0E-04
1,0E-02
0 100 200 300 400jours
mol
/L
Ruiss Stag Pluie LD, mol/L Cu
1,0E-08
1,0E-06
1,0E-04
1,0E-02
0 100 200 300 400jours
mol
/L
Zn
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
100 200 300 400jours
mol
/L
0
COD1,0E+04
1,0E+00
1,0E+02
0 100 200 300 400jours
mg/
L
K
1,0E-06
1,0E-02
1,0E-04
0 100 200 300 400jours
mol
/L
Ca
1,0E-04
1,0E-02
1,0E-06
mol
/L
1,0E-080 100 200 300 400
jours
Cl-
1,0E-04
1,0E-03
1,0E-06
1,0E-05
0 100 200 300 400jours
mol
/L
SO4--1,0E-03
mol
/L
1,0E-07
1,0E-05
0 100 200 300 400jours
Figure III.41 Evolution dans le temps des concentrations obtenues à l’échelle pilote (dalles en bois)
« st tillons analysés une concentration plus grande
ats que dans l’eau de pluie. Pour les autres espèces (Ca, Cl-, SO4--), le
é
Dans le cas du bore, du cuivre, du zinc, du COD et du potassium en sous-scénario
agnation », on retrouve dans tous les échan
dans les lixivi
pourcentage des lixiviats avec une concentration supérieure est également assez élev
(Tableau III.19).
III. Résultats et interprétations
Tableau III.19 Pourcentage des lixiviats avec une concentration en différentes espèces supérieure à celle dans l’eau de pluie (dalles en bois)
Espèce analysée B Cu Ca K Zn Cl- SO4-- COD
% Lixiviats « ruiss.» 100* 100 71 97 100 94 76 100 % Lixiviats « stag.» 100 100 84 100 100 91 91 100
*Cesupé
Dan
sup tes les espèces, les concentrations dans les
lixi
con
1) u, COD, K) présentent des concentrations maximales au début
de 150
2) ions restent quasi constantes
ais dispersées sur deux ordres de grandeurs.
des
cum
com et 1,25 (les chlorures en
con
es masses totales relarguées
s résultats doivent être lus ainsi : 100% des lixiviats analysés présentaient une concentration en bore rieure à celle de l’eau de pluie
s le cas des dalles en bois traité, les concentrations en espèces relarguées sont en général
érieures à celles de l’eau de pluie et pour tou
lixiviats obtenus dans le sous-scénario « stagnation » sont supérieures à celles dans les
viats obtenus dans le sous-scénario « ruissellement». Quant à l’évolution des
centrations dans le temps, on retrouve deux types de comportements :
certaines espèces (i.e. B, C
de l’exposition suivies par une décroissance. En fin d’essai les concentrations dans le
lixiviat sont du même ordre de grandeur que celles dans l’eau de pluie. Au delà
jours d’exposition les concentrations obtenues dans les deux sous-scénarios sont du même
ordre de grandeur.
pour d’autres espèces (i.e. Zn, Cl-, Ca, SO4--), les concentrat
dans le temps m
Le comportement des produits exposés est encore mieux illustré par l’évolution dans le temps
masses cumulées relarguées, représentée graphiquement dans Figure III.42.
Après un lavage surfacique au début de l’essai, les évolutions dans le temps des masses
ulées, représentée en échelle logarithmique, suivent des courbes de tendance de pente
prises entre 0,56 (le cuivre en sous-scénario « ruissellement »)
sous scénario « stagnation »). Quant aux quantités relarguées, le sous-scénario « stagnation »
duit à des valeurs plus importantes (notamment le B (5 fois plus) et le COD).
L pendant une année d’exposition dans les deux sous-scénarios,
ont été rapportées au contenu « total » en espèces respectives. Les résultats sont regroupés
dans le Tableau III.20.
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
153
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
154
B1,0E+05
1,0E-01
1,0E+00
10 100 1000jours
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
mg/
m2
1,0E+04
Ruiss Stag Cu
1,0E+01
1,0E+05
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+02
mg/
m2
1,0E-01
1,0E+00
10 100 1000jours Z
/2
n
1,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
mg
m
10 100 1000jours
COD
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
mg/
m2
1,0E-0110 100 1000jours
K1,0E+04
1,0E+05
10 100 10001,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
jours
mg/
m2
Ca
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
10 100 10001,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
mg/
m2
jours
Cl -
1,0E+04
1,0E+05
1,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
10 100 1000jours
mg/
m2
SO4- - 1,0E+05
1,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
10 100 1000
1,0E+04
jours
mg/
m2
Figure III.42 Evolution dans le temps de la masse cumulée relarguée à l’échelle pilote (dalles en bois)
(── droite de pen e 0,5, indiquant un relargage contrôlé par la diffusion)
Tableau III.20 Pourcentage du contenu total relargué lors de l’essai à l’échelle pilote (dalles en bois) Essai Unité B Cu Ca K Zn Cl
t
- SO4--
«Ruiss.» % 38 6 19 36 70 121 81 «Stag.» % 261 23 68 121 147 378 269
Il apparaît que pour toutes les espèces, le relargage est très important notamment en sous-
scénario « stagnation ». Seul le cuivre présente un relargage relativement faible (6% en sous-
scénario « ruissellement »). Comme nous l’avons déjà remarqué lors des essais à l’échelle
laboratoire, on constate que les quantités relarguées en B, K, Zn, Cl- et SO4-- dépassent
jusqu’à 4 fois (pour les chlorures) le contenu « total » (hétérogénéité du matériau).
III. Résultats et interprétations
III.2.3 Gouttières en zinc
Le bilan hydrique enregistré pendant la durée de l’essai à l’échelle pilote est représenté dans
la Figure III.43 (données dans les annexes III.27 et III.28).
0
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
155
5000
10000
15000
20000
25000
0 50 100 150 200 250 300 350 400durée, jours
Vol.
lixiv
iat r
écup
éré,
mL
Sous-scenario "ruissellement"
Figure III.43 Bilan hydrique lors de l’essai à l’échelle pilote (gouttières en zinc)
Dans le sous-scénario « ruissellement » 240 L de lixiviat ont été récupéré au total (entre 1 L et
21 L par prélèvement). Dans le sous-scénario « stagnation » environ 130 L sont passés au
total par le trop plein dans la bonbonne de récupération. Le volume de stagnation a varié entre
0,5 L et 8 L. On note que la surface de la gouttière en contact avec le lixiviant est dépendante
du volume de stagnation et par conséquent elle a été calculée à chaque prélèvement en
fonction de celui-ci (annexe III.28).
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
156
Le ratio liquide/solide
Pour le sous - scénario « ruissellement », le ratio L/A cumulé obtenu par calcul est de 48,4
cm3·cm-2 et celui obtenu par mesure est de 44,6 cm3·cm-2 (correspondant à un ratio L/S
d’environ 100 L/kg et à un ratio dynamique FS de 0,074 cm3·cm-2·h-1, en moyenne sur la
durée de contact produit /lixiviant). En comparant les valeurs obtenues lors de mesures avec
les valeurs calculées on constate une différence d’environ -8%. La différence, due aux
phénomènes d’évaporation, est plus faible que dans le cas des dalles en béton ou en bois (-
11% et -14%, respectivement) car l’évaporation directe est le seul phénomène qui contribue à
cette différence (aucune évaporation indirecte). D’ailleurs, cette valeur concorde avec
l’évaporation directe calculée à l’aide du bac témoin.
Pour le sous - scénario « stagnation », le ratio L/A cumulé obtenu par calcul est de 40,5
cm3·cm-2 et celui obtenu par mesure est de 30 cm3·cm-2 (correspondant à un ratio L/S
d’environ 70 L/kg et à un ratio dynamique FS de 0,0039 cm3·cm-2·h-1, en moyenne sur la
durée de contact produit /lixiviant). La différence de -26 % entre le calcul et la mesure est due
à l’évaporation qui est plus importante que pour les autres produits (-23 % pour les dalles en
béton et -24 % pour les dalles en bois) de par la géométrie et la nature du produit (i.e. la
gouttière elle-même est le « bac de stagnation » et sa nature métallique favorise l’évaporation
par rapport aux montages pour les dalles en béton ou en bois, cf. § II.2.2).
Caractéristiques des lixiviats
L’évolution dans le temps du pH et de la conductivité des lixiviats mesurées dans les deux
es graphiquement dans la Figure III.44, comparativement aux sous-scénarios sont représenté
valeurs de ces paramètres dans l’eau de pluie.
pH
5
6
0 100 200 300 400
7
8
jours
Ruiss Stag Pluie cond
100
1000
Ruiss Stag Pluie
1
10
0 100 200 300 400jours
µS/c
m
igure III.44 Evolution dans le temps du pH et de la conductivité des lixiviats obtenus à l’échelle pilote
(gouttières en zinc) F
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
157
Le pH des lixiviats obtenus dans les deux sous-scénarios est d’environ 7 et légèrement
érieur au pH de l’eau de pluie. La sup conductivité est relativement faible (comprise entre 15
Les
var
com
µS/cm et 252 µS/cm).
concentrations en zinc dans les lixiviats obtenus dans les deux sous-scénarios et leur
iation dans le temps sont représentées graphiquement dans la Figure III.45,
parativement à la concentration de l’eau de pluie.
Zn
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
0 100 200 300 400jours
mol
/L
Ruiss Stag Pluie LD, mol/L Zn
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
10 100 1000jours
mg/
m2
igure III.45 Evolution dans le temps des concentrations et de la masse cumulée relarguées à l’échelle
pilote (gouttières en zinc)
ur est observée entre les concentrations des
centrations dans le sous-scénario « stagnation »
portantes que dans le sous-scénario « ruissellement ». Les variations de
me : l’alternance et la durée des périodes d’humidification / séchage, la
osphériques sur la surface des produits, les
nsité, pH), la morphologie, l’épaisseur et
position de la patine [He
F
Une différence d’environ deux ordres de grande
lixiviats et celles de l’eau de pluie. Les con
sont plus im
concentrations enregistrées durant l’exposition s’expliquent par la dépendance du relargage de
plusieurs facteurs, com
présence et le dépôt de polluants atm
caractéristiques des précipitations (quantité, inte
com et al., 2001b].
-2·an-1) en sous-scénario « stagnation »
et 0,08 % en sous-scénario « ruissellement » (1,8 g·m-2·an-1). Ces quantités relarguées se
trouvent dans la gamme des valeurs obtenues par différents auteurs, lors de l’exposition des
produits en zinc à diverses conditions naturelles [He et al., 2001a ; 2001b ; Odnevall
Wallinder et al., 2001 ; Rodriguez et al., 2003].
L’évolution dans le temps des masses cumulées, représentée en échelle logarithmique, suit
une courbe de tendance de pente 0,88 pour le sous-scénario « ruissellement » et de 1,17 pour
le sous-scénario « stagnation ». Les quantités relarguées pendant une année d’exposition
correspondent à 0,29 % du contenu total (6,7 g·m
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
158
II
Les ex échelle pilot nduites de manière à représenter un scénario
« exposition horizontale » ave ux so nario ruisselle et « stagnation ». La
durée de l’exp ion a été d’u étéorologique sur le site
d’expérimentation a permis le suivi précis des param es climatiques. Sur la durée des essais,
la pluviométri été de 800 m une ration directe de 8 % a été enregistrée. 34 et 32
événements pluvieux « efficac ont é registr spective pour les cénarios
« ruissellemen et « stagnatio Le pH ’eau de pluie (le lixiviant) reste au voisinage de
la neutralité 5,7 et 7,9) cond té inf re à 119 m. Le tem contact
produit / lixiviant est de 7% du temps d’exposition dans le sous-scénario « ruissellement » et
de 87 ario agnatio . En fonction du produit (géométrie, porosité et
caractéristiques de surface) et des conditions d’exposition, une évaporation de 8%, 11% et
4%, respectivement pour les gouttières en zinc, les dalles en béton et les dalles en bois est
I.2.4 Conclusion sur les expérimentations à l’échelle pilote
périmentations à l’ e ont été co
c de us-scé s : « ment »
osit ne année et la présence d’une station m
ètr
e a m et évapo
es » té en é es r m ten so sus-
t » n ». de l
(entre et la uctivi erieu µS/c ps de
% dans le sous-scén « st n »
1
enregistrée en sous-scénario « ruissellement ». En sous-scénario « stagnation » les valeurs
sont de 23%, 24% et 26%, respectivement pour les dalles en béton, les dalles en bois et les
gouttières en zinc.
Les caractéristiques des lixiviats obtenus sont dépendantes du type de produit et des
conditions d’exposition. Ainsi, pour les :
dalles en béton,
- en sous-scénario « ruissellement », le pH varie tout au long de l’essai entre environ 8 et 10
tandis qu’en « stagnation » il diminue de 12 à environ 9 ;
- les concentrations en espèces suivies ont été toujours supérieures aux concentrations dans
l’eau de pluie uniquement pour Si, K, Na et SO4- - ;
- deux types de comportement sont observés quant à l’évolution des concentrations dans le
temps : 1) la décroissance des concentrations qui se rapprochent des valeurs dans l’eau de
pluie au-delà de 50 jours d’exposition, pour Al, Si, Na, K et SO4-- ; 2) les concentrations
ne diminuent pas dans le temps et sont dispersées sur plusieurs ordres de grandeur, pour
Zn, Cu, Cl-, Ca et COD ;
- après un relargage rapide en début d’exposition (lavage surfacique), les évolutions dans le
temps des masses cumulées suivent des courbes de tendance de pente supérieure à 0,5
(entre 0,72 et 1,19), exception faite de l’aluminium dont la pente est très faible (0,11).
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
159
io « stagnation » le relargage est plus important que dans le sous-
odium et le potassium (espèces très solubles), les quantités relarguées restent
assez faibles par rapport au contenu total ;
dalles en bois
- dans le sous-scénar
scénario « ruissellement » (jusqu’à 8 fois) pour toutes les espèces, à l’exception du
calcium qui présente le même relargage.
- excepté le s
,
- dans les deux sous-scénarios le pH varie tout au long de l’essai entre environ 5,5 et 7,2; - les concentrations en espèces relarguées sont en général supérieures aux concentrations
dans l’eau de pluie;
- les évolutions des concentrations dans le temps suivent deux tendances : 1) certaines
espèces (i.e. B, Cu, COD, K) présentent des concentrations maximales au début de
l’exposition suivi d’une décroissance jusqu’à être dans la même gamme des valeurs que
l’eau de pluie vers la fin de l’essai. Au delà de 150 jours d’exposition les concentrations
obtenues dans les deux sous-scénarios ont le même ordre de grandeur ; 2) pour d’autres
espèces (i.e. Zn, Cl-, Ca, SO4--), les concentrations restent quasi-constantes dans le temps
mais dispersées sur deux ordres de grandeur ;
- après un lavage surfacique au début de l’essai, les évolutions dans le temps des masses
cumulées, représentées en échelle logarithmique, suivent des courbes de tendance de pente
comprises entre 0,56 (cuivre en sous-scénario « ruissellement ») et 1,25 (chlorures en sous
scénario « stagnation ») ;
- le sous-scénario « stagnation » conduit à un relargage plus important (notamment pour le
B (5 fois plus) et le COD) comparativement au le sous-scénario « ruissellement ».
- rapporté au contenu total, pour toutes les espèces suivies, le relargage est très important
notamment en sous-scénario « stagnation ». Seul le cuivre présente un relargage
relativement faible (6% en sous-scénario « ruissellement ») ;
gouttières en zinc,
- dans les deux sous-scénarios, les pH des lixiviats obtenus sont d’environ 7 ;
- les concentrations en zinc dans les lixiviats sont jusqu’à deux ordres de grandeur
supérieures aux concentrations dans l’eau de pluie et sur la durée de l’exposition restent
quasi-constantes;
- après un relargage rapide en début d’exposition, les évolutions dans le temps des masses
cumulées, suivent des courbes de tendance avec des pentes de 0,88 pour le sous-scénario
« ruissellement » et de 1,17 pour sous-scénario « stagnation »;
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
160
ns le chapitre suivant.
- les quantités relarguées sont de l’ordre de à 0,08 % du contenu total (1,8 g/m2/an) pour le
sous-scénario « ruissellement » et de 0,29 % (6,7 g/m2/an) pour le sous-scénario
« stagnation ».
Une comparaison des résultats obtenus aux deux échelles d’expérimentation (laboratoire et
pilote) est présentée da
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
161
t des masses relarguées aux deux échelles, en fonction de la durée
du contact produit / lixiviant. A l’échelle laboratoire, le produit a été en contact avec le
lixiviant sur toute la durée de l’essai, tandis qu’à l’échelle pilote, le produit a été en
contact avec le lixiviant pendant respectivement 7 et 87 % de la durée d’exposition, en
sous-scénario « ruissellement » et « stagnation ». De ce fait, afin de rendre les
comparaisons plus pertinentes, l’évolution des masses relarguées a été représentée en
fonction de la durée de contact produit / lixiviant, et non de la durée d’exposition ;
-
III.3 COMPARAISON ECHELLE LABORATOIRE / ECHELLE PILOTE
Le comportement observé à l’échelle laboratoire (lors des essais dynamiques) a été comparé
au comportement à l’échelle pilote, à partir :
- de l’évolution du pH e
des masses totales relarguées à la fin des essais.
III.3.1 Dalles en béton
L’évolution du pH au cours des différents essais18 est représentée dans la Figure III.46 et une
comparaison entre les évolutions des masses relarguées, en fonction de la durée du contact
produit / lixiviant est représentée graphiquement dans la Figure .
pH
7
8
9
10
11
12
13
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
MBT CMLT Ruiss Stag
Figure III.46 Comparaison laboratoire / pilote : le pH (dalles en béton)
La Figure III.46 montre que lors du MBT, le pH présente une légère augmentation, due au
mode de renouvellement séquentiel, avec des périodes de contact de plus en plus longues (cf.
II.2.1.3.1). L’évolution du pH lors du CMLT est similaire à l’évolution en sous-scénario
oyenne de 0,0035 cm ·cm ·h en sous-scénario
§
« stagnation ». Cependant, les causes pourraient être différentes. Dans le cas du CMLT, la
chute de pH peut être attribuée notamment au début d’épuisement en hydroxydes (débit
surfacique de 0,52 cm3·cm2·h-1 contre une m 3 2 -1
18 r l’éch Les résultats obtenus lors du CMLTv (effectué su antillon altéré) ne sont pas représentés, car comme nous l’avons vu dans le § III.1.3.3.1, les résultats sont très proches de ceux obtenus lors du CMLT
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
162
« stagn oindre m carbonatation de la matrice te tenu du
fa st te ns u eur ar l’ , e
corrélation avec le plus faible relargage en calcium par rapport au CMLT (Figure III.47), la
carbonatation de la matrice pourrait être la principale cause de cette baisse de pH. En sous-
scénario « ruissellement », le pH est plus faible comparati
s de contact produit / lixiv t plus co dans ce c niquement durant
c Les ctuation
peuvent être attribuées à des phénomènes de relaxation de son gradient dans la matrice
ation ») et dans une m esure à la (comp
it que le produit e sté da n réact fermé). P contre, à échelle pilote n faisant la
vement aux autres essais et peut être
expliqué par le temp ian urt as (u
haque événement pluv ). ieux flu s de pH enregistrées dans ce sous-scénario
poreuse [Garrabrants et al., 2002]. Ces phénomènes sont provoqués par l’alternance
humidification / séchage ; la diffusion des substances se poursuit à l’intérieur de la matrice
durant les périodes séches (diffusion interne). Par conséquent, le pH des lixiviats dépend aussi
des caractéristiques des périodes sèches (durée, humidité relative de l’air) [Garrabrants et al.,
2002 ; Sanchez et al., 2003]. Les conditions d’exposition influencent donc l’évolution du pH
et pourraient avoir une influence sur le relargage des différentes espèces dont le
comportement à la lixiviation est dépendant du contexte physico-chimique.
Na
1,0E+04
1,0E+05
1,0E+000,01 0,1 1 10 100 1000
durée contact, jours
1,0E+01
1,0E+02mg
1,0E+03
/m2
MBT CMLT Ruiss Stag K
1,0E+05
1,0E+010,01 0,1 1 10 100 1000
durée contact, jours
1,0E+02
mg 1,0E+03
1,0E+04
/m2
MBT CMLT Ruiss Stag
Cl-
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+00
1,0E+01
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
mg 1,0E+02/m
2
MBT CMLT Ruiss Stag Ca
1,0E+04
1,0E+05
1,0E+01
1,0E+02
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
mg 1,0E+03/m
2
MBT CMLT Ruiss Stag
Figure III.47 Comparaison laboratoire / pilote : la masse cumulée relarguée (dalles en béton)
III. Résultats et interprétations
Al
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
163
1,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
0,01 0,1 1durée conta
10 100 1000ct, jours
mg/
m2
MBT CMLT Ruiss Stag Si
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
mg/
m2
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
MBT CMLT Ruiss Stag
Zn
1,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E-020,01 0,1 1 10 100 1000
durée contact, jours
mg/
m2
MBT CMLT Ruiss Stag Cu
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
mg/
m2
MBT Ruiss Stag
1,0E-02
1,0E-01
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
SO4--
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+00
1,0E+01
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
mg/
m2
MBT CMLT Ruiss Stag COD
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
mg/
m2
MBT CMLT Ruiss Stag
1,0E+00
1,0E+01
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
Figure III.47 Comparaison laboratoire / pilote : la masse cumulée relarguée (dalles en béton) - continuation
-
ement similaire aux deux échelles d’expérimentation ; cela peut être expliqué
- e présentent pas le même comportement aux deux échelles, malgré le fait
le relargage est dépendant du
uni ique. Par
ses minéralogiques est
contrôlé par la dissolution de celles-ci et donc sensible aux conditions environnantes ;
La Figure III.47 montre que :
pour une même durée de contact produit / lixiviant, le sodium et le potassium présentent
un comport
par le fait que le comportement de ces deux espèces est reconnu comme étant très peu
dépendant des conditions d’expérimentation [Barna, 1994 ; Garrabrants et al., 2002] ;
les chlorures n
qu’ils sont considérés comme étant très solubles [Barna, 1994]. Cela pourrait être expliqué
par la présence des chlorures sous deux formes : une partie complètement dissoute dans
l’eau des pores et une partie intégrée dans des phases dont
contexte chimique. Le relargage de chlorures complètement dissous est contrôlé
quement par la diffusion et il est peu dépendant du contexte physico-chim
contre, le relargage des chlorures constitutifs des différentes pha
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
164
-
d’e
conditions présente des différences entre les deux échelles d’expérimentation mais
éga chelle d’expérimentation. Les causes du
com aux différents facteurs d’influence. Par
exe important à l’échelle pilote peut être
200
effectués en réacteurs fermés et les produits sont en contact permanant avec le lixiviant.
Le le pilote pourrait être expliqué par
d’é rès dissolution des phases initialement
pré d'autres formes) [ADEME, 2006],
compte tenu des temps d’exposition beaucoup plus importants à cette échelle
2002 ; Sanchez et al., 2003], notamment en sous-scénario
« ruissellement ».
Pour toutes les espèces suivies, les valeurs des masses totales relarguées après 1 an
d’exposition aux conditions naturelles à l’échelle pilote sont comparées avec les masses
totales relarguées à la fin des essais dynamiques conduits à l’échelle laboratoire (64 jours).
Les résultats sont présentés dans le Tableau III.21.
pour les espèces dont le comportement à la lixiviation est dépendant des conditions
xposition, exception faite du silicium, le relargage observé dans les différentes
lement entre les essais effectués à la même é
portement de chaque espèce sont liées
mple, le relargage du calcium beaucoup moins
attribué à des phénomènes de carbonatation qui le rendent moins soluble [Sanchez et al.,
1]. Cette influence est moindre à l’échelle laboratoire car les essais de lixiviation sont
faible relargage de l’aluminium à l’échel
ventuelles phases néoformées (obtenues ap
sentes dans le matériau et reprécipitation sous
d’expérimentation (364 jours contre 64 jours à l’échelle laboratoire). Le comportement du
silicium à l’échelle pilote (« ruissellement » et « stagnation ») apparaît comme similaire à
celui dans le CMLT et son relargage est plus important que lors du MBT. Le
comportement des métaux amphotères (Zn, Cu), des sulfates et du COD est directement
lié à l’évolution du pH (influencée par les phénomènes de relaxation) mais également aux
phénomènes de précipitation induits par l’alternance humidification / séchage
[Garrabrants et al.,
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
165
Tableau III.21 Comparaison laboratoire / pilote : la masse totale relarguée à la fin des essais (dalles en béton)
Laboratoire Pilote Masse totale, mg/m2
MBT CMLT CMLTv Ruissellement Stagnation Al 600 1500* 770 11 56 Si 500 7700 5400 3500 10080 Ca 54000 74000 62600 2400 1180 Cu 4 - - 7 15 K 13000 9100 12800 14000 74300 Na 1900 1800 2040 3100 14430 Zn 64 37 37 14 14 Cl- 380 1800 3080 360 700
SO4-- 400 2200 1010 2800 7980
COD 1300 1500 9400 1300 4300 ratio L/A cumulé,
cm3/cm2 50 770 780 50 27
durée exposition, jours 64 64 64 364 364 durée contact, jours 64 64 64 25 317
*en gras, les valeurs maximales
Pour cinq espèces (i.e. Si, Cu, K, Na, SO4--) on constate que le maximum de relargage est
enregistré dans le cas de l’essai à l’échelle pilote en sous-scénario « stagnation ». Cela
pourrait être expliqué par les temps de contact beaucoup plus longs dans ce sous-scénario :
317 jours contre 64 et 25 jours à l’échelle laboratoire et en sous-scénario « ruissellement »,
respectivement. L’aluminium et le calcium, espèces majoritaires de la matrice, sont relargués
en quantité plus importante lors de l’essai CMLT. Entre autres, une explication pourrait être
l’influence du débit surfacique qui est plus important durant cet essai : 0,52 cm3·cm2·h-1 contre
une moyenne de 0,033 cm3·cm2·h-1, 0,083 cm3·cm2·h-1 et 0,0035 cm3·cm2·h-1, en MBT, sous-
scénario « ruissellement » et sous-scénario « stagnation », respectivement. Ce débit, plus
élevé et constant durant l’essai, assure des gradients de concentration plus importants en
favorisant ainsi le relargage. Les chlorures et le carbone organique dissous présentent un
relargage plus important lors du CMLTv (essai effectué sur des échantillons altérés),
probablement à cause des altérations physico-chimiques de la matrice. Seul le zinc est
largué dans une quantité plus importante lors du MBT. Cela peut être expliqué par l’effet re
de concentration des éluats dans le MBT et donc un meilleur dosage pour une espèce dont les
concentrations sont souvent proches de la limite de détection analytique.
III. Résultats et interprétations
III.3.2 Dalles en bois
Une comparaison entre les évolutions du pH et des masses relarguées aux deux échelles, en
fonction de la durée de contact produit / lixiviant est représentée graphiquement dans la
Figure III.48.
pH
5
6
7
8
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
MBT CMLT CMLTv Ruiss Stag B
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
mg/
m2
MBT CMLT CMLTv Ruiss Stag
K
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
0,01 0,1 1 10 100 1000
mg/
m2
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
166
durée contact, jours
Cu
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
0,01 0,1 1 10 100 1000
mg/
m2
durée contact, jours Zn
1,0E-01
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
mg/
m2
1,0E+03 SO4--
1,0E+00
1,0E+04
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
mg/
m2
Ca
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
mg/
m2
1,0E+010,01 0,1 1 10 100 1000
durée contact, jours
COD
1,0E+0
1,0E+04
1,0E+05
mg/
m2
1,0E+02
3
0,01 0,1 1 10 100 1000
durée contact, jours Figure III.48 Comparaison laboratoire / pilote : le pH et la masse cumulée relarguée (dalles en bois)
La figure ci-dessus montre que l’échantillon en bois altéré (CMLTv) conduit au relargage le
plus important, notamment dans les premiers jours de contact bois / lixiviant. Par contre, pour
la plupart des espèces (K, B, Cu, Ca, COD), vers la fin des essais les quantités relarguées en
sous-scénario « stagnation » (364 jours d’exposition et 317 de contact produit/lixiviant) sont
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
167
u même ordre que les quantités relarguées par l’échantillon altéré (64 jours, dans les
onditions imposées par le CMLTv). Cela dénote l’effet de l’altération du bois sur le
largage, effet qui n’est pas intégré dans les essais MBT et CMLT (essais effectués sur des
chantillons « neufs »). Selon l’espèce, le MBT et le CMLT conduisent soit à une sous-
stimation du relargage observé à l’échelle pilote, soit à une surestimation, soit à une
oncordance pour un certain nombre de jours de contact produit / lixiviant. Aucun relation
irecte ne peut pas être établie entre les résultats obtenus en laboratoire et ceux obtenus à
échelle pilote. Une tentative de corrélation empirique (trouver un certain facteur de
orrélation) pourrait être possible, mais cette corrélation ne serait valable que pour le cas
récis étudié, donc sans aucune pertinence pour d’autres cas (autres conditions d’exposition
t/ou autres produits).
es masses totales relarguées à la fin des différents essais sont présentées dans le Tableau
III.22
Tableau I alles en
d
c
re
é
e
c
d
l’
c
p
e
L
II.22 Comparaison laboratoire / pilote : la masse totale relarguée à la fin des essais (dbois)
Laboratoire Pilote Masse totale, mg/m2
CMLT CMLTv** MBT Ruissellement Stagnation B 240 160 700 200 1230
Cu 250 210 1520 320 810 Ca 470 2650 3030 800 1870 K 900 4150* 3360 1230 2620 Zn 54 190 600 63 85 Cl- 190 1370 1300 340 690
SO4-- 40 370 640 820 1740
COD 9240 16200 30900 13400 36900 ratio L/A cumulé, cm3/cm2 50 730 770 44 23
Durée exposition, jours 64 64 64 364 364 Durée contact, jours 64 64 64 25 317
*en gras, les valeurs maximales ** les valeurs moyennes obtenues lors du CMLTv (essai effectué en duplicat) Le bilan des quantités totales relarguées à la fin des essais montre que le relargage le plus
important est obtenu soit lors du CMLTv (B, Cu, Ca, Zn), soit en sous-scénario « stagnation »
(SO4- -, COD), soit lors du CMLT (K, Cl-). Cela s’explique notamment par l’effet combiné du
ratio dynamique (plus important lors des essais à renouvellement en continu), de l’altération
du produit (lors du CMLTv et à l’échelle pilote), du temps de contact produit / lixiviant
(beaucoup plus longs en sous-scénario « stagnation ») et de la taille de l’échantillon (dans le
laboratoire, les échantillons testés sont plus petits comparativement à ceux exposés à l’échelle
pilote ; cela implique une proportion plus importante de surface des extrémités de fibres
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
168
end-grain ») par rapport à la surface totale exposée (29 % en laboratoire, contre 2 % à
nd
Dans la Figure III.49, les résultats obtenus à l’échelle pilote (notés « Ruiss. » et « Stag. ») sont
boratoire lors des essais dynamiques : MBT,
(«
l’échelle pilote) ; ce fait favorise le relargage, car le coefficient de diffusion est plus gra
selon la direction longitudinale – cf. § I.4.2 ; afin d’éliminer cette influence, il serait peut être
nécessaire de protéger les extrémités de fibres par un matériau inerte). Selon l’espèce, chacun
de ces facteurs d’influence a un impact différent sur le comportement à la lixiviation.
III.3.3 Gouttières en zinc
comparés aux résultats obtenus à l’échelle la
CMLT, CMLTva (produit altéré en laboratoire, cf. § II.2.1.3.3.3) et CMLTvn (produit altéré
en extérieur, cf. § II.2.2).
pH
5
6
7
8
9
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
CMLT CMLTva CMLTvnMBT Ruiss Stag
Zn
1,0E+00
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
0,01 0,1 1 10 100 1000durée contact, jours
mg/
m2
CMLT CMLTva CMLTvnMBT Ruiss Stag
Figure III.49 Comparaison laboratoire / pilote : le pH et la masse cumulée relarguée (gouttières en zinc)
Durant tous les essais, l’évolution du pH présente des fluctuations plus ou moins importantes.
Le MBT conduit aux plus importantes amplitudes. Lors des essais en continu (CML
CMLTva et CMLTvn), le pH se stabilise à environ 6,5 après 1 à 4 jours de lixiv
l’échelle pilote le pH fluctue au voisinage de la neutralité. L’évolution du relar
fonction de la durée du contact produit / lixiviant fait apparaître une concordance entre
tendances de comportement enregistrées en sous-scénario « ruissellement » et lors du CML
D’ailleurs, exception faite du MBT, dans tous les autres cas, le relargage est en progression.
Dans le cas des CMLTva et CMLTvn, la cinétique de relargage est la plus élevée du fait de
l’altération de surfac
T,
iation. A
gage en
les
T.
e des produits, avant essai [He et al., 2001b]. Contrairement aux autres
ssais, lors du MBT, un plateau est enregistré rapidement. Cela s’explique par le
récédemment (cf. § III.1.3.1.3),
dans le cas des gouttières en zinc, ce n’est pas la diffusion qui contrôle le relargage, mais
plutôt la dissolution. Par conséquent ce type d’essai n’apparait pas comme adapté pour
évaluer le comportement à la lixiviation des gouttières en zinc.
e
renouvellement séquentiel de lixiviant qui est réalisé selon un planning supposant un
comportement diffusionnel. Or, comme nous l’avons vu p
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
169
échelle pilote sont comparées avec les masses relarguées à la fin des essais
ynamiques conduits à l’échelle laboratoire.
Tableau III.23 Comparaison laboratoire / pilote : la masse totale relarguée à la fin des essais (gouttières en zinc)
Laboratoire Pilote
Dans le Tableau III.23, les masses relarguées après une année d’exposition aux conditions
naturelles à l’
d
Essai MBT CMLT CMLTva CMLTvn Ruissellement Stagnation
masse totale de Zn, mg/m2 480 6400 75000 64500 1900 6700
% relargué par rapport au contenu total 0,02 0,28 3,3 2,8 0,08 0,29
ratio L/A cumulé, cm3/cm2 50 730 810 740 47 30
durée exposition, jours 64 64 64 64 364 364 durée contact, jours 64 64 64 64 25 317
*en gras, la valeur maximale
On constate que le maxim as du CMLTva (3,3% du
o u total). L’ordre décroisant des masses relarguées à la fin des essais est : CMLTva >
a
rt ratio
cénario
e ix viant (25 jours
la
s conditions de lixiviation sont contrôlées,
aturation en eau des deux
roduits poreux (dalles en béton et dalles en bois). A l’échelle pilote, les conditions
La
corrélation directe entre le comportement à la lixiviation des espèces suivies à l’échelle
laboratoire et à l’échelle pilote n’apparaît pas comme pertinente. En effet, à l‘échelle
pilote le comportement à la lixiviation de ces espèces est influencé par des conditions
um de relargage est enregistré dans le c
c nten
CMLTvn > Stag. > CMLT > Ruiss. > MBT. Cet ordre peut être expliqué par l’effet des
différents facteurs d’influence, notamment : l’altération de surface (CMLTva et CMLTvn), l
longue durée de contact produit /lixiviant (en sous-scénario « stagnation »), le fo
dynamique (CMLT, CMLTva et CMLTvn). La faible quantité relarguée en sous-s
« rui s llement » pourrait être due à la faible durée de contact s produit / l i
contre 64 et 317 jours lors des autres essais) tandis que dans le cas du MBT il s’agit de
limitation du relargage par les conditions opératoires de l’essai.
III.3.4 Conclusion sur la comparaison échelle laboratoire / échelle pilote
A l’échelle laboratoire (essais dynamiques) le
assurant le contact permanant des produits avec le lixiviant et la s
p
d’expérimentation sont non-contrôlées (conditions naturelles d’exposition).
comparaison des résultats obtenus aux deux échelles d’expérimentation a montré qu’une
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
170
d’e
not
- d
p
ta
«
c
m
a
c
W
- d
q
sur le relargage, à travers le contrôle des phénomènes de séchage des matrices poreuses
[O
-
à
le
c
im
- d
q
a
e
d
- d
li
II
- d
e
« stagnation » ;
xposition qui ne sont pas intégrées dans les essais à l’échelle laboratoire. Il s’agit
amment :
e l’alternance humidification / séchage des produits ; à l’échelle laboratoire le contact
roduit / lixiviant est permanent (renouvellement en continu ou séquentiel de lixiviant),
ndis qu’à l’échelle pilote il est intermittent, notamment dans le sous-scénario
ruissellement » ; cela peut induire des phénomènes de relaxation de gradient de
oncentration et du pH, des phénomènes de précipitations des espèces dans les pores des
atrices poreuses ainsi que l’altération physico-chimique de ces matrices [Garrabrants et
l., 2002] ; l’alternance humidification / séchage influence également les phénomènes de
orrosion des matrices métalliques (et donc indirectement le relargage) [Odnevall
allinder et al., 2001] ;
e la variation de l’humidité relative de l’air en conditions naturelles d’exposition alors
u’elle est relativement constante en laboratoire ; l’humidité peut jouer un rôle significatif
[Garrabrants et al., 2002] et des phénomènes de corrosion des matrices métalliques
dnevall Wallinder et al., 2001] ;
du dioxyde de carbone atmosphérique ; son influence est beaucoup moins significative
l’échelle laboratoire qu’à l’échelle pilote, du fait du contact permanent des produits avec
lixiviant dans des réacteurs fermés ; le dioxyde de carbone induit des phénomènes de
arbonatation de la matrice cimentaire (les dalles en béton) [Thiéry, 2005] et joue un rôle
portant sur la formation de la patine des gouttières en zinc [Ligier, 1999 ; AGA, 2003] ;
e la composition du lixiviant ; en laboratoire, le lixiviant est l’eau déminéralisée, tandis
u’à l’échelle pilote, le lixiviant est l’eau de pluie qui est déjà chargée en certaines espèces
vant d’entrer en contact avec les différents produits ; dans certains cas, les concentrations
n ces espèces sont du même ordre de grandeur, voire supérieures aux valeurs mesurées
ans les lixiviats ;
es radiations UV, qui provoquent la dégradation des biopolymères du bois (hémicellulose,
gnine, cellulose) [Déglise, 2001], favorisant ainsi le relargage des différentes espèces (cf. §
I.1.3.3.2) ;
u temps de contact ; à l’échelle laboratoire le temps de contact est de 64 jours, contre 25
t 317 jours à l’échelle pilote, respectivement en sous-scénario « ruissellement » et
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
171
ment selon le produit testé :
ii) stant et fixé à 0,52 cm3·cm-2·h-1 ;
-2
3 -2
-1;
Tous ces facteurs d’influence (ainsi que d’autres) ont des effets complexes sur le relargages
des
à l’éch
différentes conditions naturelles d’exposition. Une solution pourrait être de développer des
mo
plus d dans les différentes conditions
d’e
- du débit surfacique (FS), qui a une influence notamment sur le gradient de concentration et
le degré de saturation des éluats ; des différences de débit surfacique sont enregistrées, selon
l’essai, et à l’échelle pilote, égale
i) MBT : ratio dynamique décroissant sur la durée de l’essai, de 2,5 à 0,007 cm3·cm-2·h-1,
avec une moyenne de 0,033 cm3·cm-2·h-1;
CMLT : ratio dynamique con
iii) sous-scénario « ruissellement » : ratio dynamique variable en fonction des paramètres
climatiques et du produit, avec une moyenne sur la durée de contact produit /
lixiviant, pour :
- les dalles en béton, de 0,083 cm3·cm ·h-1 ;
- les dalles en bois, de 0,073 cm ·cm ·h-1 ;
- les gouttières en zinc, de 0,074 cm3·cm-2·h
iv) sous-scénario « stagnation » : ratio dynamique variable en fonction des paramètres
climatiques et du produit, avec une moyenne sur la durée de contact produit / lixiviant,
pour :
- les dalles en béton, de 0,0035 cm3·cm-2·h-1 ;
- les dalles en bois, de 0,0030 cm3·cm-2·h-1 ;
- les gouttières en zinc, de 0,0039 cm3·cm-2·h-1.
différentes espèces et ils sont difficilement intégrables simultanément dans des essais
elle laboratoire, afin de rendre pertinentes les corrélations directes laboratoire /
dèles d’émission de substances, capables de prendre en compte les facteurs qui ont le
’influence sur le comportement à la lixiviation,
xposition des produits.
III. Résultats et interprétations
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
172
III.4
Dans c
sont :
- les
- les
- les
CONCLUSION SUR LES RESULTATS EXPERIMENTAUX
ette étude, les produits et les espèces suivies lors de différents essais de lixiviation
dalles en béton : Al, B, Ca, Cr, Cu, K, Na, Si, Zn, Cl-, SO4- -, COD
dalles en bois : B, Ca, Cu, K, Zn, Cl-, SO4- -, COD
gouttières en zinc : Zn
Les expérimentations ont été conduites à l’échelle laboratoire et à l’échelle pilote.
En laboratoire, le comportement en conditions statiques (à l’équilibre) a été caractérisé à
travers l’étude de l’influence du pH, du ratio L/S (L/kg) et de la température, sur le relargage
des substances cibles. En conditions dynamiques, les paramètres qui ont permis l’étude du
comportement au relargage sont le mode de renouvellement de lixiviant (séquentiel ou en
continu), le ratio statique L/A (cm3/cm2) et l’altération des produits testés. Une
hiérarchisation qualitative des paramètres d’influence dans les deux types de conditions
d’expérimentation a été réalisée. Dans les conditions statiques mises en œuvre dans cette
étude, pour les dalles en béton et en bois, l’influence du pH est plus importante que
l’influence du ratio L/S (L/kg) qui elle-même est plus importante que l’influence de la
température. Pour les gouttières en zinc, l’influence de la température est plus importante que
celle du ratio L/S. Les conditions dynamiques mises en œuvre dans cette étude ont mis en
évi c qui a la plus forte influence sur le den e que c’est le mode de renouvellement
com s gouttières en zinc, tandis que pour les dalles en bois, portement des dalles en béton et de
c’est l’altération du produit qui a l’impact le plus important. Les expérimentations à l’échelle
laboratoire ont également mis en évidence la forte hétérogénéité du bois traité (qui conduit à
une r fo te variabilité des résultats) et la meilleure adéquation du renouvellement en continu de
lixivian de relargage. t (essai CMLT) pour la caractérisation de la dynamique
A l’échelle pilote, les expérimentations ont été conduites sur une année et de manière à
représenter un scénario « exposition horizontale » avec deux sous-scénarios :
« ruissellement » et « stagnation ». Pour les trois produits testés, le sous-scénario
« stagnation » conduit à un relargage plus important et les évolutions en échelle logarithmique
des masses relarguées en fonction de la durée d’exposition suivent de courbes de tendance de
pente supérieure à 0,5. Le type de produit (géométrie, porosité et caractéristiques de surface,
III. Résultats et interprétations
ANC/BNC, composition etc.) et les conditions d’exposition se sont révélés déterminants sur
les résultats obtenus, en terme de bilan hydrique, de temps de contact produit/lixiviant et de
caractéristiques de lixiviats. Les dalles en béton conduisent à des lixiviats alcalins (pH entre 8
et 10 en sous-scénario « ruissellement » et variation du pH de 12 à 9 sur une année
d’exposition en « stagnation ») tandis que dans le cas des dalles en bois et des gouttières en
zinc, le pH reste au voisinage de la neutralité. Une diminution du relargage est observée pour
les dalles en béton et en bois, au delà de 50 et 150 jours d’exposition, respectivement
(concentrations dans les éluats proches de celles de l’eau de pluie). Pour les gouttières en zinc
le relargage est quasiment constant sur la durée de l’essai. Par rapport au contenu total en
espèces suivies, exception faite des espèces très solubles (Na, K, Cl-), un faible relargage est
observé pour les dalles en béton (e.g. pour Zn : 0,33 % en sous-scénario « ruissellement » et
0,47 % en sous-scénario « stagnation »). Les dalles en bois conduisent à un relargage
important des espèces suivies (e.g. pour B et Zn : 38 % et 70 % en sous-scénario
« ruissellement » et supérieur au contenu « total », en sous-scénario « stagnation »). Pour les
gouttières en zinc les quantités relarguées correspondent à 0,08 % du contenu total (1,8
g/m2/an) en sous-scénario « ruissellement » et 0,29 % (6,7 g/m2/an) en sous-scénario
« stagnation ».
La comparaison des résultats aux deux échelles d’expérimentation montre qu’une
extrapolation directe des résultats obtenus à l’échelle laboratoire, afin de décrire le
comportement à la lixiviation en conditions naturelles d’exposition (échelle pilote, dans
cette étude) n’est pas pertinente. Une solution peut être l’utilisation des résultats obtenus à
l’échelle laboratoire pour développer des modèles d’émission de substances qui
permettraient de simuler le comportement à l’échelle pilote et par extension à grande échelle.
Dans le chapitre suivant un tel modèle sera développé pour le cas des dalles en béton en
scénario « exposition horizontale » à l’eau météorique.
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
173
IV. MODELISATION D’EMISSION DE SUBSTANCES DANS L’EAU : CAS DES DALLES
EN BETON
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
175
sion
r ontale » à l’eau météorique (le
C s travaux ont
des
roches sont possibles pour la mise au point d’un modèle d’émission de substances :
n compte les
écanismes contrôlant cette relation et 2) l’approche mécaniste : établir une relation entre les
appel à des données thermodynamiques, cinétiques (disponibles dans des bases de données) et
., 2004]. Dans cette étude, le logiciel PHREEQC Interactive RC1
(v.2.5.0.2021) [Parkhurst and Appelo, 1999] a été utilisé pour le développement et la
Livermore National
aboratory (LLNL) version 8.06, enrichie par des données supplémentaires de la littérature
[Stronach & Glasser, 1997]. Des travaux précédant cette étude [ADEME, 2005; Halim
005 ; Ettler et al., 2005; Tiruta-Barna et al., 2006] ont validé l’efficacité du logiciel pour ce
’application.
Ap des
le m
Dans ce chapitre sont présentés le développement et la validation d’un modèle d’émis
pou le cas des dalles en béton en scénario d’« exposition horiz
scénario étudié expérimentalement à l’échelle pilote cf. § II.2.2 et § III.2.1). e
été effectués en collaboration avec le professeur Ligia Tiruta - Barna, qui a mené
na et al., 2000 ; 2001 ; 2005 ;recherches similaires sur d’autres cas d’applications [Tiruta-Bar
2006 ; ADEME, 2005].
IV éveloppement du modèle .1 D
Deux app
1) l’approche empirique : établir une relation entre les paramètres d’entrée et de sortie du
modèle, à partir des résultats obtenus expérimentalement sans prendre e
m
paramètres d’entrée et de sortie du modèle, à partir des lois (représentées par des équations
mathématiques) qui décrivent les mécanismes contrôlant les phénomènes. Cette approche fait
de transfert de matière, à des outils de résolution des équations décrivant les mécanismes ainsi
qu’aux résultats expérimentaux. Les phénomènes chimiques et de transport sont donc pris en
compte dans le modèle d’émission (modèle couplé chimie – transport). La deuxième approche
a été utilisée dans notre étude, en se basant sur sa meilleure robustesse [Park et Batchelor,
2002 ; Mijno et al
résolution du modèle, en couplage avec la base de données Lawrence
L
et al.,
2
type d
rès u e cription du système à modéli er, le n s modèle chimique, le modèle de transport et
odèle couplé chimie – transport sont présentés ci-après.
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
176
transfert de masse à l’interface solide / liquide (m·s ) ique d’échange solide / liquide (m2· m-3)
α = constante de l’équilibre thermodynamique dans lequel est impliquée l’espèce α
espèce α, dans l’éluat (mol · m-3)* L
2 -3
Q V Cα
l
Le ’exposition peut être divisé en deux sous-systèmes :
IV.1.1 Description du système à modéliser
Le système dalle en béton / conditions d’exposition est représenté schématiquement dans la Figure IV.1.
Figure IV.1 Schéma du système à modéliser
Cα
pores = concentration en espèce α, sous forme mobile (dissoute) dans l’eau des pores (mol · m-3)* 19
Sαpores = concentration en espèce α, sous forme immobile dans l’eau de pores (mol · m-3)*
kcα = constante cinétique de dissolution, pour l’espèce α (s-1) Cα
sat_pores = concentration à la saturation en espèce α, dans l’eau des pores (mol · m-3)* De = coefficient de diffusion effectif (m2 ·s-1) ; ε = la porosité ouverte à l’eau, % kSL = coefficient de -1
aSL = surface spécif
z = 0
Cαlixiviant
Eluat / Lixiviat Cα
éluat(t) ↔ Sαéluat(t)
Cαsat_éluat, Kα, kcα
Produit Cα
pores(z, t) ↔ Sαpores(z, t)
Cαsat_pores, Kα, kcα
Air CO2 (PCO2 = 3,5·10 bar) O
-4
2 (PO2 = 2,1·10 bar) -1
VCα
éluat(t) z = héquivalente
kSL
Q Q
De
aSL
aGL
ε
kGL
KCα
éluat = concentration en espèce α, sous forme mobile dans l’éluat (mol · m-3)* Sα
éluat = concentration en espèce α, sous forme immobile dans l’éluat (mol · m-3)* Cα
sat_éluat = concentration à la saturation enaG = surface spécifique d’échange gaz / liquide (m · m ) kGL = coefficient de transfert à l’interface gaz / liquide (m2,5·mol0,5·s-1)
= débit d’entrée/sortie du lixiviant/éluat dans le/du réacteur (m3 · s-1) = volume d’éluat dans le réacteur (m3)
ixiviant = concentration en espèce α dans le lixiviant (mol · m-3)*
système dalle en béton /conditions d
I) un sous-système caractérisé par les phénomènes ayant lieu dans l’eau des pores de la
matrice poreuse : initialement, l’espèce α se trouve dans la matrice poreuse (le produit)
19 *Les concentrations de l’espèce α dans l’eau des pores sont exprimées en moles d’espèce α / m3 d’eau des pores ; dans l’éluat sont exprimées en moles d’espèce α / m3 d’éluat et dans le lixiviant, en moles d’espèce α / m3 de lixiviant.
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
177
mobile (dissoute) dans l’eau des pores (à une
tion (Cαsat). Cela est la description du système avant le contact
II)
sous forme immobile dans une phase solide, (à une concentration Sαpores(z, t), variable
dans le temps et dans l’espace) et sous forme
concentration Cαpores(z, t), variable dans le temps et dans l’espace). Après un certain
temps, l’équilibre thermodynamique entre les deux formes (immobile et mobile) est
supposé atteint et la concentration de l’espèce α sous forme mobile correspond à la
concentration à la satura
avec un lixiviant. Dès que le produit est mis en contact avec un lixiviant (qui peut contenir
l’espèce α à une concentration Cαlixiviant), l’équilibre est perturbé. Des réactions chimiques
et des phénomènes de transport de substance ont lieu afin de rétablir l’équilibre. Les
réactions chimiques ont lieu avec une cinétique décrite par la constante kcα (cinétique
rapide ou lente). Le transport de l’espèce α dans le produit est supposé se faire
essentiellement par diffusion. La diffusion a lieu selon le gradient de concentration, d’une
zone plus concentrée (l’eau des pores) vers une zone moins concentrée (l’éluat) avec un
coefficient de diffusion effectif De.
un sous-système caractérisé par les phénomènes ayant lieu dans l’éluat (ou lixiviat) :
l’espèce α est transférée à l’interface produit/éluat (interface caractérisée par la surface
spécifique d’échange, aSL) avec une vitesse décrite par le coefficient de transfert kSL.
L’accumulation de l’espèce α dans l’éluat est contrôlée par 1) le flux de substance
(diffusion) provenant du produit (de l’eau de pores), 2) la dissolution de la surface du
produit en contact avec l’éluat, 3) le phénomène de convection généré par le débit Q du
lixiviant/éluat, 4) les réactions de précipitation/dissolution ayant lieu dans l’éluat
(réactions décrites par Kα et kcα) et 5) l’interaction possible avec une phase gazeuse.
L’éluat étant en contact avec l’air, un équilibre s’établit entre la forme gazeuse et celle
dissoute des composants de l’air. Pour un produit qui génère un éluat alcalin (comme c’est
le cas des dalles en béton) le dioxyde de carbone peut avoir un impact important sur le
relargage (phénomène de carbonatation) [Thiéry, 2005]. En fonction de la nature de
l’espèce α, l’oxygène également peut avoir un impact important sur son relargage
(réactions d’oxydoréduction). La présence de ces gaz doit donc être prise en compte. Le
transfert à l’interface gaz / liquide (caractérisée par la surface spécifique d’échange, aGL )
est décrit par le coefficient kGL. Dans l’éluat, la concentration en espèce α évolue donc
dans le temps. Sous forme dissoute elle est égale à Cαéluat(t) et sous forme immobile à
Sαéluat(t).
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
178
Pou
199
r pouvoir modéliser un système aussi complexe, des études précédentes [Barna et al.,
7, Sanchez et al., 1999, Tiruta-Barna et al., 2001] ont montré que certaines hypothèses
simplificatrices sont nécessaires :
1) les dalles en béton sont des milieux poreux dont la matrice est considérée homogène,
saturée en eau et non évolutive dans le temps (porosité, surface apparente et
microstructure constantes) ;
2) le passage du cas réel tridimensionnel au modèle monodimensionnel se fait en
considérant que le produit est lixivié par une seule face de surface équivalente à la
surface réelle de contact (Aéchantillon). Cela se traduit par la définition d’un paramètre
appelé « hauteur équivalente » (héquivalente) calculé d’après la relation suivante [Barna,
1994] : héquivalente = Véchantillon/Aéchantillon (formule dérivant de la condition aux limites
de l’équation de diffusion (cf. éq. (IV.8)) ;
3) l’équilibre local dans l’eau des pores : la cinétique des réactions dans la matrice est
considérée comme rapide (dissolution/précipitation, neutralisation acido-basique, etc.)
et le solide en permanence à l’équilibre avec l’eau des pores (étape non-limitante).
Cette hypothèse est justifiée par le fait que le transport de matière par diffusion est très
lent et qu’il n’y a pas de réelle compétition avec la cinétique chimique ;
4) les espèces dont la solubilité est indépendante du contexte chimique (le sodium, le
potassium et les chlorures) sont considérées entièrement dissoutes dans l’eau des pores
à t=0 ;
5) les espèces dont la solubilité est dépendante du contexte chimique (l’aluminium, le
calcium, le chrome, le cuivre, le silicium, le zinc et les sulfates) sont considérées sous
forme immobile à t=0 ;
6) certains facteurs d’influence ne sont pas pris en com
constante, la matière organique n’est pas considérée.
pte : la température est considérée
7) les paramètres physiques ud matériau ont été considérés constants (porosité,
coefficient de diffusion) pendant la durée de l’essai. Cette hypothèse simplificatrice
est imposée par l’impossibilité de faire varier le coefficient de diffusion dans
PHREEQC.
8) à l’interface solide/liquide, le transfert des espèces est considéré rapide comparé au
transport interne dans la matrice, donc le phénomène est considéré comme non-
limitant (kSL grand) ;
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
179
au flux de matière sortant du matériau par un
matrice cimentaire tels que Ca et Si [Tiruta-Barna et al, 2005]. Afin de prendre en
compte la dissolution d nomène d’équilibre dans les
conditions des essais de lixiviation, un modèle cinétique
9) la surface du bloc est en contact avec un milieu agressif et se dissout progressivement.
Le flux de dissolution s’ajoute
mécanisme de diffusion et est même préponderant pour les constituants majeurs de la
e la surface qui n’est pas un phé
de dissolution des CSH et de
s le modèle d’émission.
un compartiment (réacteur)
la portlandite a été introduit dan
10) l’éluat est considéré comme parfaitement agité
(composition homogène).
IV.1.2 Modèle chimique
Le modèle chimique consiste en un assemblage des phases minéralogiques et des réactions
chimiques se produisant lors du contact du produ
essais expérimentaux et à l’aide du logiciel
LLNL, il est possible de proposer un assemblage des phases susceptibles de contrôler le
relargage des espèces.
it avec l’eau. A partir des données issues des
PHREEQC en couplage avec la base de données
- la loi d'action de masse caractéristique à chaque type d'équilibre (acido-basique,
la loi de conserv spèces ;
- l'électroneutralit
odèle d'activité de Debye-Huckel pour les espèces se trouvant sous forme
dissoute ;
odèle de Dzomb tions de complexation de surface sur les
solides hydroxylés tels que les oxy-hydroxydes de fer ;
la loi de Henry pour les espèces se trouvant sous forme gazeuse.
Le système d'équations algébriques implémentées dans le logiciel de simulation PHREEQC a
variables les concentrations des espèces
et les quantit
Le modèle chimique est basé sur :
dissolution/précipitation etc.) ;
- ation de masse des e
é du système ;
- le m
- le m ack et Morel pour les réac
-
comme en solution intervenant dans les réactions
chimiques és de phases solides.
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
180
s considéré les espèces majoritaires (qui déterminent les
propriétés chimiques de la solution des pores), tels que l’aluminium, le calcium, le silicium, le
, le potassium, les chlorures et les sulfates et d'autre part les espèces qui se trouvent en
ibles quantités (e le cuivre, le chrome et le zinc. A ces espèces on
ajoute comme paramètres d’entrée dans le modèle, l’oxygène et le dioxyde de carbone dissous
xiviant. Pour 25°C, la concentration gène à l’équilibre
avec la pression atmosphérique est de 8,8 mg/L d'O2 à saturation [OIEAU, 2007]. Dans le
modèle chimique, la co s l’éluat s a donc prise en compte
avec une valeur de 2,7 n en dioxyde de arbone gazeux dissous
dans le lixiviat peut être à l’équilibre avec la pression atmosphérique (PCO2 = 3,5·10-4 bar) ou
inférieure selon la dyna rption et le temps de contact (cf. § IV.1.4).
Modèle de tran
l dans le cas d’un monolithe poreux
e de mécanisme est basée ème
l’échelle laboratoire, le débit et le volume de lixiviant/éluat sont
imposés et donc connus. La porosité ouverte à l’eau a été déterminée expérimentalement (cf.
SL échantillon échantillon étrique de l’échantillon testé en
s le cas des espèces fortement solubles et
dont le comportement est indépendant du contexte chimique [Barna, 1994].
IV.1.4 Modèle d’émission (couplage chimie – transport)
Le modèle couplé chimie-transport prend en compte les phénomènes physico-chimiques ainsi
que les phénomènes de transport et permet de modéliser l'évolution des concentrations et les
transformations des phases solides au cours du temps. Les constituants du modèle couplé
Les espèce es sont d'une part
sodium
très fa spèces traces), tels que
dans le li une solution diluée, à en oxy
ncentration en oxygène dissous dan er
5·10 mol/L La concentratio-4 . c
mique d’abso
IV.1.3 sport
La diffusion est le mécanisme de transport principa
comme c’est le cas pour les dalles en béton. La description de ce typ
sur la 2 loi de Fick (cf. § I.4.1). Dans le cas ou le débit d’entrée/sortie est non-nul (e.g. le
cas de l’essai CMLT et des essais à l’échelle pilote), au transport par diffusion s’ajoute le
transport par convection (cf. § IV.1.4).
Les principaux paramètres physiques qui quantifient les processus de transport sont : le
coefficient de diffusion des espèces (Da), la porosité ouverte à l’eau du matériau (ε), la
hauteur équivalente (héquivalente), la surface d’échange de l’échantillon testé (aSL), le débit (Q)
et le volume d’éluat (V). A
§ II.2.1.1.4 et § III.1.1.1). La surface d’échange de l’échantillon testé est calculée avec la
relation : a = (A ·ε) / V (A = surface géom
contact avec l’éluat). Le coefficient de diffusion a été déterminé par ajustement des résultats
simulés aux résultats des essais dynamiques, dan
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
181
chimie – transport sont les équations qui décrivent les phénomènes ayant lieu, les conditions
initiales et les conditions limites considérées.
Equations du modèle
Le bilan matière conduit aux équations régissant l’évolution de la concentration d’une espèce
en fonction du temps.
- dans l’eau des pores :
(IV.1)
(IV.2)
(IV.3
- dans l’éluat :
(IV.4)
(IV.5)
Conditions initiales
) ⎪⎩ ∂t⎪
⎪⎪⎨
⎧
=∂
→
−⋅=∂
∂→>=>
∂−
∂∂⋅=
∂
∂∑=
0onsin
)110(00
,
,_,,
1
,2
2
S
kt
SCCetSsiouSsi
tdS
zC
Dt
C
poresn
ISporesc
poresnporessatporespores
npores
n
N
n
poresn
pores
a
pores
α
αα
αααα
ααα
),(
)()(
int1
,int
thCCdt
dSCC
VQCCka
tC
equivalentporeserface
N
n
éluatnlixiviantéluatéluaterface
SLSL
éluat
αα
ααααα
α
=
−−⋅−−⋅⋅=∂
∂ ∑=
(IV.6)
(IV.7)
Conditions aux limites
(IV.8)
)
ù,
tion en espèce α, sous forme immobile (phase n) dans l’eau des pores
kcα = constante cinétique de dissolution, pour l’espèce α (s-1) Cα
sat_pores = concentration à la saturation en espèce α, dans l’eau des pores (mol · m-3)
lixiviantéluatlixiviantéluat
poresn
poresn
poresporeséquivalent
SSetCCéluatlpourtà
SSetCChzpourtà
αααα
αααα
==→=
==→≤≤=
'0
00 0,,
0
)( int éluaterfacetaéquivalent CCk
zDhz αα
αε −⋅=∂
⋅⋅−→=
00
pores
pores
Cà
zC
zà α
∂
=∂
∂→=
(IV.9
o
Cαpores = concentration en espèce α, sous forme mobile (dissoute) dans l’eau des pores (mol ·
m-3) Sα,n
pores = concentra(mol · m-3)
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
182
)( )(22 éluat
aqCOH
COGLab C
Kp
kF −⋅=
Da = coefficient de diffusion apparent (m ·s ) ; = indice de saturation de l
IS a solution (adimensionnel) kSL e masse à l’interface solide / liquide (m·s-1)
éluat
aGL m2 · m-3) 2,5 0,5 -1
V Cα
lixiviant l · m ) Cα
p pores (mol · -3
Dans un milieu alcalin comme c’est le cas de l’éluat/lixiviat obtenu par la lixiviation des
dalles en béton, le dioxyde de carbone réagit avec l’ion hydroxyle selon la réaction :
2(aq)- = HCO3
-
., 2001] pour la modélisation du comportement à la lixiviation
e matériaux à base de ciment en présence de dioxyde de carbone. On considère ici le flux
d’absorption :
(IV.10)
Ainsi, l’équation de bilan global pour α = Carbone (C), s’écrit :
(IV.11)
où,
C = carbone inorganique total (CO2, HCO3-, CO3
--) Fab = flux d’absorption (mol· m-2· s-1) aGL = la surface spécifique d’échange gaz / liquide (m2·m-3) kGL = le coefficient de transfert à l’interface gaz / liquide (m·s-1) PCO2 = la pression partielle du CO2 dans l’air (bar) KH = la constante de Henry CCO2(aq) = la concentration en CO2 dissous dans l’éluat (mol·m-3)
nécessaire pour la simulation du système étudié, en sachant qu’il a été développé
2 -1
= coefficient de transfert daSL = surface spécifique d’échange solide / liquide (m · m )
-3
2 -3
Cα = concentration en espèce α, sous forme mobile dans l’éluat (mol · m ) Sα,n
éluat = concentration en espèce α, sous forme immobile (phase n) dans l’éluat (mol · m-3) = surface spécifique d’échange gaz / liquide (
kGL = coefficient de transfert à l’interface gaz / liquide (m ·mol ·s ) Q = débit d’entrée/sortie du lixiviant/éluat dans le/du réacteur (m3 · s-1)
= volume d’éluat dans le réacteur (m3) = concentration en espèce α dans le lixiviant (à l’entrée du système)(mo -3
ores 0 = concentration initiale de l’espèce α, sous forme dissoute dans l’eau desm )
pores 0 Sα,n = concentration initiale de l’espèce α, sous forme immobile (phase n) dans l’eau des pores (mol · m-3) N = nombre de phases dans lesquelles l’espèce α peut se trouver
CO +OH
et son flux d’absorption est dépendant du pH de la solution conformément à la théorie
développée par Danckwerts [Villermaux, 1995]. Ce modèle d’absorption/réaction a été utilisé
auparavant [Tiruta-Barna et al
d
abGL
N
n
éluatnClixiviant
CéluatC
éluatC
erfaceCSLSL
éluatC
Fadt
dSCC
VQCCka
tC
⋅+
+−−⋅−−⋅⋅=∂
∂ ∑=1
,int )()(
Le logiciel PHREEQC dans son code de base comprend une partie de ce modèle
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
183
notamment pour la modélisation des systèmes à l’équilibre et pour ceux assimilés aux
colonnes de percolation [Parkhurst and Appelo, 1999]. En effet, la partie implémentée
(dans le module « Transport »∗) est équivalente à l’équation (IV.1), avec comme
conditions aux limites possibles : flux nul, flux constant, ou concentration à l’interface
constante. Les phénomènes de diffusion dans l’eau des pores ont pu être modélisés à
l’aide de ce module (option « Transport-diffusion-only »*). Par contre, le logiciel ne
permet pas de modéliser directement l’éluat et l’interface monolithe / éluat. Comme il a
été proposé lors d’une étude précédente [ADEME, 2005], le modèle de l’éluat a donc dû
être greffé sur le modèle de diffusion existant, par programmation des différents flux (cf.
éq. (IV.4 et (IV.11). Pour cela, l’éluat a été considéré comme une « Stagnant zone »*
(option présente dans le module « Transport »*), les différents flux ont été programmés
à l’aide du module « Kinetics »* et le couplage avec le modèle de diffusion a été réalisé
à la première cellule du maillage spatial de la matrice poreuse. Ainsi, par exemple, pour
l’hydrodynamique du lixiviat a été c milaire à celle d’un réacteur ouvert
parfaitement agité. En l’assimilant à une cinétique du premier ordre (cf. éq. (IV.4)), ce
flux a été explicitement programmé pour chaque espèce présente dans l’éluat, à l’aide du
module « Kinetics »*.
Les méthodes utilisées par PHREEQC pour résoudre les équations représentant le
modèle d’émission sont les suivantes :
- la méthode Newton-Raphson, pour les équations décrivant les équilibres chimiques.
Parmi les méthodes disponibles, celle-ci est réputée comme étant la plus efficace en
terme de résolution de ce type d’équations [van der Lee et al., 2003] ;
- l’algorithme Runge-Kutta, pour les équations décrivant la cinétique des réactions ;
- la méthode des différences finies (schéma explicite), pour la discrétisation des
équations décrivant le transport.
L’approche « opérateur séparé » est utilisée pour le couplage chimie/transport. Cette
ière étape sont résolues les équations décrivant le transport. Les résultats ainsi
pouvoir modéliser le renouvellement en continu dans le cas de l’essai CMLT,
onsid rée sié
approche consiste en la résolution du système d’équations en deux étapes. Dans une
prem
obtenus sont utilisés dans une deuxième étape comme conditions initiales pour résoudre
les équations décrivant le modèle chimique.
∗ D’après la terminologie PHREEQC [Parkhurst and Appelo, 1999]
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
184
La démarche adoptée pour le développement du modèle consiste à comparer de manière
itérative les résultats expérimentaux avec les résultats obtenus par simulation jusqu’à une
concordance satisfaisante. Quatre étapes principales peuvent être identifiées dans le
développement du modèle:
1) La première étape consiste à sélectionner les phases solides dans lesquelles les espèces
suivies peuvent se trouver, en se basant sur l’estimation des phases majeures réalisée par
analyse DRX (cf. § III.1.1.1) et sur les informations obtenues de la littérature. Les phases
CSH (silicates de calcium hydratés) ne figurant pas dans la base de données utilisée, leur
influence a été prise en compte en se basant sur des modèles développés dans la littérature
[Berner, 1992 ; Stronach, 1997]. Ces modèles proposent certaines approximations
nécessaires du fait de la métastabilité, de la composition variable et de la solubilité
incongruente des CSH. Ainsi, trois ratios Ca/Si sont considérés comme représentatifs pour
la gamme de valeurs possibles: 0,8 ; 1,1 et 1,8 et à chacun une solubilité congruente est
attribuée. A l’issue de cette première étape, toutes les phases sélectionnées ne sont pas
forcement les plus réactives lors du contact avec l’eau, dans les conditions simulées.
L’identification des phases susceptibles de contrôler le relargage de chaque espèce suivie
est alors réalisée dans une deuxième étape.
2) L’objectif de la deuxième étape est donc d’identifier et de quantifier les phases
minéralogiques susceptibles de contrôler le relargage. La démarche consiste à essayer de
retrouver par simulation la composition à l'équilibre de l’éluat obtenu dans un premier
temps à pH naturel et ensuite à différentes valeurs de pH, lors de l’essai d’influence du pH
(essai TS 14429, cf. § III.1.2.1.1). Elle est appliquée d’abord aux espèces très solubles et
ensuite à toutes les autres espèces suivies. Des indications sur les phases en équilibre de
dissolution / précipitation sont également obtenues par la détermination des indices de
ans le cas
des métaux susceptibles de précipiter en tant qu’hydroxydes dans les conditions
expérimentales, la phase la plus soluble a été choisie dans la base de données,
saturation (IS) des éluats, calculés par le logiciel selon la formule : IS = log (Πaiνi / Ks) (ai
= activités des espèces participant à la réaction de dissolution / précipitation, νi =
coefficients stœchiométriques, Ks = constante du produit de solubilité, à une température
donnée). Un indice de saturation inférieur à zéro indique que l'eau est sous-saturée par
rapport à la phase minérale, un IS supérieur à zéro indique une sursaturation et un IS égal
à zéro exprime des conditions d'équilibre. Les phases dont l’IS est le plus proche de zéro
sont donc les plus susceptibles de contrôler le relargage [Alpers et al., 1994]. D
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
185
]. La quantification des phases a été réalisée à partir des
résultats expérimentaux obtenus à des valeurs de pH pour lesquelles le relargage des
rès acide, en général). Les phases et les quantités qui
conformément à la règle de priorité de précipitation d’Ostwald [Stumm et Morgan, 1996 ;
Tiruta-Barna et al., 2006]. L’adsorption du chrome sur des sites génériques (notés
AfhOH) correspondant à des oxydes de fer contenus dans la matrice a été prise en compte
dans le modèle [ADEME, 2006
espèces est maximal (pH t
constitueront le modèle chimique sont celles qui simulent le mieux la composition des
éluats obtenus expérimentalement lors de l’essai TS 14429.
3) La troisième étape consiste en l’amélioration et la calibration du modèle proposé à l’issue
des deux premières étapes, par une démarche itérative simulant alternativement l’essai TS
) 14429 et les deux essais dynamiques conduits à l’échelle laboratoire (MBT et CMLT
jusqu’à l’obtention des écarts minimals mesure/modèle. Le modèle chimique calibré sera
donc celui qui simule au mieux les trois types d’essais (TS 14429, MBT et CMLT). Suite
à la non-concordance avec les résultats expérimentaux obtenus en conditions dynamiques,
dans cette troisième étape de développement du modèle d’émission, un modèle cinétique
de dissolution de la surface a été intégré. Le flux de dissolution s’ajoute au flux de matière
sortant du matériau par diffusion et il est prépondérant pour Ca et Si [Tiruta-Barna et al,
2005]. Il s’agit de la cinétique de dissolution des CSH et de la portlandite (constituants
majeurs de la matrice). Pour ces deux phases, le modèle cinétique général implémenté
dans PHREEQC a été utilisé :
)101(0
ISrSL k
MMaR −⋅⋅⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅= (IV.12)
R = vitesse de réaction (mol·m-3·s-1) ; aSL = surface spécifique (m2·m-3) M = quantité de phase dissoute (mol) ; M0 = quantité initiale de la phase dissoute (mol)
-2 -1kr = constante cinétique (mol·m ·s ) ; IS = indice de saturation de solution (adim.)
4) La quatrième étape consiste en l’amélioration et la validation du modèle proposé à l’issue
des étapes précédentes, par simulation des essais à l’échelle pilote, en conditions
l’air et dont l’absorption est dépendante de l’évolution de la
composition du lixiviat (pH basique).
La démarche adoptée pour le développement du modèle est schématisée dans la Figure IV.2.
naturelles d’exposition. Lors de cette étape, l’effet de la carbonatation sur le relargage a
été intégré dans le modèle en prenant en compte d’une part le dioxyde de carbone sous
forme dissoute dans le lixiviant – eau de pluie, et d’autre part le dioxyde de carbone sous
forme gazeuse dans
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
186
Le m
T u IV.1. Les phas es sont spécifiques à un ma cimentaire
[ 20 2005 2005]. Les phases contenant les espèces
s t c à e m EM . D
calcul des indices de saturation comme spécifié ci-dessus a confirmé leur présence ou la
té d éofor tion. Les quantités des phases ont été calculées par rapport à la fraction
isponible mise en évidence lors de l’essai TS 14429 ou par rapport au contenu total. Le
PHREEQC et BdD LLNL Essais à l’équilibre
(TS 14429)
PHREEQC Essais en conditions dynamiques
(MBT et CMLT)
Modèle chimique Modèle transport Modèle d’émission à l’échelle laboratoire
Figure IV.2 Schéma de la démarche de développement du modèle d’émission
IV.2 Résultats de la modélisation
odèle chimique obtenu suite à la démarche décrite dans le § IV.1, est présenté dans le
ablea es majoritair tériau à matrice
Rethy,
en traces
01 ; ADEME,
égale
; Chahidi Elouazzani,
ont men ommunes ce type d atériaux [AD E, 2005] e plus, le
possibili e n ma
d
coefficient de diffusion effectif identifié est de 6·10-2 m·s-1. Les paramètres d’entrée utilisés
pour la simulation des essais sont regroupés dans les annexes IV.1 et IV.2.
Modèle d’émission à l’échelle laboratoire,
satisfaisant
MODELE D’EMISSION
OUI
OUI
NON
NONConcordance modèle / mesures ?
Concordance modèle / mesures ?
Essais à l’échelle pilote (PILOTE)
Modèle d’émission à l’échelle pilote Modèle transport
NON
NON
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
187
P
Tableau IV.1 Modèle chimique décrivant l’émission des espèces pour le cas des dalles en béton
hases minéralogiques Réaction Quantité, mol phase/kg produit
A Boehmite** Calcite C Csh_gel_1.8* Ettringite Gypse** Portlandite * SiO2(amorphe)** Chalcedony** Ténorite Zincite AfhOH*** Na+
(aq)K+
(aq)Cl-
(aq)
AlOOH + 3H+ = Al+3 + 2H2O (log K 8,58)
2Al+3 + 3CrO4-2 + 6Ca+2 + 38H2O
(log K = 53) Ca1,8SiO3,8·H2O + 3,6H+ + 2H2O = 1,8Ca+2 + 0,8H2O + 2H2O + H4SiO4 (log K = 32,7) Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O + 12H+ = 2Al+3 + 3SO4
-2 + 6Ca+2 + 38H2O (log K= 56,5) CaSO4·2H2O = Ca+2 + SO4
-2 + 2H2O
Ca(OH)2 + 2H+ = Ca+2 + 2H2O (log K = 22,67) SiO2 + 2H2O = H4SiO4(log K = -2,71) SiO2 + 2H2O = H4SiO4(log K = -3,52) CuO + 2H+ = Cu+2 + H2O (log K = 7,62) ZnO + 2H+ = Zn+2 + H2O (log K = 11,14) AfhOH + H+ = AfhOH2
+
(log K = 7,29) AfhOH = AfhO- + H+
(log K = -8,93) AfhOH + CrO4
-2 + H+ = AfhCrO4- + H2O
(log K = 10,85) AfhOH + CrO4
-2 = AfhOHCrO4-2
(log K = 3,9) AfhOH + SO4
-2 = AfhOHSO4-2
(log K = 0,79)
oformation
Néoformation
3·10-5
4·10-1
4·10-2
Néoformation
8·10-1
Néoformation Néoformation 6·10-4
9·10-4
2·10-2
1·10-2
3,8·10-2
3,6·10-3
l(OH)3(amorphe) ** Al(OH)3 + 3H+ = Al+3 + 3H2O (log K = 10,38)
Né
r-Ettringite
CaCO3 = Ca+2 + CO3
-2 (log K = -8,47) Ca6Al2(CrO4)3(OH)12·26H2O + 12H+ =
4
(log K = -4,84)
Espèce Al Ca Cr Cu K Na Si Zn Cl- SO4--
% du contenu total 100,5 100,4 22,3 42,4 92,1 40,9 106,0 62,6 78,9 104,6 *Phases à faible cinétique de dissolution à la surface du matériau **Ces phases se forment lors du contact produit/eau quand les conditions sont favorables ***Sites génériques correspondant à des oxydes de fer contenus dans le produit
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
188
A partir des phases quantifiées par le modèle, pour chaque espèce suivie, la quantité relarguée
a été calculée et rapportée au contenu total (cf. § III.1.1.1). Pour l’aluminium, le calcium, le
silicium et les sulfates la quantité prise en compte dans le modèle représente 100% du contenu
total. Pour les autres espèces, les quantités prises en compte ne sont pas équivalentes au
contenu total mais reste toutefois assez importantes. Ces constats contribuent à la validation
du modèle chimique, complémentaire à la validation par la simulation des essais conduits à
l’échelle pilote (cf. § IV.3)
IV.2.1 Simulation de l’essai à l’équilibre TS 14429
La comparaison des résultats obtenus par simulation de l’essai à l’équilibre aux résultats
expérimentaux est présentée dans la Figure IV.3.
02468
101214
0 2 4 6 8 10 12 14mol H+/kg
pH TS 14429 exp TS 14429 sim
K, mol/L
1,0E-07
1,0E-05
1,0E-03
1,0E-01
2 4 6 8 10 12 14pH
TS 14429 exp TS 14429 sim LD Na, mol/L
1,0E-07
1,0E-05
1,0E-03
1,0E-01
2 4 6 8 10 12 14pH
TS 14429 exp TS 14429 sim LD
Cl-, mol/L
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
2 4 6 8 10 12 14pH
TS 14429 exp TS 14429 sim LD SO4--, mol/L
1,0E-07
1,0E-05
1,0E-03
1,0E-01
2 4 6 8 10 12 14pH
TS 14429 exp TS 14429 sim LD
Figure IV.3 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : l’essai à l’équilibre TS
14429
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
189
Al, mol/L
1,0E-08
1,0E-06
1,0E-04
1,0E-02
1,0E+00
2 4 6 8 10 12 14pH
TS 14429 exp TS 14429 sim LD Ca, mol/L
1,0E-08
1,0E-06
1,0E-04
1,0E-02
1,0E+00
1,0E+02
2 4 6 8 10 12 1pH 4
TS 14429 exp TS 14429 sim LD
Cr, mol/L
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
2 4 6 8 10 12 14pH
TS 14429 exp TS 14429 sim LD Si, mol/L
1,0E-07
1,0E-05
1,0E-03
1,0E-01
2 4 6 8 10 12 14pH
TS 14429 exp TS 14429 sim LD
Cu, mol/L
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
2 4 6 8 10 12 14pH
TS 14429 exp TS 14429 sim LD Zn, mol/L
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
2 4 6 8 10 12 14pH
TS 14429 exp TS 14429 sim LD
Figure IV.3 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : l’essai à l’équilibre TS
14429 - continuation
C
-- en solution est régit par l’ettringite à pH basique et peut précipiter comme gypse à
pH neutre en fonction de la concentration en Ca ;
olution, en fonction du pH, sont en équilibre avec différentes phases
oncernant l’allure des courbes, elles correspondent au comportement typique des phases
cimentaires rencontrées dans des études précédentes [Rethy, 2001 ; ADEME, 2005 ; Chahidi
Elouazzani, 2005] :
- la courbe de neutralisation – spécifique à une matrice cimentaire (présence de portlandite,
CSH, carbonate de calcium) ;
- Na, K, Cl- : concentration relativement importante et indépendante du pH ;
- SO4
- Al, Ca, Si et Cr en s
(cf. tableau IV.1) : ettringite, Cr-ettringite, complexes d’oxydes de fer et portlandite à pH
basique, hydroxydes d’Al, SiO2 amorphe, chalcedony et gypse à pH neutre ;
- Cu, Zn – comportement régit par les oxydes respectifs.
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
190
Compte tenu des incertitudes de mesure engendrées par les faibles concentrations en certaines
espèces (e.g. Al, Cu, Cr) ainsi que des limitations imposées par la non-exhaustivité de la base
de données, une bonne concordance entre les résultats expérimentaux et simulés est observée.
IV.2.2 Simulation des essais dynamiques
La Figure IV.4 représente l’évolution dans le temps du pH et des concentrations mesurées et
simulées des espèces cibles, dans le cas des deux essais dynamiques conduits à l’échelle
laboratoire (MBT et CMLT).
7
8
9
10
11
12
13
0,01 0,1 1 10 100jours
pH MBT exp MBT sim
7
8
9
10
11
12
13
0,01 0,1 1 10 10jours
pH
0
CMLT exp ('moyen') CMLT exp ('ponctuel') CMLT sim
Al, mol/L
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
0,01 0,1 1 10 100jours
1,0E-03
MBT exp MBT sim LD Al, mol/L
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
0,01 0,1 1 10 100jours
CMLT exp ('moy') CMLT exp ('ponct')CMLT sim LD
Ca, mol/L
1,E+00
1,E-08
1,E-06
1,E-04
1,E-02
0,01 0,1 1 10 100jours
MBT exp MBT sim LD Ca, mol/L CMLT exp ('moy') CMLT exp ('ponct')
1,0E-02
1,0E-08
1,0E-06
1,0E-04
0,01 0,1 1 10 100jours
CMLT sim LD
Figure IV.4 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : les deux essais dynamiques
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
K, mol/L
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
1,0E-02
0,01 0,1 1 10 100jours
MBT exp MBT sim LD K, mol/L
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
0,01 0,1 1 10 100jours
CMLT exp ('moy') CMLT exp ('ponct')CMLT sim LD
Na, mol/L
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
0,01 0,1 1 10 100jours
MBT exp MBT sim LD Na, mol/L
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
0,01 0,1 1 10 100jours
CMLT exp ('moy') CMLT exp ('ponct')
CMLT sim LD
Si, mol/L
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
0,01 0,1 1 10 100jours
MBT exp MBT sim LD Si, mol/L
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
0,01 0,1 1 10 100jours
CMLT exp ('moy') CMLT exp ('ponct')
CMLT sim LD
Zn, mol/L
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
0,01 0,1 1 10 100jours
MBT exp MBT sim LD Zn, mol/L
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
0,01 0,1 1 10 100jours
CMLT exp ('moy') CMLT exp ('ponct')CMLT sim LD
Figure IV.4 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : les deux essais dynamiques
- continuation
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
191
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
192
Cl-, mol/L
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-070,01 0,1 1 10 100jours
MBT exp MBT sim LD Cl-, mol/L
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
CMLT exp ('moy') CMLT exp ('ponct')CMLT sim LD
1,0E-070,01 0,1 1 10 100jours
SO4--, mol/L
1,0E-04
1,0E-03
1,0E-05
1,0E-07
1,0E-06
0,01 0,1 1 10 100jours
MBT exp MBT sim LD SO4--, mol/L
1,0E-05
1,0E-04
CMLT exp ('moy') CMLT exp ('ponct')CMLT sim LD
1,0E-07
1,0E-06
0,01 0,1 1 10 100jours Figure IV.4 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : les deux essais dynamiques
- continuation
La Figure IV.4 présente d’une part la confrontation des résultats expérimentaux avec les
(cf. § II.2.1.3.2) sont représentées
obtenues en sortie du systèm
considérées com
ces dernières qui ont été simulées à l’aide du modèle. Toutefois, on constate qu’à des
l’utilisation des concentrations «
dépendant principalem
évidence les conditions variables im
du lixiviant lors de l’essai MBT, contrairem
pH neutre après une étape pendant laquelle le
au fur et à m
Ces perturbations provoquent des phénom
dissolution/précipitation des différentes phases,
résultats simulés et d’autre part le comportement observé lors des deux types d’essais
dynamiques: à renouvellement séquentiel (MBT) et à renouvellement continu (CMLT).
Dans le cas du CMLT, les deux types des concentration déterminées expérimentalement
: les concentrations « moyennes » (CMLTexp(‘moy’))
e et les concentrations « ponctuelles » (CMLTexp(‘ponct’))
me étant équivalentes aux concentrations en sortie de produit. Ce sont
fins de comparaison avec les résultats de simulation (tendance du comportement),
moyennes » peut suffire. Les courbes de pH (qui est
ent de la concentration en Ca, Na et K) obtenues mettent bien en
posées au produit par le renouvellement séquentiel
ent à la continuité enregistrée lors de l’essai
CMLT. En effet, le renouvellement séquentiel implique l’ajout d’eau déminéralisée à un
pH et la composition du lixiviant évoluent
esure qu’il se charge en substances relarguées (voir également § III.1.3.1.1).
ènes physico – chimiques (e.g.
variation du gradient de concentration)
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
rtificiellement induits lors du renouvellement du lixiviant et qui influencent fortement
e, dans le cas du MBT, les valeurs de concentration
orrespondant à la fin des séquences de lixiviation sont dépendantes de la durée des
nte due à un niveau de solubilisation constant (Al, Ca, Si, SO4--) alors que la
n amphotère, diminue à cause d’un niveau de solubilisation de
plus en riau. Cela est dû au
pH des
s simulations des trois essais conduits à l’échelle laboratoire
sont sa ensuite amélioré en
intégra
modèle validé à l’échelle pilote.
IV.3
La vali mission est réalisée par simulation du comportement des produits
n conditions naturelles d’exposition, en prenant en compte les paramètres spécifiques aux
193
deux sous-scénarios d’exposition à l’échelle pilote (cf. § II.2.2 et § III.2.1).
Pour les deux sous-scénarios, contrairement aux conditions d’essai à l’échelle laboratoire :
- les concentrations dans le lixiviant n’ont pas été nulles (eau déminéralisée), mais égales
aux concentrations en espèces dans l’eau de pluie ;
- les phénomènes de carbonatation dus à la présence du dioxyde de carbone atmosphérique
ont été intégrés dans le modèle (influence plus forte qu’à l’échelle laboratoire);
a
le relargage (fortes fluctuations des concentrations dans les éluats). De ce fait,
l’interprétation des courbes de relargage est plus immédiate dans le cas du CMLT, leur
forme étant représentative de la nature des processus chimiques et de transport ayant
lieu dans le système. En revanch
c
séquences et difficile à mettre en rapport avec les typologies de comportement des
différentes espèces [ADEME, 2006].
Dans la Figure IV.4 on observe la diminution en continu de la concentration en espèces
solubles (Na, K, Cl-) dans les éluats obtenus lors du CMLT. Cela est dû à leur
épuisement dans l’eau des pores. Certains espèces présentent une concentration quasi-
consta
co centration en Zn, espèce
plus faible dans l’eau des pores proches de la surface du maté
pores qui diminue lorsque les espèces alcalines sont évacuées (Na, K).
Globalement les résultats de
tisfaisants. Le modèle d’émission à l’échelle laboratoire est
nt les facteurs d’influence à l’échelle pilote. Cela va conduire à l’obtention d’un
Validation du modèle
dation du modèle d’é
e
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
194
mènes engendrés par l’alternance gel / dégel
sont susceptibles de ne pas avoir une influence significative sur le relargage, à cette
- les périodes sans transfert de substances, soit à cause de l’absence d’eau, soit à cause de
son état solide (période de gel) ont été prises en compte dans le calcul des paramètres
d’entrée du modèle. Les périodes de gel ont été considérées comme ayant un impact
uniquement sur la durée du transfert de substances sans influence majeure sur la structure
des produits. Conformément aux résultats de l’essai d’altération des dalles en béton (cf. §
II.2.1.3.3 et § III.1.3.3.1), les éventuels phéno
échelle de temps et pour les températures enregistrés (voir les conditions du scénario dans
le § III.2)
De plus, pour le sous-scénario « stagnation », l’évaporation de l’eau pendant les périodes de
stagnation a également été prise en compte. A part les périodes sans transfert des substances,
deux types de régime hydrique ont été identifiés dans ce sous-scénario :
régime 1s : stagnation et évaporation du lixiviat, pendant les périodes sans pluie ou de
nt dans la bonbonne de récupération pendant les périodes de fortes
pluies. Lors de ce régime hydrique, le transport des substances est fait par diffusion et par
s hydriques a conduit à la discrétisation de la durée d’essai en
5 périodes. Au total, 8 périodes correspondant au régime 1s ont été identifiées et 7 pour les
-
pluie de faible intensité. Dans ces conditions, la diffusion est considérée comme le seul
phénomène de transport des substances. La carbonatation progressive du lixiviat est
également modélisée.
- régime 2s : écouleme
convection.
L’alternance de ces deux régime
1
régimes 2s.
Dans le sous-scénario « ruissellement », deux types de régimes hydriques ont été également
identifiés :
- régime 1r : ruissellement pendant la durée de la pluie. La diffusion interne (dans la
matrice) et la convection (due à l’écoulement d’eau) sont les phénomènes de transport
dans ce sous-scénario. L’estimation de la quantité d’eau en contact avec les produits
pendant la durée de la pluie (le film d’eau) a été réalisée en laboratoire, en mesurant le
volume d’eau qui restait sur la surface des produits après avoir simulé une pluie. Le
protocole a consisté en l’arrosage à 5 reprises des 4 dalles en béton, après les avoir
saturées en eau. Les mêmes dalles initialement exposées à l’échelle pilote ont été
utilisées, afin d’avoir les mêmes caractéristiques de surface. Pour chacune des dalles,
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
195
on de la durée d’essai en
7 périodes : 34 périodes correspondant au régime 1r et 33, pour le régime 2r.
après chaque arrosage, la quantité d’eau qui restait sur sa surface a été égouttée et mesurée
par pesée. La valeur moyenne obtenue est de 0,016 cm3 eau / cm2 surface exposée.
- régime 2r : diffusion interne pendant les périodes sans pluie. Entre deux événements
pluvieux, les produits sont considérés saturés en eau et les phénomènes de diffusion à
l’intérieur de la matrice (migration du cœur vers la surface du produit) ont été pris en
compte dans le modèle d’émission.
L’alternance de ces deux régimes hydriques a conduit à la discrétisati
6
Un bilan de la durée des différents régimes hydriques est présenté dans le Tableau IV.2.
Tableau IV.2 Bilan sur la durée des différents régimes hydriques lors de l’essai à l’échelle pilote Sous -
scénario « Stagnation » « Ruissellement »
sans transfert de substances transfert de substances sans transfert de
substances transfert de substances Régime hydrique sec gel régime 1s régime 2s sec gel régime 1r régime 2r Cumul jours 14 33 310 7 14 33 25 292
% durée totale 4 9 85 2 4 9 7 80
En sous-scénario « stagnation » le temps de contact produit/lixiviant correspond à 87 % de la
durée d’exposition (régime 1s et régime 2s), le régime prépondérant étant le régime 1s
stagnation et évaporation du lixiviant »). En sous-scénario « ruissellement » le temps de («
contact produit/lixiviant correspond à 7 % de la durée d’exposition (régime 1r), le régime
prépondérant étant le régime 2r (« diffusion interne dans la matrice »).
Les paramètres d’entrée utilisés pour la simulation des essais à l’échelle pilote sont présentés
dans l’annexe IV.2. Les résultats de simulation obtenus sont comparés aux résultats
expérimentaux et représentés graphiquement dans la Figure IV.5.
pH
6
8
10
12
10 100 1000jours
Ruiss exp Ruiss sim pH
8
9
10
11
12
10 100 1000jours
Stag exp Stag sim
Figure IV.5 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : l’essai à l’échelle pilote
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU
Thèse, INSA de Lyon, 2007
196
Al, mol/L1,0E-04
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
10 100 1000
1,0E-05
jours
Ruiss exp Ruiss sim LD Al, mol/L
1,0E-03Stag exp Stag sim LD
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
10 100 1000
1,0E-05
1,0E-04
jours Ca, mol/L1,0E-03
1,0E-08
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-07
1,0E-06
10 100 1000jours
Ruiss exp Ruiss sim LD Ca, mol/L1,0E-03
Stag exp Stag sim LD
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
10 100 1000jours Cr, mol/L
1,0E-05
1,0E-08
1,
1,
10 100 1000
0E-07
0E-06
jours
Ruiss exp Ruiss sim LD Cr, mol/L
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-04
10 100 1000
1,0E-06
1,0E-05
jours
Stag exp Stag sim LD
Cu, mol/L
0E-08
-07
0E-06
0E-05
10 100 10001,
1,0E
1,
1,
jours
Ruiss exp Ruiss sim LDCu, mol/L
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
10 100 1000jours
Stag exp Stag sim LD
K,
1,0
1,0
1,0
0
1,0E-02
mol/L
E-06
E-05
E-04
1, E-03
10 100 1000jours
Ruiss exp Ruiss sim LD K, mol/L
1,0E-01
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
1,0E-02
10 100 1000jours
Stag exp Stag sim LD
gure IV.5 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : l’essai à l’échelle pilote - Fi
continuation
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
197
Na, mol/L
1
1
1,
1,
1
1
,0E-0710 100 1000jours
,0E-06
0E-05
0E-04
,0E-03
,0E-02Ruiss exp Ruiss sim LD Na, mol/L Stag exp Stag sim LD
1,0E-03
1,0E-02
1,0E-01
1,0E-04
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-0710 100 1000jours
Si, mol/L
1,0E-04
1,0E-03
1,0E-02
1,0E-0710 100 1000jours
1,0E-06
1,0E-05
Ruiss exp Ruiss sim LD Si, mol/L
1,0E-04
1,0E-03
1,0E-02Stag exp Stag sim LD
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-0710 100 1000jours
Zn, mol/L
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-0910 100 1000jours
1,0E-08
1,0E-07
Ruiss exp Ruiss sim LD Zn, mol/L
1,0E-04
Stag exp Stag sim LD
1,0E-0810 100jours
1,0E-07
1,0E-05
1000
1,0E-06
Cl-, mol/L1,0E-04
1,0E-06
1,0E-05
10 100 1000jours
Ruiss exp Ruiss sim LD Cl-, mol/L
-06
1,0E-03
10 100 10001,0E
1,0E-05
1,0E-04
jours
Stag exp Stag sim LD
SO4--, mol/L
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
1,0E-07
1,0E-06
10 100 1000jours
Ruiss exp Ruiss sim LD SO4--, mol/L
1,0E-04
1,0E-03
1,0E-02
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
10 100 1000jours
Stag exp Stag sim LD
Figure IV.5 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : l’essai à l’échelle pilote -
continuation
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
198
algré la complexité du système étudié (exposition aux conditions naturelles / non-
ontrôlées) et les hypothèses simplificatrices faites, une bonne concordance est observée entre
s résultats expérimentaux et simulés. Les essais conduits à l’échelle laboratoire ont donc
ermis de déterminer les paramètres d’entrée nécessaire pour le développement d’un modèle
’émission applicable à l’échelle pilote après la prise en compte des spécificités du scénario
tudié.
V.4 Conclusion
n modèle d’émission a été développé par couplage d’un modèle chimique et d’un modèle de
ansport. Le logiciel PHREEQC a été utilisé pour la mise au point du modèle et la simulation
es différents essais. Les paramètres d'entrée du modèle sont issus des résultats des essais à
échelle laboratoire. L’essai à l’équilibre TS 14429 est essentiel pour la mise au point du
modèle chimique, notamment pour l’identification des phases (nature et quantité) contrôlant
les émission mise au
point du mo ellement
en continu (CMLT) apparaît comme mieux adapté pour la mise en évidence des mécanismes
contrôlant les émissions, car il permet de s’affranchir des effets liés à la saturation des éluats
et aux variations induits par le renouvellement séquentiel. La validation du modèle a été
réalisée par son application à l’échelle pilote, en prenant en compte les facteurs d’influence
spécifiques à cette échelle. Une bonne concordance entre les résultats simulés et
expérimentaux est obtenue. Ainsi, dans le modèle d’émission, les dalles en béton sont
représentées par un assemblage de 8 phases minéralogiques réactives (calcite, Cr-ettringite,
silicates de calcium hydratés (CSH), ettringite, portlandite, ténorite, zincite et oxydes de fer)
et trois espèces considérées dissoutes dans l’eau des pores (sodium, potassium et chlorures).
Pour l’aluminium, le calcium, le silicium et les sulfates les quantités prises en compte dans le
modèle représentent 100% du contenu total. Pour les autres espèces, les quantités prises en
compte ne sont pas équivalentes au contenu total mais restent toutefois assez importantes. Le
coefficient de diffusion est de 6·10-12 m2·s-1 pour tous les essais (laboratoire et pilote).
Nous pouvons conclure que les essais expérimentaux associés à des outils de
modélisation peuvent renseigner efficacement sur les phénomènes contrôlant les
émissions des espèces contenues dans les dalles en béton. Le logiciel PHREEQC peut
être utilisé, en adaptant ses fonctionnalités, pour simuler le comportement à la
M
c
le
p
d
é
I
U
tr
d
l’
s des substances dans l’eau. Si les deux essais dynamiques visent à la
dèle de transport et le calibrage du modèle d’émission, l’essai à renouv
IV. Modélisation d’émission de substances dans l’eau : cas des dalles en béton
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
199
lixiviation des produits monolithiques en conditions dynamiques d’exposition. Il serait
certainement judicieux de développer un module spécifique et l’inclure dans le logiciel.
i du comportement des produits pour
odifications de la structure du produit (évolution de la nature et de la quantité des
e : « l’impact du produit
À partir du modèle obtenu, la simulation du comportement à plus grande échelle de
emps est envisageable. Toutefois, le suivt
différentes conditions d’exposition et sur plusieurs années serait souhaitable compte
tenu des faibles cinétiques de relargage et de la forte variabilité des conditions
d’exposition. Ce type de modèle pourrait être utilisé également pour le suivi des
m
divers phases minéralogiques) et par des corrélations structure / propriétés contribuer
aux connaissances sur la durabilité du produit (approche dual
sur l’environnement » et « l’impact de l’environnent sur le produit »).
CONCLUSION GENERALE
Conclusion générale
Nicoleta SCHIOPU 201
La caractérisation du comportement à la lixiviation doit devenir partie intégrante de
l’évaluation environnementale et sanitaire des produits de construction en contact avec l’eau.
oduits à étudier et les substances à suivre.
érimentation :
produits étudiés
ilieu
Na, Si, Zn, Cl-, SO4- -,
ue qui impose
ogènes » (Ca, K, Zn, Cl-, SO4- -, COD) ou « exogènes »
’un matériau métallique, non-poreux. Sa résistance
ique comme dans le
La méthodologie de recherche adoptée dans ce travail a permis dans un premier temps
d’identifier et de décrire des scénarios d’exposition des produits de construction en contact
avec l’eau, puis de sélectionner les pr
Un premier objectif de la thèse a été d’évaluer le comportement à la lixiviation des différents
produits de construction constitués de différents types de matrices (poreuse ou non poreuse,
métallique, minérale ou organique), afin d’identifier certaines similitudes et divergences des
produits vis-à-vis du comportement à la lixiviation, dans différentes conditions d’exposition.
Trois produits de construction ont été sélectionnés : les dalles en béton, les dalles en bois
raité et les gouttières en zinc. L’étude a été conduite à deux échelles d’expt
échelle laboratoire (conditions contrôlées) et échelle pilote (conditions naturelles / non -
contrôlées : scénario d’exposition horizontale à l’eau météorique).
Les travaux ont montré que les caractéristiques physico-chimiques des trois
sont différentes et directement liées au matériau dont ils sont constitués :
les dalles en béton sont constituées d’un matériau minéral et poreux qui impose au m-
un pH basique et qui possède une forte capacité de neutralisation acido- basique. Le béton
présente donc une forte résistance aux agressions extérieures vis-à-vis du relargage dans
l’eau. Les espèces suivies sont « endogènes » (Al, B, Ca, Cr, Cu, K,
COD) ;
- les dalles en bois sont constituées d’un matériau poreux et d’origine organiq
au milieu un pH faiblement acide et qui possède une très faible capacité de neutralisation
acido-basique. Il présente donc une faible résistance aux agressions extérieures. Les
espèces suivies sont « end
(provenant du produit de préservation : B, Cu, COD) ;
- les gouttières en zinc sont constituées d
à la lixiviation est due à des phénomènes de passivation conduisant à la formation d’une
patine et on ne peut parler d’une capacité de neutralisation acido-bas
cas des deux autres produits ; son comportement face aux agressions acides consiste en la
dissolution intégrale du zinc constitutif du produit.
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Conclusion générale
Nicoleta SCHIOPU 202
Bien que les caractéristiques physico-chimiques différentes conditionnent le comportement de
évaluer l’effet de chaque paramètre d’influence, dans
ces produits soumis à la lixiviation, le choix méthodologique est de mettre en œuvre les
mêmes essais de caractérisation, afin d’
les mêmes conditions opératoires.
En laboratoire, le comportement à la lixiviation a été étudié en conditions statiques (à
l’équilibre) à travers l’étude de l’influence du pH, du ratio liquide / solide (L/S, L/kg) et de la
température, sur le relargage des espèces suivies. En conditions dynamiques, les paramètres
qui ont permis l’étude du comportement au relargage sont : le mode de renouvellement du
lixiviant (séquentiel ou en continu), le ratio statique liquide / solide (L/A en cm3·cm-2) et
l’altération des produits testés. Une hiérarchisation qualitative des paramètres influents a été
faite :
- pour les dalles en béton :
o en conditions statiques : pH > ratio L/S (L/kg) > température
o en conditions dynamiques : mode de renouvellement > ratio L/A (cm3/cm2) >
altération du produit ;
- pour les dalles en bois :
o en conditions statiques : pH > ratio L/S (L/kg) > température
o en conditions dynamiques : altération du produit ≥ mode de renouvellement > ratio
L/A (cm3/cm2)
- pour les gouttières en zinc :
o en conditions statiques : pH > température > ratio L/S (L/kg)
o en conditions dynamiques : mode de renouvellement ≥ altération du produit > ratio
L/A (cm3/cm2).
A l’échelle pilote, les expérimentations ont été conduites durant une année et de manière à
représenter un scénario d’exposition horizontale, avec deux sous-scénarios : « ruissellement »
et « stagnation ». Pour les trois produits testés, le sous-scénario « stagnation » conduit à un
relargage plus important. Le type de produit (géométrie, porosité et caractéristiques de
surface, ANC/BNC, composition etc.) et les conditions d’exposition se sont révélés
déterminants sur les résultats obtenus, en terme de bilan hydrique, de temps de contact
produit/lixiviant et de caractéristiques des lixiviats. Les dalles en béton conduisent à des
lixiviats alcalins. Dans le cas des dalles en bois et des gouttières en zinc, le pH reste au
voisinage de la neutralité. Par rapport au contenu total en espèces suivies, un faible relargage
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Conclusion générale
Nicoleta SCHIOPU 203
est observé pour les dalles en béton (e.g. 0,33% Zn, en sous - scénario « ruissellement », i.e.
0,014 g·m-2·an-1), tandis que les dalles en bois conduisent à un relargage important des
espèces suivies (e.g. 70% Zn, en sous - scénario « ruissellement », i.e. 0,063 g·m ·an ). Pour -2 -1
les gouttières en zinc le relargage est quasiment constant sur la durée de l’essai et les quantités
de zinc relarguées représentent 1,8 g·m-2·an-1, en sous - scénario « ruissellement » et
6,7 g m an , en sous - scénario « stagnation ». -2 -1
Suite aux résultats obtenus dans les différentes conditions d’exposition des produits,
nous pouvons conclure donc que les caractéristiques physico-chimiques des trois
produits étudiés conditionnent le comportement à la lixiviation, car ils réagissent
différemment aux agressions extérieures et également imposent des conditions effectives
de lixiviation différentes.
Les points à approfondir à ce sujet consisteraient à fiabiliser les données expérimentales
(essais en replicats, analyse statistique…), à évaluer d’autres facteurs d’influence ainsi que à
déterminer le comportement des produits à l’échelle pilote à plus long terme et pour d’autres
conditions d’exposition.
Le deuxième objectif de la thèse a été d’évaluer l’influence de l’évolution du produit sur son
comportement à la lixiviation.
La méthodologie adoptée pour évaluer cette influence a été de comparer le comportement à la
lixiviation dans deux « états d’altération » du produit. L’altération des produits est induite par
différents facteurs d’agression et dépendante du type de matériau. Le choix des facteurs
d’agression a été basé sur la littérature et pour des raisons pratiques limité à un seul type de
contrainte par produit. Les dalles en béton ont été soumis à des cycles gel / dégel, les dalles en
bois à des radiations UV et les gouttières en zinc ont subies des changements d’état de surface
soit en laboratoire (trempage dans de l’acide chlorhydrique), soit en exposition en conditions
naturelles. Le comportement au relargage des produits ainsi altérés a été ensuite déterminé à
l’aide de l’essai dynamique CMLT et comparé avec le comportement des produits de
référence, qui n’ont subi aucune contrainte.
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Conclusion générale
Nicoleta SCHIOPU 204
Les résultats obtenus ont montré que l’altération des produits a un impact plus au moins
important sur le relargage de substance dans l’eau, selon le produit : l’altération des
dalles en bois et des gouttières en zinc a favorisé le relargage, tandis que l’altération des
dalles en béton a eu une faible influence sur le relargage. Nous pouvons conclure que
l’évolution du produit au long de sa vie en œuvre devrait être prise en compte lors de
l’évaluation du comportement à la lixiviation. L’étude de ce paramètre devrait être
adaptée aux spécificités du produit et de ses conditions d’usage.
Sur ce point, plusieurs questions restent à approfondir en perspective de cette thèse : Quelles
sont toutes les sollicitations qui vont entraîner une altération des produits ? Quel protocole
opératoire pour obtenir ces altérations ? Quel est l’impact de ces sollicitations sur le produit :
modifications structurelles et chimiques au sein de la matrice ? Quel est l’impact de ces
altérations sur les émissions dans l’eau du produit ?
Le troisième objectif de ces travaux a été de contribuer à l’étude comparative du
comportement à deux échelles expérimentales : l’échelle laboratoire et l’échelle pilote, afin de
pouvoir répondre à la question « comment extrapoler les résultats obtenus à l’échelle
laboratoire aux conditions de vie en œuvre ? ».
La comparaison des résultats obtenus en conditions contrôlées d’exposition (laboratoire) et en
conditions naturelles (pilote) a montré qu’une extrapolation directe des résultats obtenus à
l’échelle laboratoire, afin de prévoir le relargage à l’échelle pilote, n’est pas pertinente. La
solution envisagée est d’utiliser les résultats expérimentaux pour développer des modèles
d’émissions de substances (modèles couplés chimie – transport). Un tel modèle a été
développé pour le cas des dalles en béton. Le logiciel PHREEQC a été adapté et utilisé. Les
paramètres d'entrée du modèle sont issus des résultats des essais à l’échelle laboratoire.
L’essai à l’équilibre (TS 14429) est essentiel pour la mise au point du modèle chimique,
notamment pour l’indentification des phases (nature et quantité) contrôlant les émissions des
substances dans l’eau. Les deux essais dynamiques permettent la mise au point du modèle de
transport et le calibrage du modèle d’émission. Toutefois, l’essai à renouvellement en continu
(CMLT) apparaît mieux adapté pour l’étude de la dynamique de relargage car il permet
d’éviter les conditions variables imposées au produit par le renouvellement séquentiel du
lixiviant. Le modèle a été amélioré et validé en l’utilisant pour la simulation du comportement
des produits en conditions naturelles / non-contrôlées d’exposition. Une bonne concordance
est obtenue entre les résultats expérimentaux et simulés.
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Conclusion générale
Nicoleta SCHIOPU 205
Ces résultats indiquent que la transposition des résultats à l’échelle laboratoire aux
conditions de vie en œuvre pourrait se faire via un modèle d’émission de substances.
Les perspectives à ce sujet consisteraient dans l’amélioration des résultats du modèle
développé pour les dalles en béton (e.g. par une meilleure connaissance des phénomènes de
relargage, en incluant les facteurs d’influence négligés etc.) et dans le développement des
modèles pour d’autres scénarios (produits / conditions d’exposition), afin de générer des
données sur le comportement à la lixiviation des différents produits de construction.
En conclusion, bien qu’une approche « horizontale » soit un enjeu exprimé au niveau
européen, chaque niveau d’étude nécessaire pour l’évaluation des émissions dans l’eau
des produits de construction devrait être adapté aux spécificités du produit et des
conditions de sa vie en œuvre. Ainsi :
- la caractérisation physico-chimique du produit peut être plus au moins
complexe en fonction du produit et des connaissances déjà disponibles ; il est
évidement nécessaire de considérer les propriétés physico-chimique du (des)
matériau(x) dont est constitué le produit ;
- la caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions statiques (à
l’équilibre) et dynamiques devrait tenir compte notamment du type d’usage afin
d’intégrer les conditions d’exposition ainsi que de l’évolution du produit sous
l’effet de différents facteurs d’agression pendant sa vie en œuvre. Du point de vue
applicabilité des outils utilisés pour l’évaluation du comportement à la lixiviation,
l’essai à renouvellement en continu (CMLT) s’est avéré mieux adapté pour l’étude
de la dynamique de relargage ;
- pour le transfert des données obtenues en laboratoire aux conditions d’un certain
scénario d’exposition, l’étape de modélisation du comportement des produits doit
tenir compte des spécificités du produit et des conditions d’exposition. Les
informations retirées lors de l’étude à l’échelle du laboratoire ne peuvent pas être
extrapolées directement aux conditions naturelles d’exposition mais sont
essentielles pour la modélisation.
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Conclusion générale
Nicoleta SCHIOPU 206
La présente recherche contribue :
- à la compréhension du comportement à la lixiviation des trois types de matrices étudiées
données pourront enrichir les informations contenues dans les fiches de déclaration
pe HQE ;
che intégrée d’évaluation de l’impact des produits de
de l’intégrabilité du
de construction ;
espèces contenues dans les produits de construction peut être obtenue comme nous
tériau constitutif ;
our
(minérale poreuse, organique poreuse et métallique non-poreuse) ;
- à la compréhension des différences et des similitudes entre les différents types de
matrices ;
- à la mise à disposition de données sur le comportement environnemental des trois produits
de construction étudiés (les dalles en béton, les dalles en bois, les gouttières en zinc) ; ces
environnementales et sanitaires des produits de construction (FDES), qui aident au choix
des produits de construction, notamment pour des approches de ty ®
- à la compréhension de la relation entre les résultats obtenus en conditions contrôlées
d’exposition (laboratoire) et en conditions naturelles / non-contrôlées (pilote) ;
- au développement d’une appro
construction sur l’environnement (impact global / impact local) ; cette approche, en
complément des performances techniques, est nécessaire pour juger
produit dans un ouvrage ;
- au développement d’une approche « horizontale » d’évaluation environnementale des
produits
- aux travaux de normalisation du comité technique crée en 2005, CEN/TC 351 «Produits
de construction : Evaluation de l’émission de substances dangereuses».
Les perspectives aujourd’hui ouvertes après cette thèse sont essentiellement de deux ordres :
- scientifique : une meilleure connaissance des phénomènes qui contrôlent le relargage de
l’avons fait pour trois produits particuliers, à condition d’adapter les méthodes aux
spécificités de chaque ma
- méthodologique : l’essai à renouvellement en continu (CMLT) associé au logiciel
PHREEQC pour la simulation et l’interprétation des résultats, est un outil pertinent p
l’évaluation des émissions dans l’eau des produits de construction et dont il faudrait tenir
compte dans le cadre des travaux normatifs du CEN/TC 351.
Thèse, INSA de Lyon, 2007
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Références bibliographiques
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
208
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Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
225
ANNEXES
Liste des annexes ANNEXE I.1 EXEMPLES D’ESSAIS DE LIXIVIATION.................................................................................. 228
ANNEXE I.2 STRUCTURE DU BOIS .................................................................................................................. 229
ANNEXE II.1 TECHNIQUES D’ANALYSE........................................................................................................ 230
ANNEXE II.2 DIFFRACTOGRAMMES DES DALLES EN BETON............................................................... 233
ANNEXE III.1 LES RESULTATS DE L’ESSAI TS 14429 (DALLES EN BETON) ........................................ 237
ANNEXE III.2 LES RESULTATS DE L’ESSAI TS 14429 (DALLES EN BOIS)............................................. 238
ANNEXE III.3 LES RESULTATS DE L’ESSAI TS 14429 (GOUTTIERES EN ZINC).................................. 239
ANNEXE III.4 LES RESULTATS DE L’ESSAI « CINETIQUE » (DALLES EN BETON) ........................... 240
ANNEXE III.5 LES RESULTATS DE L’ESSAI « CINETIQUE » (DALLES EN BOIS)................................ 242
ANNEXE III.6 LES RESULTATS DE L’ESSAI « CINETIQUE » (GOUTTIERES EN ZINC) ..................... 243
ANNEXE III.7 LES RESULTATS DE L’ESSAI « TEMPERATURE » (DALLES EN BETON) ................... 244
ANNEXE III.8 LES RESULTATS DE L’ESSAI « TEMPERATURE » (DALLES EN BOIS)........................ 245
ANNEXE III.9 LES RESULTATS DE L’ESSAI « TEMPERATURE » (GOUTTIERES EN ZINC)............. 24
S » (DALLES EN BETON) ............................ 247
ANNEXE III.11 LES RESULTATS DE L’ESSAI « RATIO L/S » (DALLES EN BOIS)................................. 248
XE III.12 LES RESULTATS DE L’ESSAI « RATIO L/S » (GOUTTIERES EN ZINC)...................... 249
XE III.13 LES RESULTATS DE L’ESSAI CMLT (DALLES EN BETON) .......................................... 250
NNEXE III.14 LES RESULTATS DE L’ESSAI CMLT (DALLES EN BOIS)............................................... 251
NNEXE III.15 LES RESULTATS DE L’ESSAI CMLT (GOUTTIERES EN ZINC).................................... 252
NNEXE III.16 LES RESULTATS DE L’ESSAI MBT (DALLES EN BETON) ............................................. 253
ANNEXE III.17 LES RESULTATS DE L’ESSAI MBT (DALLES EN BOIS) ................................................. 254
ANNEXE III.18 LES RESULTATS DE L’ESSAI MBT (GOUTTIERES EN ZINC)....................................... 255
ANNEXE III.19 LES RESULTATS DE L’ESSAI « CMLTV » (DALLES EN BETON) .................................. 256
ANNEXE III.20 LES RESULTATS DE L’ESSAI « CMLTV » (DALLES EN BOIS)....................................... 257
ANNEXE III.21 LES RESULTATS DE L’ESSAI « CMLTV » (GOUTTIERES EN ZINC) ............................ 259
ANNEXE III.22 LES RESULTATS DE L’ESSAI « PILOTE » (TEMOIN)...................................................... 260
ANNEXE III.23 LES RESULTATS DE L’ESSAI « PILOTE - RUISSELLEMENT » (DALLES EN BETON)................................................................................................................................................................................... 262
ANNEXE III.24 LES RESULTATS DE L’ESSAI « PILOTE - STAGNATION » (DALLES EN BETON) ... 264
ANNEXE III.25 LES RESULTATS DE L’ESSAI « PILOTE - RUISSELLEMENT » (DALLES EN BOIS) 268
ANNEXE III.26 LES RESULTATS DE L’ESSAI « PILOTE - STAGNATION » (DALLES EN BOIS)........ 270
ANNEXE III.27 LES RESULTATS DE L’ESSAI « PILOTE - RUISSELLEMENT » (GOUTTIERES EN ZINC) ........................................................................................................................................................................ 274
ANNEXE III.28 LES RESULTATS DE L’ESSAI « PILOTE - STAGNATION » (GOUTTIERES EN ZINC)................................................................................................................................................................................... 275
ANNEXE IV.1 LES PARAMETRES D’ENTREE UTILISES POUR LA SIMULATION DES ESSAIS A L’ECHELLE LABORATOIRE ............................................................................................................................. 277
ANNEXE IV.2 LES PARAMETRES D’ENTREE UTILISES POUR LA SIMULATION DES ESSAIS A L’ECHELLE PILOTE ............................................................................................................................................ 278
6
ANNEXE III.10 LES RESULTATS DE L’ESSAI « RATIO L/
ANNE
ANNE
A
A
A
ANNEXE I.1
228
nnexe I.1 Exemples d’essais de lixiviation Essai Domaine d’applic Conditions opératoires Résulats
Aation
NF EN 1744-3 2002
Agrégats Echantillon : granulaire Ф < 32 mm, Lixiviant : eau déminéralisée Durée : 24 heures L/S = 10 L/kg ; Agitation : oui
pH, conductivité, concentrations en inorganiques et organiques
XP ENV 1250-2 1995
Bois traité Echantillon : 5 échantillons monolithique par essai 50mm x 25mm x 15mm, Extrémités colmatées Lixiviant : eau déminéralisée, eau de mer synthétique, renouvellement séquentiel ( 1h, 3h, 7h, 15h, 31h, 79h) Durée : 79 heures L/V = ~27 cm3/cm3 ; Agitation : oui
Substances actives utilisées pour la préservation du bois
CEN/TR 15119 2005
Bois traité Echantillon : 5 échantillons monolithique par essai (traités cls. III) 50mm x 25mm x 15mm, Extrémités colmatées Lixiviant : eau déminéralisée, 3 immersions d’1min par jour séparés par au moins 2 jours sans immersion Durée : max. 30 jours (ou jusqu’à régime permanent) A/L = 0,4 cm2/cm3 ; Agitation : non
Substances actives utilisées pour la préservation du bois
XP P 41-250-1 2001
Matériaux organiques en cavec l’eau destinée à la consommation humaine
Echantillon : monolithique préconditionné par rinçage dynamique pendant (60 ± 5) min suivi par un contact de 24 heures avec de l’eau de minéralisation moyenne Lixiviant : eau chlorée ou non chlorée Durée : une ou périodes successives de 24 h. L/A : en fonction du produit ; Agitation : non
odeur, flaveur, conductivité, pH, carbonorganique total et consommation en chlore
ontact e
XP P 41-260-1 2001
Matériaux à base de cimentcontact avec l’eau destinéeconsommation humaine
Echantillon : monolithique préconditionné par contacts successifs de 3 fois (24 ± 1) h, 1 fois (72 ± 1) h puis 1 fois (24 ± 1) h avec de l’eau de minéralisation moyenne Lixiviant : eau chlorée ou non chlorée Durée : une ou périodes successives de 24 h. L/A : en fonction du produit ; Agitation : non
odeur, flaveur, conductivité, pH, alumincalcium, TAC, carbone organique total etconsommation en chlore
en à la
ium,
NEN 7375 2004
Matériaux de construction déchets à l’état monolithiq
Echantillon : monolithique Ф > 40mm ou A > 75cm2 Lixiviant : eau déminéralisée, renouvellement séquentiel (0,25 ; 1 ; 2,25 ; 4 ; 9 ; 16 ; 36 ; 64 jours) Durée : 64 jours L/V : 2V< L<5V ou 50An <L < 200An ; Agitation : non
pH, conductivité, concentrations en inorganiques et COD
et ue
L = volume de lixiviant ; V = volum surface de l’échantillon en contact avec le lixiviant ; An = surface de l’échantillon non-couverte par le lixiviant, S = masse de l’échantillon à l’état sec ; Ф = dia des particules
e de l’échantillon ; A =
mètre
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
ANNEXE I.2
Annexe I.2 Structure du bois
La croissance du bois commence au printemps par la formation de cellules de diamètres gros et
parois fins (bois de printemps ou initial) et s’achève au début de l’automne (bois d’été ou final)
par des cellules de diamètres plus faibles et parois plus épaisses [Govin, 2004]. Au niveau
microscopique la structure des deux types de bois (résineux et feuillus) est différente (Figure 1)
[Thiébaud, 1995 ; Govin, 2004].
1.1 Résineux 1.2 Feuillus
a : trachéide (bois de printemps ou initial) a : fibres
b : trachéide (bois d’été ou final) b : vaisseau
c : canal résinifère c : rayon
d : rayon ligneux d : ponctuation
e : rayon ligneux avec canal résinifère
f : ponctuation
Figure 1. Structure cellulaire (à l’échelle de quelques dizaine de micromètres) du bois
[Thiébaud, 1995 ; Govin, 2004]
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
229
Annexe II.1
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
230
Annexe II.1 Techniques d’analyse
Spectrométrie d’émission atomique à plasma couplé par induction
(ICP-AES Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry)
L’ICP-AES est une méthode physique qui permet de doser simultanément un nombre important des
élém éthode consiste à ioniser l'échantillon en l'injectant sous la forme d'un fin aérosol
(généré par un nébuliseur), dans un plasma d'argon (ou parfois d'hélium). A une température
suffisam ent élevée (de jusqu'à 8 000 K), les atomes sont transformés en s qui sont ensuite injectés
dans l' seur, puis détectés. Le rayonnement émis par les éléments lorsqu'ils retournent à l'état
fondam a une longueur d’onde spécifique à chaque élément. La mesure de l’intensité du
rayonnement permet de déterminer la concentration dans l’échantillon par comparaison avec celle
émise dans les mêmes conditions par l’étalon (le même élément contenu dans un échantillon de
concentration connue). Les analyses ont été réalisées au laboratoire LGCIE de l’INSA de Lyon, selon
la norm NF EN ISO 11885, à l’aide d’un appareil Jobin Yvon ULTIMA 2, équipé d’une purge à
l’azote en continu et d’un passeur d’échantillon à 56 places. Le temps se approximatif pour
analy ents dans 10 échantillons est de 3 heures.
Chromatographie Ionique (CI) en phase liquide
ents. La m
m
analy
ental,
e
ser 10 élém
ion
d’analy
Le principe de la chromatographie ionique en phase liquide est basé sur un échange d'ions entre une
phase stationnaire (une colonne contenant une résine échangeuse d’anions ou de cations) et une phase
mobile (l’éluant). Selon l'interaction électrostatique entre la résine de la colonne et les ions à séparer,
les ions sont entraînés par la phase mobile plus ou moins facilem ps de rétention à
l’intérieur de la colonne est spécifique à chaque espèce ionique. Les variations de conductivité de la
solution qui sorte de la colonne sont enregistrées par une cellule de conductivité sous forme de
chrom me. L’analyse quantitative est basée sur la comparaison entre l’aire du pic obtenu pour
chaque espèce à analyser et celle obtenu pour la même espèce lors de l’étalonnage (solution de
concentration connue). Les anions sont analysés également au LGCIE de l’INSA de Lyon, selon la
norme NF EN ISO 10304, avec un chromatographe Dionex IC 25 équipé d’un générateur automatique
(EG40) d’éluant (KOH) et d’un passeur d’échantillon à 49 places. Le temps d’analyse
approximatif pour réaliser l’analyse de 4 anions dans 10 échantillons est de 3H30.
ent. Les tem
atogram
Annexe II.1
Chromatographie en phase gazeuse avec détecteur à capture d’électrons
(GC/ECD – Gas Chromatography/ Electron Capture Detector)
Selon le même principe de fonctionnement que la chromatographie ionique, la chromatographie en
phase gaz permet de séparer les constituants d’un mélange gazeux, ou susceptible d'être vaporisé sans
décomposition. L’échantillon est injecté et entraîné par une phase mobile gazeuse (e.g. hélium) à
l’intérieur d’une colonne thermostatée contenant une phase stationnaire. Les différentes molécules du
mélange vont se séparer et sortir de la colonne après un certain laps de temps qui est fonction de
l'affinité de la phase stationnaire avec ces molécules. En sortie de colonne, un détecteur à capture
d'électrons permet l'identification des composés : lorsqu'un électron rencontre une molécule de gaz, il
peut être capturé, ce qui fait varier l'intensité du courant d'électrons, cette intensité étant mesurée en
continu. La nature des composés est donnée par le temps au bout duquel apparaît le pic. Pour mettre en
relation le temps et la nature chimique, on se sert d'un échantillon de référence. L’enregistreur de
l’appareil va fournir une série de pics (le chromatogramme) dont la surface est proportionnelle à la
quantité de produit représentée par chaque pic. Dans cette étude, la GC/ECD a été utilisée pour
l’analyse des composés organiques utilisés pour le traitement de préservation du bois. Les analyses ont
été effectuées au Centre Technique du Bois et de l’Ameublement (CTBA).
ASE® (Accelerated Solvent Extraction)
L’ASE® est une méthode d’extraction solide / liquide, à chaud et sous pression (extraction accélérée).
L'échantillon à analyser est mélangé à un agent déshydratant et introduit dans une cellule en acier inox
ssurer la bonne circulation du
ermet de rendre le système étanche après injection du solvant provoquant ainsi une élévation de la
ression interne. Après un temps prédéterminé on récupère le solvant contenant les composés extraits.
près concentration et purification, les extraits sont repris dans des milieux appropriés aux techniques
e mesures utilisés. Dans cette étude, l’ASE® a été utilisée pour extraire les composés organiques
ent de préservation du bois (analysés ensuite par GC/ECD). Les analyses ont été
Ameublement (CTBA).
OT-mètre
en présence d'un matériau neutre de granulométrie appropriée pour a
solvant d'extraction. La cellule est chauffée à une température donnée, un système d'électro-vannes
p
p
A
d
utilisés pour le traitem
effectuées au Centre Technique du Bois et de l’
C
e carbone organique dissous (COD) est déterminé indirectement, par analyse du carbone total
C) et du carbone minéral (TIC). Le COD est la différence : COD = CT – TIC. La
étermination est réalisée la méthode d’oxydation thermique, au LGCIE de l’INSA de Lyon, à
aide d’un COT-mètre 5000A Shimadzu, selon la norme T90-102. Dans cette méthode, la
L
(T
d
l’
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
231
Annexe II.1
concentration en carbone total de l'échantillon (CT) est tout d'abord déterminée en transformant
la totalité du carbo dans un système
ur où on brûle l'échantillon à 680°C dans une atmosphère d’oxygène pur.
Le carbone de l’échantillon est transformé en CO2 et analysé par un détecteur IR non dispersif
(IRND). Pendant que l’analyse du CT se termine, une deuxième prise d'essai de l'échantillon
est prélevée et envoyée directement dans le réacteur TIC contenant de l’acide phosphorique en
excès. Le carbone inorganique est alors transformé en CO2, lequel est envoyé vers le détecteur
IRND après assèchement. Le détecteur intègre l’aire sous pic qui est proportionnelle à la
concentration en carbone inorganique (CI) de l'échantillon.
La diffractométrie de rayons X (DRX)
ne (TIC + COD) de l'échantillon en dioxyde de carbone
d’oxydation par un fo
La DRX est une technique d'identification des phases cristallines. L’échantillon réduit en poudre est
irradié par un faisceau de rayons X monochromatiques sous un angle d’incidence variable. Les
particules de matières qui constituent le réseau cristallin peuvent diffuser ce rayonnement. Les
faisceaux diffractés en fonction de l’angle incident constituent un spectre de pics (diagramme de
diffraction ou diffractogramme). L’identification des phases se fait par comparaison à une base de
données de standards internationaux, e.g. Powder diffraction file (PDF) de l'ICDD (ex - JCPDS Joint
Committee on Powder Diffraction Standards de l’ASTM). Il est possible par cette technique de
déterminer les phases cristallines présentes avec une limite de détection d’environ 5 % massique. Les
analyses DRX ont été effectuées au laboratoire CEREGE - CNRS UMR 6635, de l’Université Paul
Cézanne Aix-Marseille 3.
Détermination des résistances mécaniques à la compression
Les déterminations des résistances mécaniques à la ompression sont effectuées selon la norme NF EN
196-1, dans les laboratoires du CSTB à Grenoble. L’essai est réalisé à l’aide d’une machine
électromécanique Zwick (pilotée par ordinateur) et consiste à déterminer la contrainte nécessaire à la
rupture par compression. Sur chaque éprouvette à tester on applique une vitesse de charge constante de
1,5 N·mm-2·s-1. La valeur de la résistance à la compression Rc est obtenue selon la formule : Rc=Fc·b-
1·h-1, où, Rc = résistance à la compression (MPa) ; Fc = charge maximale à la rupture (N) ; b = côté
de la section carrée de l’éprouvette (mm) ; h = épaisseur entre les faces d’application de la force (mm).
c
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
232
Annexe II.2
Annexe II.2 Diffractogrammes des dalles en béton (fournies par le laboratoire CEREGE - CNRS UMR 6635
Université Paul Cézanne Aix-Marseille 3)
Dalles « de référence » (cf. § II.2.1.1.6)
Echantillon prélevé à la surface de la dalle :
Echantillon prélevé au cœur de la dalle (cf. § II.2.1.1.6) :
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
233
Annexe II.2
Nicoleta SCHIOPU 234
Dalles exposées en sous-scénario « ruissellement » (cf. § II.2.1.1.6)
Echantillon prélevé à la surface supérieure de la dalle :
Echantillon prélevé au cœur de la dalle :
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe II.2
Nicoleta SCHIOPU 235
Echantillon prélevé à la surface inferieure de la dalle :
Dalles exposées en sous-scénario « stagnation » (cf. § II.2.1.1.6)
Echantillon prélevé à la surface supérieure de la dalle:
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe II.2
Nicoleta SCHIOPU 236
Echantillon prélevé au cœur de la dalle :
Echantillon prélevé à la surface inferieure de la dalle :
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.1
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
237
Annexe III.1 Les résultats de l’essai TS 14429 (dalles en béton)
Bt 2j12 Bt 2j11 Bt 2j10 Bt 2j9 Bt 2j7 Bt 2j6 Bt 2j5 Bt 2j4Masse sèche de la prise d'essai
g 15,03 14,98 14,98 15,00 14,98 15,01 15,02 15,01
Masse humide de la prise d'essai
g 16,18 16,12 16,12 16,15 16,13 16 16,17 16,16
Vol d'acide mL 0 1,5 2,5 3 3,5 7 9,5 11Conc d'acide M 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 44 15,44 15,44H3O+ mol/kg DM 0,00 1,55 2,58 3,09 3,61 20 9,76 11,31
xiviant mL 150,8 150,7 150,7 150,3 150,1 5 150,4 150,4L/kg 10,03 10,06 10,06 10,02 10,02 03 10,01 10,02
0+4h 12,37 11,55 9,49 6,68 6,24 1 3,66 2,880+44h 12,48 11,63 10,62 10,05 7,04 89 5,37 3,710+48 h 12,35 11,51 10,52 9,95 7,12 14 5,65 3,65t0+4h)-h)
-0,11 -0,08 -1,13 -3,37 -0,8 ,79 -1,71 -0,83
t0+44h)-h)
0,13 0,12 0,1 0,1 -0,08 25 -0,28 0,06
ctivité µS/cm à 20°C 8230 14340 21700 24500 28500 58800 666600ce LD*, mg/Lnium 0,002 0,464 0,636 0,437 0,331 0,16 475 0,671 137,15
0,002 0,002 0,002 0,06 0,15 0,44 71 0,78 0,89um 0,001 92 3127 5192 6081 7107 17619 21213
e 0,002 0,07 0,18 0,62 0,49 0,49 ,04 0,002 0,140,001 0,05 0,06 0,001 0,001 0,001 04 0,1 3,6
sium 0,007 120 123 139 119 104 107 148m 0,005 0,8 1,9 12,5 19,7 35,4 3,9 23,9 60,6
0,009 19,5 19,8 19,7 20,5 19,8 9 21,6 23,60,001 0,081 0,046 0,001 0,014 0,014 90 4,04 5,93
ures 0,050 3,2 6,3 9,8 8,3 7,8 ,0 10,6 12,8tes 0,050 15,9 3,1 1504 219 309 589 557
0,500 2,7 1,9 3,7 2,8 - - - -
1,7E-05 2,4E-05 1,6E-05 1,2E-05 5,9E-06 E-05 2,5E-05 5,1E-031,8E-07 1,8E-07 5,1E-06 1,4E-05 4,1E-05 E-05 7,2E-05 8,2E-052,3E-03 7,8E-02 1,3E-01 1,5E-01 1,8E-01 E-01 4,4E-01 5,3E-011,3E-06 3,4E-06 1,2E-05 9,4E-06 9,4E-06 E-07 3,8E-08 2,6E-068,2E-07 1,0E-06 1,6E-08 1,6E-08 1,6E-08 E-07 1,6E-06 5,7E-053,1E-03 3,1E-03 3,6E-03 3,0E-03 2,7E-03 E-03 2,7E-03 3,8E-032,8E-05 6,9E-05 4,5E-04 7,0E-04 1,3E-03 E-04 8,5E-04 2,2E-038,5E-04 8,6E-04 8,6E-04 8,9E-04 8,6E-04 E-04 9,4E-04 1,0E-031,2E-06 7,0E-07 1,5E-08 2,1E-07 2,1E-07 E-05 6,2E-05 9,1E-059,0E-05 1,8E-04 2,8E-04 2,3E-04 2,2E-04 E-04 3,0E-04 3,6E-041,7E-04 3,2E-05 1,6E-02 2,3E-03 3,2E-03 E-03 6,1E-03 5,8E-03
Concentration, mol/L
m
ceinium
Référence
Concentration**, mg/L
e
restes
msium
16,
15,7,
150,10,5,5,6,
-0
-0,
49100
0,0,
1425000,104220,0,9514
1,86,53,67,96,02,78,59,11,42,55,4
Vol liL/SpH à tpH à tpH à t∆pH ((t0+44∆pH ((t0+48ConduEspèAlumiBoreCalciChromCuivrePotasSiliciuSodiumZincChlorSulphaDOC
BoreCalciu
EspèAlum
ChromCuivre
ChloruSulfa
SiliciuSodium
Potas
Zinc
* Limite de détection; en cellules grises** Les résultats sont entachés d'une pour les autres valeurs
, les valeurs inferieures à la LD erreur de 5% pour les valeurs supérieures à 1mg/L et de 10%
Annexe III.2
Nicoleta SCHIOPU 238
Annexe III.2 Les résultats de l’essai TS 14429 (dalles en bois)
B 2j3 B 2j4 B 2j5 B 2j6 B 2j7 B 2j8 B 2j10 B 2j11Masse sèche de la prise d'essai
g30 30 30 30 30 30 30 30
Masse humide de la prise d'essai
g
33,38 33,38 33,38 33,38 33,38 33,38 33,38 33,38
Vol d'acide/base
mL 4 2 0 2 5 8 18 27
Conc d'acide/base
M 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
H3O+ ou OH- mol/kg DM 0,0133 0,0067 0,0000 -0,0067 -0,0167 -0,0267 -0,0600 -0,0900Vol lixiviant mL 300 300 300 300 300 300 303 311L/S L/kg 10,01 10,01 10,01 10,01 10,01 10,01 10,11 10,37pH à t0+4h 2,9 3,91 5,16 6,36 8,05 9,26 11,51 12,12pH à t0+44h 2,94 3,95 5,04 6,06 7,34 8,33 9,64 11,07
pH à t0+48 h 3,02 4,01 5,1 6,09 7,36 8,32 9,59 11,02
∆pH (t0+4h)-(t0+44h)
0,04 0,04 0,12 0,3 0,73 0,93 1,87 1,05
∆pH (t0+44h)-(t0+48h)
0,08 0,06 0,06 0,03 0,02 0,01 0,05 0,05
Conductivité µS/cm à 20°C 1819 1077 497 783 1214 1641 3480 4840Espèce* LD**, mg/LBore 0,002 10,90 10,80 10,70 9,42 8,25 7,53 6,93 7,21Calcium 0,001 71,40 47,13 31,40 23,11 21,21 18,26 17,20 15,20Chrome 0,002 0,045 0,031 0,032 0,033 0,035 0,033 0,038 0,042Cuivre 0,001 90,6 42,6 23,4 12,8 11,6 14,7 34,9 59,3Potassium 0,007 32,7 28,3 30,1 29,3 28,6 27,9 31,6 30,5Zinc 0,001 2,29 1,48 0,73 0,53 0,53 0,53 1,22 1,18Chlorures 0,050 5,2 5,1 4,8 5,8 6,27 6,30 5,7 4,8Sulphates 0,050 19,6 16,2 12,8 12,6 16,2 17,8 18,8 22,5DOC 0,500 1216 1231 1437 2061 2820 3639 5850 8401
1,0E-03 1,0E-03 9,9E-04 8,7E-04 7,6E-04 7,0E-04 6,4E-04 6,7E-041,8E-03 1,2E-03 7,8E-04 5,8E-04 5,3E-04 4,6E-04 4,3E-04 3,8E-048,7E-07 6,0E-07 6,2E-07 6,3E-07 6,7E-07 6,3E-07 7,3E-07 8,1E-071,4E-03 6,7E-04 3,7E-04 2,0E-04 1,8E-04 2,3E-04 5,5E-04 9,3E-048,4E-04 7,2E-04 7,7E-04 7,5E-04 7,3E-04 7,1E-04 8,1E-04 7,8E-043,5E-05 2,3E-05 1,1E-05 8,1E-06 8,1E-06 8,0E-06 1,9E-05 1,8E-051,5E-04 1,4E-04 1,4E-04 1,6E-04 1,8E-04 1,8E-04 1,6E-04 1,4E-042,0E-04 1,7E-04 1,3E-04 1,3E-04 1,7E-04 1,9E-04 2,0E-04 2,3E-04
PotassiumZincChloruresSulfates
BoreCalciumChromeCuivre
Référence
Concentration***, mg/L
Espèce Concentration, mol/L
*Le sodium n'a pas été basique
suivi car c'est l’hydroxyde de sodium qui a été utilisé pour obtenir un pH
nt entachés d'une erreur de 5% pour les valeurs supérieures à 1mg/L et de 10% pour les autres valeurs
**Limite de détection; en cellules grises, les valeurs inferieures à la LD *** Les résultats so
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.3
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
239
Annexe III.3 Les résultats de l’essai TS 14429 (gouttières en zinc)
Z1 Z2 Z3 Z4
4,7
14
1,
161410,0,01,16,76,8
-5,5
-0,1
845
470
20E
Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12Masse de la prise d'essai
g 14,981 14,745 14,747 21 14,712 15,116 14,928 15,069 14,954 14,775 14,629 14,786
Vol d'acide/base
mL 148,5 145,5 145,5 7 147,5 150,5 0 150,5 149,5 147,5 146,5 148
Conc d'acide/base M 4,7 3,7 3,1 6 0,1 0,0001 0 0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1
H3O+ mol/kg DM 47 37 31 1 0,001 0 -0,0001 -0,001 -0,01 -0,1 -1Vol lixiviant mL 148,5 145,5 145,5 7 147,5 150,5 150 150,5 149,5 147,5 146,5 148L/S 9,9 9,9 9,9 0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0pH à t0 0 0 0 1 1,32 3,88 5,97 8,47 9,96 11,06 12 12,4pH àt0+4h 0 1,1 1,4 5 1,98 4,26 6,93 8,53 9,78 11,02 12 12,3pH àt0+44h 0 4,1 6,43 2 6,61 7,83 8,67 9,01 9,63 10,8 11,92 12,2pH àt0+48h 0 4,2 6,48 3 6,84 7,96 8,72 9,02 9,54 10,9 11,86 12,19∆pH (t0+4h)-(t0+44h) 0 -3 -5,03 7 -4,63 -3,57 -1,74 -0,48 0,15 0,22 0,08 0,1
∆pH (t0+44h)-(t0+48h) 0 -0,1 -0,05 1 -0,23 -0,13 -0,05 -0,01 0,09 -0,1 0,06 0
Conductivité µS/cm 39000 21000 9500 0 8310 17,03 3,59 7,26 29,4 246 2370 21200Espèce LD*, mg/LZinc 0,001 100105 96301 95278 87 2807 2,89 0,796 0,001 0,001 0,01 1,60 29,3
1,53E+00 1,47E+00 1,46E+00 -01 4,29E-02 4,42E-05 1,22E-05 1,53E-08 1,53E-08 1,84E-07 2,45E-05 4,49E-0Zinc
Référence
Concentration**, mg/L
Espèce Concentration, mol/L4
,01
1
7,
*Limite de détection; en cellules grises, les valeurs inferieures à la LD ** Les résultats sont entachés d'une erreur de 5% pour les eurs supérieures à 1mg/L et de 10% pour les autres valeurs
val
Annexe III.3
Nicoleta SCHIOPU 240
Annexe III.4 Les résultats de l’essai « cinétique » (dalles en béton)
Température : 4°C Btac 2j4 Btac 5j4 Btac 9j4 Btnt 2j4 Btnt 5j4 Btnt 9j4 Btnat 2j4 Btnat 5j4 Btnat 9j4
Temps jours 2 5 9 2 5 9 2 5 9Masse
sèche de la prise d'essai
g 15,04 15,03 14,99 15,04 14,97 15,00 15,04 15,03 15,04
Masse humide de la prise d'essai
g 16,19 16,18 16,14 16,19 16,11 16,15 16,19 16,18 16,19
vol d'acide mL 11 11 11 7 7 7 0 0 0conc d'acide M 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44
H3O+ mol/kg DM 11,3 11,3 11,3 7,2 7,2 7,2 0 0 0Vol eau ajoutée
mL 138 138 138 143 143 143 149 149 149
Vol lixiviant mL 150,1 150,1 150,1 151,1 151,1 151,1 150,1 150,1 150,1L/S L/kg 10,0 10,0 10,0 10,0 10,1 10,1 10,0 10,0 10,0
pH à t0+48h 3,7 3,71 3,78 7,16 7,17 7,16 13,07 13,08 13,02conductivité µS/cm 63500 63400 62600 42500 42800 43100 8650 8360 8640Espèce LD*, mg/LAluminium 0,002 183 110 59,9 0,269 0,252 0,287 0,546 0,125 0,188Bore 0,002 0,97 1,00 1,035 0,30 0,22 0,18 0,002 0,002 0,00Calcium 0,001 20943 22402 21569 6854 7014 6804 808 787 774Chrome 0,002 0,584 0,161 0,075 0,284 0,367 0,423 0,096 0,045 0,055Cuivre 0,001 3,3 3,2 2,702 0,035 0,062 0,06 0,01 0,04 0,033Potassium 0,007 114 119 113 98 97 102 103 104 106
288,8
3,23 3,47 3,17 0,067 0,091 0,10 0,011 0,003 0,001
6,8E-03 4,1E-03 2,2E-03 1,0E-05 9,3E-06 1,1E-05 2,0E-05 4,6E-06 7,0E-069,0E-05 9,2E-05 9,6E-05 2,8E-05 2,0E-05 1,7E-05 1,8E-07 1,8E-07 1,8E-075,2E-01 5,6E-01 5,4E-01 1,7E-01 1,8E-01 1,7E-01 2,0E-02 2,0E-02 1,9E-021,1E-05 3,1E-06 1,4E-06 5,5E-06 7,1E-06 8,1E-06 1,8E-06 8,7E-07 1,1E-065,2E-05 5,0E-05 4,3E-05 5,5E-07 9,8E-07 9,4E-07 7,9E-08 6,0E-07 5,2E-072,9E-03 3,0E-03 2,9E-03 2,5E-03 2,5E-03 2,6E-03 2,6E-03 2,7E-03 2,7E-034,9E-03 1,9E-03 1,1E-03 7,1E-04 5,6E-04 4,5E-04 9,7E-06 1,1E-05 1,0E-059,7E-04 1,0E-03 9,9E-04 8,2E-04 8,0E-04 8,4E-04 8,1E-04 8,2E-04 8,2E-044,9E-05 5,3E-05 4,8E-05 1,0E-06 1,4E-06 1,6E-06 1,7E-07 4,6E-08 1,5E-08Zinc
CuivrePotassiumSiliciumSodium
AluminiumBoreCalciumChrome
Référence
Concentration**, mg/L
Espèce Concentration, mol/L
Silicium 0,005 137,0 53,9 31,7 20,0 15,6 12,5 0,27 0,31 0,Sodium 0,009 22,3 23,7 22,7 18,9 18,5 19,2 18,6 18,9 1Zinc 0,001
*Limite de détection; en cellules grises, les valeurs inferieures à la LD ** Les résultats sont entachés d'une erreur de 5% pour les valeurs supérieures à 1mg/L et de 10% pour les autres valeurs
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.3
Nicoleta SCHIOPU 241
Les résultats de l’essai « cinétique » (dalles en béton)
Température : 50°C Btac 1j50 Btac 2j50 Btac 7j50 Btnt 1j50 Btnt 2j50 Btnt 7j50 Btnat 1j50 Btnat 2j50 Btnat 7j50
Temps jours 1 2 7 1 2 7 1 2 7Masse
sèche de la g 15,04 14,96prise d'essai
15,02 15,04 15,01 15,03 14,98 14,99 15,00
Masse humide de la prise d'essai
g 16,19 16,1 16,17 16,19 16,16 16,18 16,13 16,14 16,15
vol d'acide mL 11 11 11 7 7 7 0 0 0conc d'acide M 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44
H3O+ mol/kg DM 11,3 11,4 11,3 7,2 7,2 7,2 0 0 0Vol eau ajoutée
mL 138 138 138 143 143 143 149 149 149
Vol lixiviant mL 150,1 150,1 150,1 151,1 151,1 151,1 150,1 150,1 150,1L/S L/kg 10,0 10,0 10,0 10,0 10,1 10,1 10,0 10, 10,0
3,77 3,79 7,09 7,07 7,08 12,64 12,6 12,6266600 58600 42500 43200 43500 8650 8230 6240
Espèce LD*, mg/LAluminium 0,002 202 116 108 0,169 0,205 0,262 0,348 0,179 0,254Bore 0,002 0,89 0,85 0,635 0,29 0,22 0,21 0,072 0,006 0,05Calcium 0,001 20316 20951 21433 6794 6853 7049 608 619 531Chrome 0,002 0,474 0,094 0,021 0,289 0,393 0,495 0,012 0,105 0,092Cuivre 0,001 3,4 3,0 3,23 0,005 0,005 0,01 0,19 0,01 0,049Potassium 0,007 122 116 101,518 106 105 106 111 110 115Silicium 0,005 100,8 68,1 65,2 37,2 29,9 21,9 0,29 0,32 0,31Sodium 0,009 24,7 23,5 23,439 21,5 22,3 22,3 23,7 26,5 81,7Zinc 0,001 4,59 4,02 2,878 0,143 0,097 0,09 0,027 0,001 0,036
-06 1,3E-05 6,6E-06 9,4E-06-05 6,7E-06 5,5E-07 5,0E-06
5,1E-01 5,2E-01 5,3E-01 1,7E-01 1,7E-01 1,8E-01 1,5E-02 1,5E-02 1,3E-029,1E-06 1,8E-06 4,0E-07 5,6E-06 7,6E-06 9,5E-06 2,3E-07 2,0E-06 1,8E-065,4E-05 4,7E-05 5,1E-05 7,9E-08 7,9E-08 7,9E-08 2,9E-06 2,0E-07 7,7E-073,1E-03 3,0E-03 2,6E-03 2,7E-03 2,7E-03 2,7E-03 2,8E-03 2,8E-03 2,9E-033,6E-03 2,4E-03 2,3E-03 1,3E-03 1,1E-03 7,8E-04 1,0E-05 1,1E-05 1,1E-051,1E-03 1,0E-03 1,0E-03 9,4E-04 9,7E-04 9,7E-04 1,0E-03 1,2E-03 3,6E-037,0E-05 6,1E-05 4,4E-05 2,2E-06 1,5E-06 1,3E-06 4,1E-07 1,5E-08 5,5E-07Zinc
CuivrePotassiumSiliciumSodium
CalciumChrome
Référence
Concentration**, mg/L
Espèce Concentration, mol/L
07pH 3,76
conductivité µS/cm 63500
7,5E-03 4,3E-03 4,0E-03 6,3E-06 7,6E-06 9,7E8,2E-05 7,9E-05 5,9E-05 2,7E-05 2,1E-05 1,9E
AluminiumBore
* Limite de détection; en cellules grises, les valeurs inferieures à la LD ** Les résultats sont entachés d'une erreur de 5% pour les valeurs supérieures à 1mg/L et de 10% pour les autres valeurs
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.5
A )
Température : 4°C
nnexe III.5 Les résultats de l’essai « cinétique » (dalles en bois
Bac 2j4 Bac 5j4 Bac 9j4 Bnat 2j4 Bnat 5j4 Bnat 9j4 Bbs 2j4 Bbs 5j4 Bbs 9j4Temps jours 2 5 9 2 5 9 2 5 9Masse
sèche de la prise d'essai
g 15,12 15,11 15,13 15,06 15,05 15,03 15,41 15,44 15,39
Masse humide de la prise d'essai
g 16,28 16,26 16,29 16,21 16,2 16,18 16,59 16,62 16,57
vol d'acide mL 2 2 2 0 0 0 13,5 13,5 13,5conc d'acide M 1 1 1 0 0 0 1 1 1
H3O+ mol/kg DM 0,1 0,1 0,1 0,0 0,0 0,0 1 1 1Vol eau ajoutée
mL 148 148 148 149 149 149 140 140 140
Vol lixiviant mL 151,2 151,2 151,2 150,2 150,2 150,1 154,7 154,7 154,7L/S L/kg 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0
pH à t0+48h 2,38 2,34 2,41 5,67 5,46 5,38 11,78 11,63 11,58conductivité µS/cm 2560 2600 2580 380 410 390 4660 4680 4710
0,002 76 3,82 3,72 3,94 4,23 4,20 3,28 3,57 3,76Calcium 0,001 70,3 82,9 81,8 31,4 28,8 25,3 15,2 17,6 16,6Cuivre 0,001 59,7 61,2 60,3 13,6 15,1 14,9 28,6 29,6 27,5Potassium 0,007 31,2 32,7 32,8 28,1 29,0 29,1 22,7 21,6 28,6Zinc 0,001 2,96 1,94 2,14 0,39 0,42 0,41 0,55 0,59 0,49
3,5E-04 3,5E-04 3,4E-04 3,6E-04 3,9E-04 3,9E-04 3,0E-04 3,3E-04 3,5E-041,8E-03 2,1E-03 2,0E-03 7,8E-04 7,2E-04 6,3E-04 3,8E-04 4,4E-04 4,1E-049,4E-04 9,6E-04 9,5E-04 2,1E-04 2,4E-04 2,3E-04 4,5E-04 4,7E-04 4,3E-048,0E-04 8,4E-04 8,4E-04 7,2E-04 7,4E-04 7,4E-04 5,8E-04 5,5E-04 7,3E-044,5E-05 3,0E-05 3,3E-05 6,0E-06 6,4E-06 6,3E-06 8,4E-06 9,0E-06 ,5E-06
BoreCalcium
Zinc
CuivrePotassium
Référence
Concentration**, mg/L
Espèce Concentration, mol/L
Espèce LD*, mg/LBore 3,
7
Température : 50°C Bac 1j50 Bac 2j50 Bac 7j50 Bnat 1j50 Bnat 2j50 Bnat 7j50 Bbs 1j50 Bbs 2j50 Bbs 7j50
Temps jours 1 2 7 1 2 7 1 2 7Masse
sèche de la prise d'essai
g 15,13 15,11 15,09 15,04 15,00 15,03 15,49 15,51 15,45
Masse humide de la prise d'essai
g 16,29 16,27 16,24 16,19 16,15 16,18 16,67 16,69 16,63
vol d'acide mL 2 2 2 0 0 0 13,5 13,5 13,conc d'acide M 1 1 1 0 0 0 1 1 1
H3O+ mol/kg DM 0,1 0,1 0,1 0,0 0,0 0,0 1 1 1Vol eau
5
8 148 148 149 149 149 140 140 140
ol lixivian mL 1,2 151,2 151,2 150,1 150,1 150,1 154,7 154,7 154,7L/S L/kg 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0pH 2,72 2,62 2,64 5,09 4,84 4,96 10,14 9,86 9,94
conductivité µS/cm 2280 2230 2260 396 414 468 4650 4680 4740Espèce LD*, mg/LBore 0,002 4,39 4,30 4,20 4,50 4,59 4,33 3,19 3,26 3,51Calcium 0,001 75,5 75,7 80,8 35,1 35,8 37,8 30,1 31,4 33,5Cuivre 0,001 74,3 73,6 74,3 21,4 23,8 26,6 39,0 41,4 52,0Potassium 0,007 32,0 30,5 34,0 29,8 31,0 28,6 25,8 26,8 32,3Zinc 0,001 1,20 1,00 1,02 0,31 0,32 0,39 0,70 0,65 0,97
4,1E-04 4,0E-04 3,9E-04 4,2E-04 4,2E-04 4,0E-04 3,0E-04 3,0E-04 2E-041,9E-03 1,9E-03 2,0E-03 8,8E-04 8,9E-04 9,4E-04 7,5E-04 7,8E-04 4E-041,2E-03 1,2E-03 1,2E-03 3,4E-04 3,7E-04 4,2E-04 6,1E-04 6,5E-04 8,2E-048,2E-04 7,8E-04 8,7E-04 7,6E-04 7,9E-04 7,3E-04 6,6E-04 6,9E-04 8,3E-041,8E-05 1,5E-05 1,6E-05 4,7E-06 4,9E-06 6,0E-06 1,1E-05 9,9E-06 1,5E-05
Référence
Concentration**, mg/L
Espèce Concentration, mol/LBore
lcium
Zinc
ivrePotassium
ajoutéemL 14
V t 15
3,8,Ca
Cu
*Limite de détection ** Les résultats sont entachés d'une erreur de 5% pour les valeurs supérieures à 1mg/L et de 10% pour les autres valeurs
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
242
Annexe III.6
Annexe III.6 Les résultats de l’essai « cinétique » (gouttières en zinc)
Température : 4°C Zac 2j4 Zac 5j4 Zac 9j4 Znat 2j4 Znat 5j4 Znat 9j4 Zbs 2j4 Zbs 5j4 Zbs 9j4
Temps jours 2 5Référence
9 2 5 9 2 5 9Masse de la prise d'essai
g 14,76 14,72 14,81 14,93 14,87 14,91 14,69 14,63 14,75
vol d'acide mL 145,5 145,5 145,5 0 0 0 148 148 148conc d'acide M 3,7 3,7 3,7 0 0 0 0,1 0,1 0,1
H3O+ mol/kg DM 36,5 36,5 36,5 0 0 0 -1 -1 -1Vol eau ajoutée
mL 0 0 0 150 150 150 0 0 0
Vol lixiviant mL 145,5 145,5 145,5 150 150 150 148,0 148,0 148,0L/S L/kg 9,9 9,9 9,9 10,0 10,0 10,0 10,1 10,1 10,1
pH à t0+48h 3,7 4,3 4,2 8,68 8,72 8,61 12,42 12,36 12,26conductivité µS/cm 33200 33100 32800 2,51 2,88 3,67 28500 26700 27200Espèce LD*, mg/Linc 0,001 2872 2734 2768 0,271 0,720 1,060 124,0 98, 95,0
4,4E-02 4,2E-02 4,2E-02 4,1E-06 1,1E-05 1,6E-05 1,9E-03 1,5E-03 1,5E-03nc
Concentration**, mg/L
pèce Concentration, mol/L0Z
EsZi
Température : 50°C
Zac 1j50 Zac 2j50 Zac 7j50 Znat 1j50 Znat 2j50 Znat 7j50 Zbs 1j50 Zbs 2j50 Zbs 7j50Temps jours 1 2 7 1 2 7 1 2 7
Masse de la prise d'essai
g 14,65 14,7 16,74 14,81 14,85 14,88 14,72 14,77 14,71
vol d'acide mL 145,5 145,5 145,5 0 0 0 148 148 148conc d'acide M 3,7 3,7 3,7 0 0 0 0,1 0,1 0,1
H3O+ mol/kg DM 36,6 36,6 36,6 0,0 0,0 0,0 -1 -1 -1Vol eau ajoutée
mL 0 0 0 150 150 150 0 0 0
Vol lixiviant mL 145,5 145,5 145,5 150,0 150,0 150,0 148,00
148,0 148,0L/S L/kg 9,9 9,9 9,9 10,1 10,1 10,1 10, 10,0 10,0pH 3,64 4,92 4,87 7,59 8,73 8,68 12,21 12,12 12,1
conductivité µS/cm 19600 17800 17650 6,42 9,27 8,64 20670 20600 20400Espèce LD*, mg/LZinc 0,001 2672 2540 2151 0,87 1,56 5,60 138 151 121
4,1E-02 3,9E-02 3,3E-02 1,3E-05 2,4E-05 8,6E-05 2,1E-03 2,3E-03 1,9E-03Zinc
Référence
Concentration**, mg/L
Espèce Concentration, mol/L
*Limite de détection ** Les résultats sont entachés d'une erreur de 5% pour les valeurs supérieures à 1mg/L et de 10% pour les autres valeurs
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
243
Annexe III.7
Annexe III.7 Les résultats de l’essai « température » (dalles en béton)
Bt ac 2j4 Bt ac 2j20 Bt ac 2j50 Bt nt 2j4 Bt nt 2j20 Bt nt 2j50 Bt nat 2j4 Bt nat 2j20 Bt nat 2j50Température
de l'essai°C 4 20 50 4 20 50 4 20 50
Masse sèche de la prise d'essai
g 15,04 15,01 15,03 15,04 14,98 15,00 15,04 15,03 15,04
Masse humide de la prise d'essai
g 16,19 16,16 16,18 16,19 16,13 16,15 16,19 16,18 16,19
vol d'acide mL 11 11 11 7 7 7 0 0 0conc d'acide M 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44
H3O+ mol/kg DM 11,3 11,3 11,3 7,2 7,2 7,2 0 0 0
138 138 143 143 143 149 149 149
Vol lixiviant mL 150,1 150,1 150,1 151,1 151,1 151,1 150,1 150,1 150,1L/S L/kg 10,0 10,0 10,0 10,0 10,1 10,1 10,0 10,0 10,0
pH à t0+4h 3,13 2,88 3,14 6,52 6,24 6,45 12,91 12,37 12,6pH à to+44h 3,8 3,71 3,8 7,11 7,04 7,03 13,1 12,48 12,65pH à t0+48h 3,7 3,65 3,79 7,16 7,12 7,08 13,07 12,35 12,62∆pH (t0+4h)-
(t0+44h) -0,67 -0,83 -0,66 -0,59 -0,8 -0,58 -0,19 -0,11 -0,05
∆pH (t0+44h)-(t0+48h)
0,1 0,06 0,01 -0,05 -0,08 -0,05 0,03 0,13 0,03
conductivité µS/cm 63500 66600 58600 42500 43200 43500 8650 8230 6240spèce LD*, mg/Lluminium 0,002 1 0,546 0,464 0,179
Bore 0,002 0, 0,002 0,002 0,006Calcium 0,001 20943 21213 20951 6854 7107 6853 808 91,7 619Chrome 0,002 0,584 0,463 0,094 0,284 0,136 0,393 0,096 0,068 0,105Cuivre 0,001 3,34 3,6 3,01 0,035 0,001 0,005*** 0,005 0,052 0,013Potassium 0,007 114 148 116 97,9 104 105 103 120 110Silicium 0,005 137 60,6 68,1 20 35,4 29,9 0,272 0,79 0,315Sodium 0,009 22,3 23,6 23,5 18,9 19,8 22,3 18,6 19,5 26,5Zinc 0,001 3,23 5,93 4,02 0,067 0,014 0,097 0,011 0,081 0,001Chlorures 0,050 11,6 12,8 16,17 6,21 7,79 8,35 2,14 3,20 4,49Sulphates 0,050 416 557 621 231 309 412 3,91 5,9 6,21
6,8E-03 5,1E-03 4,3E-03 1,0E-05 5,9E-06 7,6E-06 2,0E-05 1,7E-05 6,6E-069,0E-05 8,2E-05 7,9E-05 2,8E-05 4,1E-05 2,1E-05 1,8E-07 1,8E-07 5,5E-075,2E-01 5,3E-01 5,2E-01 1,7E-01 1,8E-01 1,7E-01 2,0E-02 2,3E-03 1,5E-021,1E-05 8,9E-06 1,8E-06 5,5E-06 2,6E-06 7,6E-06 1,8E-06 1,3E-06 2,0E-065,3E-05 5,7E-05 4,7E-05 5,5E-07 1,6E-08 7,9E-08 7,9E-08 8,2E-07 2,0E-072,9E-03 3,8E-03 3,0E-03 2,5E-03 2,7E-03 2,7E-03 2,6E-03 3,1E-03 2,8E-034,9E-03 2,2E-03 2,4E-03 7, -04 1,3E-03 1,1E-03 9,7E-06 2,8E-05 1,1E-05
1,0E-03 1,0E-03 8, -04 8,6E-04 9,7E-04 8,1E-04 8,5E-04 1,2E-035 9,1E-05 6,1E-05 1,0E-06 2,1E-07 1,5E-06 1,7E-07 1,2E-06 1,5E-08
3,3E-04 3,6E-04 4,6E-04 1,7E-04 2,2E-04 2,4E-04 6,0E-05 9,0E-05 1,3E-044,3E-03 5,8E-03 6,5E-03 2,4E-03 3,2E-03 4,3E-03 4,1E-05 6,1E-05 6,5E-05
ChloruresSulfates
CuivrePotassiumSilicium
AluminiumBoreCalciumChrome
Référence
Concentration**, mg/L
Espèce Concentration, mol/L
Vol eau ajoutée
mL 138
EA 83 137 116 0,269 0,16 0,205
969 0,889 0,851 0,298 0,438 0,224
1E2E9,7E-04
4,9E-0ZincSodium
*Limite de détection; en cellules grises, les valeurs inferieures à la LD ** Les résultats sont entachés d'une erreur de 5% pour les valeurs supérieures à 1mg/L et de 10% pour les autres valeurs *** L'échantillon a été analysé dilué 5 fois pour s'affranchir des effets de matrice ; c'est ce qui explique la valeur de 0,005 comme étant inferieure à la LD
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
244
Références bibliographiques
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
245
Annexe III.8 Les résultats de l’essai « température » (dalles en bois)
B ac 2j4 B ac 2j20 B ac 2j50 B nat 2j4 B nat 2j20 B nat 2j50 B bs 2j4 B bs 2j20 B bs 2j50Température
de l'essai°C 4 20 50 4 20 50 4 20 50
Masse sèche de la prise d'essai
g 15,22 15,20 15,12 15,07 15,08 15,10 15,23 15,31 15,14
Masse humide de la prise d'essai
g 16,78 16,76 16,67 16,61 16,63 16,65 16,79 16,88 16,69
vol d'acide mL 2 2 2 0 0 0 13,5 13,5 13,5conc d'acide M 1 1 1 0 0 0 1 1 1
H3O+ mol/kg DM 0,1 0,1 0,1 0,0 0,0 0,0 1 1 1Vol eau ajoutée
mL 148 148 148 149 149 149 140 140 140
Vol lixiviant mL 151,6 151,6 151,6 150,5 150,5 150,5 155,1 155,1 155,1L/S L/kg 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,2 10,1 10,2
pH à t0+4h 2,63 2,88 2,74 5,82 5,24 5,25 12,21 12,17 12,16pH à t0+44h 2,42 2,71 2,58 5,61 5,14 5,03 11,91 11,48 10,15pH à t0+48h 2,38 2,65 2,62 5,67 5,12 4,84 11,78 11,21 9,86∆pH (t0+4h)-
(t0+44h) 0,21 0,17 0,16 0,21 0,1 0,22 0,3 0,69 2,01
∆pH (t0+44h)-(t0+48h)
0,04 0,06 -0,04 -0,06 0,02 0,19 0,13 0,27 0,29
conductivité µS/cm 2560 2160 2230 380 497 414 4660 4630 4680Espèce LD*, mg/LBore 0,002 9,76 10,90 9,30 9,94 10,7 11,19 6,28 7,21 8,26Calcium 0,001 70,3 71,4 75,7 21,4 31,4 35,8 15,2 17,2 18,4Cuivre 0,001 59,7 90,6 73,6 19,3 23,4 23,8 38,6 59,3 71,4
tassium 0,007 31,2 31,1 30,5 28,1 29,4 31,0 22,7 27,2 26,8nc 0,001 2, 0,99 1,18 2,12
Chlorures 0,050 4, 4,73 4,82 4,87Sulphates 0,050 18,7 19,6 12,8 11,6 12,8 12,7 20,2 22,5 21,5COD 777 1216 1288 868 1437 1546 6414 7121 8482
9,0E-04 1,0E-03 8,6E-04 9,2E-04 9,9E-04 1,0E-03 5,8E-04 6,7E-04 7,6E-041,8E-03 1,8E-03 1,9E-03 5,3E-04 7,8E-04 8,9E-04 3,8E-04 4,3E-04 4,6E-049,4E-04 1,4E-03 1,2E-03 3,0E-04 3,7E-04 3,7E-04 6,1E-04 9,3E-04 1,1E-038,0E-04 8,0E-04 7,8E-04 7,2E-04 7,5E-04 7,9E-04 5,8E-04 7,0E-04 6,9E-044,5E-05 3,5E-05 2,7E-05 1,0E-05 1,1E-05 1,0E-05 1,5E-05 1,8E-05 3,2E-051,4E-04 1,5E-04 1,4E-04 1,2E-04 1,4E-04 1,3E-04 1,3E-04 1,4E-04 1,4E-042,0E-04 2,0E-04 1,3E-04 1,2E-04 1,3E-04 1,3E-04 2,1E-04 2,3E-04 2,2E-04
Référence
Concentration**, mg/L
Espèce Concentration, mol/L
ZincChloruresSulfates
BoreCalciumCuivrePotassium
PoZi 96 2,29 1,76 0,65 0,73 0,68
89 5,20 4,89 4,21 4,82 4,49
*Limite de détection; en cellules grises, les valeurs inferieures à la LD ** Les résultats sont entachés d'une erreur de 5% pour les valeurs supérieures à 1mg/L et de 10% pour les autres valeurs
Annexe III.9
246
Annexe III.9 Les résultats de l’essai « température » (gouttières en z nc)
i
Z ac 2j4 Z ac 2j20 Z ac 2j50 Z nat 2j4 Z nat 2j20 Z nat 2j50 Z bs 2j
40x4
,695
4 Z bs 2j20 Z bs 2j50Température
de l'essai°C 4 20 50 4 20 50 4 20 50
Dimensions de l'ech.
mm 1x40x40 1x40x40 1x40x40 1x40x40 1x40x40 1x40x40 1x 0 1x40x40 1x40x40Masse de la prise d'essai
g 14,763 14,745 14,702 14,932 14,928 14,846 14 14,786 14,772vol
d'acide/basemL 145,5 145,5 145,5 0 0 0 148 148 148
conc d'acide/base
M 3,7 3,7 3,7 0 0 0 0,1 0,1 0,1
H3O+ mol/kg DM 36,5 36,5 36,6 0,0 0,0 0,0 -1 -1 -1Vol eau ajoutée
mL 0 0 0 150 150 150 0 0 0
Vol lixiviant mL 145,5 145,5 145,5 150,0 150,0 150,0 148,0 148,0 148,0L/S L/kg 9,9 9,9 9,9 10,0 10,0 10,1 1 10,0 10,0
pH à t0+4h 3,13 1,10 1,74 6,82 6,93 6,85 12,91 12,31 12,24pH à t0+44h 3,52 4,12 4,80 8,63 8,67 8,65 12,51 12,25 12,19pH à t0+48h 3,70 4,23 4,92 8,68 8,72 8,73 12,42 12,19 12,12∆pH (t0+4h)-
(t0+44h) -0,39 -3,02 -3,06 -1,81 -1,74 -1,8 0,4 0,06 0,05
∆pH (t0+44h)-(t0+48h)
-0,18 -0,11 -0,12 -0,05 -0,05 -0,08 0,09 0,06 0,07
conductivité µS/cm 33200 21000 17800 2,51 3,59 9,27 28500 21200 20600Elément LD*, mg/LZinc 0,001 78256 96301 98427 0,271 0,796 1,56 21,3 29,3 151
1,2E+00 1,5E+00 1,5E+00 4,1E-06 1,2E-05 2,4E-05 3,3E-0 4,5E-04 2,3E-03Zinc
Référence
Concentration**, mg/L
Elément Concentration, mol/L
0,1
4 *Limite de détection; en cellules grises, les valeurs inferieures à la LD ** Les résultats sont entachés d'une erreur de 5% pour les valeurs supérieures à 1mg/L et de 10% pour les autres valeurs
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.10
Nicoleta SCHIOPU 247
Annexe III.10 Les résultats de l’essai « ratio L/S » (dalles en béton)
pH acide (3,76 ± 0,13) pH neutre (7,08 ± 0,05) pH basique/naturel (12,33 ± 0,10)Bt ac 2j5 Bt ac 2j10 Bt ac 2j15 Bt nt 2j5 Bt nt 2j10 Bt nt 2j15 Bt nat 2j5 Bt nat 2j10 Bt nat 2j15
ratio L/S L/kg 5 10 15 5 10 15 5 10 15Masse sèche
de la prise d'essai
g 30,00 15,01 15,00 30,01 14,98 15,00 30,01 15,03 15,02
Masse humide de la prise d'essai
g 32,29 16,16 16,15 32,30 16,13 16,15 32,30 16,18 16,17
vol d'acide/base
conc M 15,44
mL 22 11 11 14 7 7 0 0 0
d'acide/base15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44 15,44
H3O+ or OH- mol/kg DM 11,3 11,3 11,3 7,2 7,2 7,2 0 0 0Vol eau ajoutée
mL 126 138 214 135 143 217 149 149 224
Vol lixiviant mL 150 150 226 151 151 225 151 150 225pH à t0+4h 2,93 2,88 3,87 6,78 6,24 6,89 12,18 12,37 12,21
pH à to+44h 3,58 3,71 4,11 7,15 7,04 7,11 12,52 12,48 12,28pH à t0+48h 3,73 3,65 3,91 7,1 7,12 7,02 12,42 12,35 12,23∆pH (t0+4h)-
(t0+44h)-0,65 -0,83 -0,24 -0,37 -0,8 -0,22 -0,34 -0,11 -0,07
∆pH (t0+44h)-(t0+48h)
-0,15 0,06 0,2 0,05 -0,08 0,09 0,1 0,13 0,05
conductivité µS/cm 73500 66600 56200 46800 43200 41300 9350 8230 5440
Bt ac 2j10 Bt ac 2j15 Bt nt 2j5 Bt nt 2j10 Bt nt 2j15 Bt nat 2j5 Bt nat 2j10 Bt nat 2j15Espèce LD**, mg/LAluminium 0,002 202,5 137 101 0,218 0,16 0,118 0,785 0,464 0,197Bore 0,002 1,32 0,889 0,082 0,478 0,438 0,278 0,008 0,002 0,002Calcium 0,001 30216 21213 15525 11326 7107 5291 169 91,7 59Chrome 0,002 0,722 0,463 0,036 0,188 0,136 0,092 0,102 0,068 0,049Cuivre 0,001 3,04 3,6 2,15 0,001 0,001 0,001 0,08 0,052 0,038Potassium 0,007 202 148 103 189 104 93 204 120 91Silicium 0,005 84,1 60,6 42,2 56,78 35,4 27,9 1,48 0,79 0,370Sodium 0,009 32,11 23,6 16,5 36,2 19,8 17,8 58,4 19,5 10,2Zinc 0,001 10,14 5,93 4,32 0,024 0,014 0,010 0,118 0,081 0,06Chlorures 0,050 17,6 12,8 8,97 14,67 7,79 7,42 4,80 3,20 1,90Sulphates 0,050 986 557 496 478 309 227 7,30 5,9 17,10
5,9E-06 4,4E-06 2,9E-05 1,7E-05 7,3E-064,1E-05 2,6E-05 7,4E-07 1,8E-07 1,8E-07
7,5E-01 5,3E-01 3,9E-01 2,8E-01 1,8E-01 1,3E-01 4,2E-03 2,3E-03 1,5E-031,4E-05 8,9E-06 6,9E-07 3,6E-06 2,6E-06 1,8E-06 2,0E-06 1,3E-06 9,4E-074,8E-05 5,7E-05 3,4E-05 1,6E-08 1,6E-08 1,6E-08 1,3E-06 8,2E-07 6,0E-075,2E-03 3,8E-03 2,6E-03 4,8E-03 2,7E-03 2,4E-03 5,2E-03 3,1E-03 2,3E-033,0E-03 2,2E-03 1,5E-03 2,0E-03 1,3E-03 9,9E-04 5,3E-05 2,8E-05 1,3E-051,4E-03 1,0E-03 7,2E-04 1,6E-03 8,6E-04 7,8E-04 2,5E-03 8,5E-04 4,4E-041,6E-04 9,1E-05 6,6E-05 3,7E-07 2,1E-07 1,5E-07 1,8E-06 1,2E-06 9,2E-074,9E-04 3,6E-04 2,5E-04 4,1E-04 2,2E-04 2,1E-04 1,4E-04 9,0E-05 5,4E-051,0E-02 5,8E-03 5,2E-03 5,0E-03 3,2E-03 2,4E-03 7,6E-05 6,1E-05 1,8E-04
CalciumChromeCuivrePotassiumSiliciumSodiumZincChloruresSulfates
Référence
Concentration***, mg/L
ncentration, mol/L
Bt ac 2j5Référence
7,5E-03 5,1E-03 3,8E-03 8,1E-061,2E-04 8,2E-05 7,6E-06 4,4E-05Bore
Espèce CoAluminium
*Limite de détection; en cellules grises, les valeurs inferieures à la LD ** Les résultats sont entachés d'une erreur de 5% pour les valeurs supérieures à 1mg/L et de 10% pour les autres valeurs
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.11
Nicoleta SCHIOPU 248
Annexe III.11 Les résultats de l’essai « ratio L/S » (dalles en bois)
pH acide (2,67 ± 0,04) pH neutre/naturel (5,18 ± 0,05) pH basique (9,80 ± 0,06)B ac 2j5 B ac 2j10 B ac 2j15 B nt 2j5 B nt 2j10 B nt 2j15 B bz 2j5 B bz 2j10 B bz 2j15
ratio L/S L/kg 5,0 10,0 15,0 5,0 10,0 15,0 5,0 10,0 15,0Masse sèche
de la prise d'essai
g 30,28 30,28 15,14 30,28 30,28 15,14 30,28 30,28 15,14
Masse humide de la prise d'essai
g 33,38 33,38 16,69 33,38 33,38 16,69 33,38 33,38 16,69
vol d'acide/base
mL 4 4 2 0 0 0 15 15 7,5
conc d'acide/base
M 0,1 0,1 0,1 15,44 15,44 15,44 0,1 0,1 0,1
/kg DM 0,013 0,013 0,013 0 0 0 0,050 0,050 0,050Vol eau ajoutée
mL 145 297 224 149 299 225 133 285 218
Vol lixiviant mL 152 304 228 152 302 227 151 303 227pH à t0+4h 2,61 2,78 2,77 5,23 5,27 5,31 12,18 12,37 12,21
pH à to+44h 2,67 2,71 2,81 5,19 5,2 5,26 12,52 12,48 12,28pH à t0+48h 2,63 2,68 2,71 5,14 5,18 5,23 9,86 9,75 9,81∆pH (t0+4h)-
(t0+44h)-0,06 0,07 -0,04 0,04 0,07 0,05 -0,34 -0,11 -0,07
∆pH (t0+44h)-(t0+48h)
0,04 0,03 0,1 0,05 0,02 0,03 2,66 2,73 2,47
conductivité µS/cm 2940 2090 2010 516 418 290 3250 3120 2280
B ac 2j5 B ac 2j10 B ac 2j15 B nt 2j5 B nt 2j10 B nt 2j15 B bz 2j5 B bz 2j10 B bz 2j15Espèce LD**, mg/L
1 9,69 6,720 19,1 9,750 6,990 14,9 7,84 6,2800,001 132,1 79,7 56 58,3 31,40 18 26,3 17,20 11,20
Cuivre 0,001 144 90 70 39,3 20,7 14,5 55,0 31,2 19,8Potassium 0,007 62 33 22 47,2 23 15 57,9 32 22Zinc 0,001 2,7 2,3 2,0 1,2 0,56 0,5 1,88 0,55 0,42Chlorures 0,050 6,8 2,8 2,00 7,78 3,07 2,23 7,23 3,04 2,36Sulphates 0,050 12,3 14,3 3,0 17,2 11,3 4,8 15,50 9,14 6,16COD 1535 862 589 1715 929 653 4964 3300 2120
1,7E-03 9,0E-04 6,2E-04 1,8E-03 9,0E-04 6,5E-04 1,4E-03 7,3E-04 5,8E-043,3E-03 2,0E-03 1,4E-03 1,5E-03 7,8E-04 4,5E-04 6,6E-04 4,3E-04 2,8E-042,3E-03 1,4E-03 1,1E-03 6,2E-04 3,3E-04 2,3E-04 8,7E-04 4,9E-04 3,1E-041,6E-03 8,4E-04 5,6E-04 1,2E-03 5,8E-04 3,9E-04 1,5E-03 8,1E-04 5,5E-044,1E-05 3,5E-05 3,1E-05 1,8E-05 8,5E-06 7,9E-06 2,9E-05 8,5E-06 6,4E-061,9E-04 7,8E-05 5,6E-05 2,2E-04 8,6E-05 6,3E-05 2,0E-04 8,6E-05 6,6E-051,3E-04 1,5E-04 3,2E-05 1,8E-04 1,2E-04 5,0E-05 1,6E-04 9,5E-05 6,4E-05
BoreCalciumCuivrePotassiumZinc
lfates
H3O+ or OH- mol
Bore 0,002 18,Calcium
ChloruresSu
ratio L/S = le rapport entre le volume de lixiviant (en L) et la masse sèche de l échantillon analysé (en kg)
Concentration***, mg/L
Espèce Concentration****, mol/L
Référence
Référence
*Limite de détection; en cellules grises, les valeurs inferieures à la LD ** Les résultats sont entachés d'une erreur de 5% pour les valeurs supérieures à 1mg/L et de 10% pour
les autres valeurs
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.12
Nicoleta SCHIOPU 249
ières en zinc)
Annexe III.12 Les résultats de l’essai « ratio L/S » (goutt
pH acide (4,21 ± 0,10) pH naturel (8,54 ± 0,22) pH basique (12,15 ± 0,04)Z ac 2j5 Z ac 2j10 Z ac 2j15 Z nt 2j5 Z nt 2j10 Z nt 2j15 Z bs 2j5 Z bs 2j10 Z bs 2j15
ratio L/S L/kg 5 10 15 5 10 15 5 10 15dimensions
des ech.mm 3x(1x40x40) 2x(1x40x40) 2x(1x40x40) 3x(1x40x40) 2x(1x40x40) 2x(1x40x40) 3x(1x40x40) 2x(1x40x40) 2x(1x40x40)
masse de la prise d'essai
g 22,081 14,745 14,748 22,137 14,928 14,926 22,184 14,786 14,735
vol d'acide/base
mL 110 145,5 222 0 0 0 110 148 221
conc d'acide/base
M 7,3 3,7 2,4 0 0 0 0,2 0,1 0,07
H3O+ or OH- mol/kg DM 36,4 36,5 36,1 0 0 0 -1,0 -1,0 -1,0Vol eau ajoutée
mL 0 0 0 110 150 224 0 0 0
Vol lixiviant mL 110 145,5 222,0 110,0 150,0 224,0 110,0 148,0 221,0pH à t0+4h 1,61 1,10 1,77 6,82 6,93 6,91 12,58 12,31 12,28
pH à t0+44h 3,97 4,12 3,91 8,17 8,67 8,36 12,22 12,25 12,18pH à t0+48h 4,31 4,23 4,11 8,29 8,72 8,62 12,15 12,19 12,11∆pH (t0+4h)-
(t0+44h)-2,36 -3,02 -2,14 -1,35 -1,74 -1,45 0,36 0,06 0,1
∆pH (t0+44h)-(t0+48h)
-0,34 -0,11 -0,2 -0,12 -0,05 -0,26 0,07 0,06 0,07
conductivité µS/cm 28400 21000 20100 5,5 3,59 2,7 21400 21200 21100
Z ac 2j5 Z ac 2j10 Z ac 2j15 Z nt 2j5 Z nt 2j10 Z nt 2j15 Z bz 2j5 Z bz 2j10 Z bz 2j15Espèce LD**, mg/LZinc 0,001 197400 96301 63600 1,66 0,796 0,5 28,0 29,3 29,2
3,0E+00 1,5E+00 9,7E-01 2,5E-05 1,2E-05 7,6E-06 4,3E-04 4,5E-04 4,5E-04
Concentration***, mg/L
Concentration, mol/L
Référence
Référence
EspèceZinc
ratio L/S apport entre le volume de lixiviant (en L) et la masse sèche de l échantillon analysé (en kg)= le r *Limite de détection; en cellules grises, les valeurs inferieures à la LD ** Les résultats sont entachés d'une erreur de 5% pour les valeurs supérieures à 1mg/L et de 10% pour les autres valeurs
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.13
Nicoleta SCHIOPU 250
Annexe III.13 Les résultats de l’essai CMLT (dalles en béton) Produit Lixiviant
Masse ech., g
Surface ech., cm2
Volume ech, cm3
Porosité ouverte ech., %
Taux humidité ech., %
Volume lix pores ech.,
mL
Vol. Lixiviant, mL L/S, L/kg
L/A, cm3/cm2
dalle béton eau demin. 154,3 96 64 14,7 4,9 9,4 480 3,3 5,0
Debit renouv, mL/min
Debit recirculation,
mL/min0,84 300
Prélèvements "moyens" (tout l'éluat)
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Vol éluat estimé, mL
Volume eluat
mesuré, mL
Ratio L/A cumulé, cm3/cm2
pHCond, µS/cm
1 0,083 0,88 0,55 84 89,79 6 10,66 1942 0,166 0,88 0,55 96 96,46 7 11,03 3323 0,33 0,88 0,55 192 195,77 9 10,52 1354 1 0,87 0,54 768 765,1 17 11,1 3345 2 0,86 0,54 1152 1216,5 30 11,1 3416 4 0,85 0,53 2304 2325,1 54 11,12 2947 9 0,84 0,53 5760 5932,2 116 10,48 1248 16 0,86 0,54 8064 8369,7 203 10,15 89,49 36 0,76 0,48 23040 21640 428 9,19 52,810 64 0,78 0,49 32256 30805 749 9,21 44,7
Concentration B, Cr, Cu < LDAl, mg/L Ca, mg/L K, mg/L Na, mg/L Si, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L COD, mg/L
0,002*** 0,001*** 0,072*** 0,009*** 0,005*** 0,001*** 0,05*** 0,05***1 0,083 0,214 16,7 7,14 1,05 0,723 0,019 0,136 0,489 5,102 0,166 0,217 20,4 7,60 1,09 0,786 0,010 0,232 0,693 4,793 0,33 0,217 11,4 2,67 0,388 0,825 0,010 0,112 0,495 2,084 1 0,219 18,1 4,15 0,619 0,881 0,005 0,190 0,522 3,145 2 0,292 22,2 4,43 0,688 0,967 0,004 0,191 0,577 2,446 4 0,380 26,1 5,91 0,764 1,26 0,008 0,213 0,584 2,547 9 0,293 12,3 2,59 0,465 1,49 0,023 0,406 0,573 2,408 16 0,276 10,8 1,42 0,307 1,27 0,003 0,137 0,431 2,689 36 0,196 8,37 1,07 0,262 1,01 0,006 0,26 0,311 2,1310 64 0,125 8,38 0,418 0,109 0,765 0,001 0,084 0,164 1,44
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
Prélèvements "ponctuels" (un volume minimal d'éluDurée lix Débit renouv Débit um
at = 25 mL, ~ 30 minutes)
(cumulée), jours
mesuré, mL/min
surfacique, mL/cm2/h
Vol e eluat mesuré pH
Cond, µS/cm
1 0,083 0,88 0,55 25 10,66 1942 0,166 0,88 0,55 25 11,03 332
5 25 10,67 17825 11,25 367
5 2 0,86 0,54 25 11,18 3196 4 0,85 0,53 25 11,11 2877 9 0,84 0,53 25 10,62 1218 16 0,86 0,54 25 10,27 89,29 36 0,76 0,48 25 9,98 71,610 64 0,78 0,49 25 9,85 43,5
N° prelev.
3 0,33 0,88 0,54 1 0,87 0,54
Concentration B, Cr, Cu < LD
Al, mg/L Ca, mg/L K, mg/L Na, mg/L Si, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L
0,002*** 0,001*** 0,072*** 0,009*** 0,005*** 0,001*** 0,05*** 0,05***1 0,083 0,214 16,7 7,14 1,05 0,723 0,019 0,136 0,4892 0,166 0,217 20,4 7,60 1,09 0,786 0,010 0,232 0,6933 0,33 0,278 12,5 2,89 0,472 0,912 0,012 0,112 0,4954 1 0,284 18,7 4,37 0,784 0,957 0,008 0,19 0,522 5 2 0,006 1,47 1,03 0,998 0,341 0,112 0,209 0,537 6 4 0,277 23,1 3,22 0,542 1,11 0,004 0,317 0,578 7 9 0,261 20,7 1,83 0,596 1,29 0,014 0,423 0,597 8 16 0,283 16,3 1,25 0,366 1,28 0,005 0,102 0,4849 36 0,147 8,23 0,6 0,22 0,687 0,009 0,16 0,27510 64 0,119 7,48 0,592 0,162 0,763 0,006 0,07 0,112
Durée lix (cumulée),
jours
N° prelev.
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.14
Nicoleta SCHIOPU 251
Annexe III.14 Les résultats de l’essai CMLT (dalles en bois) Produit Lixiviant
Masse totale ech*., g
Surface ech., cm2
Volume ech, cm3
Porosité ouverte ech.,
%
Taux humidité ech., %
Volume lix pores ech.,
mL
Vol. Lixiviant**,
mLL/S, L/kg
L/A, cm3/cm2
dalle bois eau demin. 18,82 95,4 19,2 71,7 9,3 13,8 480 28,1 5,0
Debit renouv***, mL/min
Debit recirculation,
mL/min0,84 300
Prélèvements "moyens" (tout l'éluat)
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Vol éluat estimé, mL
Volume eluat
mesuré, mL
L/A cumulé (mesure), cm3/cm2
pHCond, µS/cm
1 0,083 0,86 0,54 84 80 1 6,64 35,22 0,166 0,86 0,54 96 93 2 6,75 44,63 0,33 0,86 0,54 192 209 4 6,74 44,94 1 0,85 0,53 768 713 11 6,36 39,95 2 0,83 0,52 1152 1133 23 6,58 306 4 0,79 0,50 2304 2227 47 6,97 16,97 9 0,78 0,49 5760 5750 107 6,48 7,358 16 0,8 0,50 8064 7761 188 6,33 6,219 36 0,69 0,43 23040 21156 410 5,98 6,2610 64 0,71 0,45 32256 30511 730 6,34 5,37
Concentration Cr < LD B, mg/L Cu, mg/L Ca, mg/L K, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L CUD, mg/L
0,002 0,001 0,001 0,072 0,001 0,05 0,051 0,083 0,534 0,254 1,59 2,15 0,081 0,402 0,233 36,72 0,166 0,730 0,880 2,21 2,37 0,092 0,366 0,218 46,63 0,33 0,837 1,03 2,33 2,58 0,096 0,336 0,181 50,34 1 0,478 0,594 1,67 1,50 0,076 0,330 0,085 33,495 2 0,350 0,308 1,64 0,904 0,106 0,123 0,050 17,906 4 0,114 0,137 1,05 1,41 0,083 0,509 0,050 8,3837 9 0,04 0,016 0,414 0,295 0,027 0,198 0,050 3,048 16 0,018 0,021 0,417 0,35 0,031 0,296 0,050 2,2039 36 0,005 0,014 0,357 0,961 0,028 0,263 0,050 1,06710 64 0,005 0,001 0,194 0,285 0,015 0,081 0,050 0,565
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
Prélèvements "ponctuels" (un volume minimal d'éluat = 25 mL, ~ 30 minutes)
9 36 0,69 0,43 25 5,72 6,1610 64 0,71 0,45 25 6,15 5,38
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Volume eluat mesuré pH
Cond, µS/cm
1 0,083 0,86 0,54 25 6,64 35,22 0,166 0,86 0,54 25 6,75 44,63 0,33 0,86 0,54 25 6,74 44,94 1 0,85 0,53 25 6,36 39,95 2 0,83 0,52 25 6,65 27,16 4 0,79 0,50 25 7,02 15,37 9 0,78 0,49 25 6,72 6,988 16 0,8 0,50 25 6,17 6,2
Concentration Cr < LD
B, mg/L Cu, mg/L Ca, mg/L K, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L CUD, mg/L
0,002 0,001 0,001 0,072 0,001 0,05 0,051 0,083 0,534 0,254 1,59 2,15 0,081 0,402 0,233 36,72 0,166 0,730 0,880 2,21 2,37 0,092 0,366 0,218 46,63 0,33 0,851 0,972 2,17 2,41 0,087 0,311 0,094 59,44 1 0,471 0,525 1,51 1,26 0,067 0,296 0,061 37,25 2 0,534 0,254 1,59 2,15 0,081 0,102 0,05 11,906 4 0,015 0,055 0,662 0,41 0,055 0,432 0,05 7,257 9 0,026 0,011 0,349 0,163 0,026 0,115 0,05 2,788 16 0,014 0,017 0,5 1,59 0,024 0,198 0,05 1,929 36 0,005 0,015 0,333 0,664 0,02 0,178 0,05 0,98410 64 0,009 0,001 0,273 0,415 0,014 0,05 0,05 0,236
Durée lix (cumulée),
jours
N° prelev.
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.15
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Prélèvements "moyens" (tout l'éluat)
252
Annexe III.15 Les résultats de l’essai CMLT (gouttières en zinc)
Produit LixiviantMasse totale
ech*., gSurface
ech., cm2Volume ech,
cm3
Vol. Lixiviant**,
mLL/S, L/kg
L/A, cm3/cm2
Debit renouv***, mL/min
Debit recirculati
mL/mingouttière en
zinc eau demin. 21,8 96 4,8 480 22,0 5,0 0,84 300
Durée lix
(cumulée), jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Volume eluat
mesuré, mL
L/A cumulé (calcul),
cm3/cm2
L/A cumulé (mesure), cm3/cm2
pH Cond,
µS/cm
Conc. Zn, mg/L
0,083 0,86 0,54 83,85 1,1 0,9 7,08 34 0,0450,166 0,86 0,54 88,57 2,1 1,8 7,4 133 0,0760,33 0,86 0,54 203,18 4,3 3,9 7,65 25,5 0,164
1 0,85 0,53 713,09 12,8 11,3 6,68 14,68 0,3302 0,83 0,52 1131,1 25,3 23,1 6,54 13,84 0,5994 0,79 0,49 2280,4 49,0 46,9 6,79 7,1 0,7779 0,78 0,49 5648,2 107,5 105,7 6,33 5,61 0,583
16 0,8 0,50 7673,2 191,6 185,7 6,45 11,96 0,7636 0,72 0,45 21130 407,8 405,8 6,24 12,23 0,761
75 0,47 30977 723,1 728,6 6,34 9,7 0,98164 0, Prélèvements "ponctuels" (un volume mi
ev. Durée lix(cumulée)
jours
nimal d'éluat = 25 mL, ~ 30 minutes) N° prel
, D
épH Cond, µS/cm Zn, mg/L
1 0,083 7,08 34 0,0452 0,166 7,4 133 0,0763 0,33 54 1 0,85 0,53 255 2 0,83 0,52 256 4 0,79 0,49 257 9 0,78 0,49 258 16 0,8 0,50 259 36 0,72 0,45 25
10 64 0,75 0,47 25
ébit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Volume
eluat mesur0,86 0,54 250,86 0,54 250,86 0,54 2 7,11 29,3 0,295
6,48 19,1 0,4617,08 9,1 0,6386,82 6,8 0,7036,28 5,82 0,8156,5 11,38 0,776
6,18 16,14 0,7026,26 12,68 1,29
on,
Annexe III.16
Nicoleta SCHIOPU 253
ech., cm2 cm3 %
Taux humidité ech., %
Volume lix pores ech.,
mL
Vol. Lixiviant*,
mLL/S, L/kg
L/A, cm3/cm2
dalle béton eau demin. 153,6 96,1 64 14,7 4,9 9,4 475,0 3,3 5,0
Annexe III.16 Les résultats de l’essai MBT (dalles en béton)
Produit LixiviantMasse ech., Surface Volume ech,
Porosité ouverte ech.,g
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
Volume eluat
mesuré, mLpH
Cond, µS/cm
1 0,083 475 11,29 3272 0,166 475 11,23 2693 0,33 475 10,98 1704 1 475 11,58 4075 2 475 11,46 9836 4 475 11,83 13337 9 475 12,01 22608 16 475 11,94 17509 36 475 11,41 3390
10 64 475 11,38 3410 Concentration B, Cr < LD
Al, mg/L Ca, mg/L Cu, mg/L K, mg/L Na, mg/L Si, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L CUD, mg/L
0,002** 0,001** 0,001** 0,072** 0,009** 0,005** 0,001** 0,05** 0,05**1 0,083 0,654 17,8 0,001 17,7 2,85 0,287 0,007 0,343 0,272 1,482 0,166 0,713 21,6 0,001 5,93 1,02 0,306 0,004 0,412 0,200 1,673 0,33 0,724 14,3 0,001 4,72 0,635 0,225 0,006 0,284 0,173 2,244 1 0,928 58,2 0,021 12,7 2,27 1,08 0,007 0,478 0,467 2,825 2 1,27 88,2 0,035 14,3 2,38 1,25 0,008 0,660 0,761 3,086 4 1,58 106 0,019 19,3 3,00 1,55 0,169 1,04 1,06 3,167 9 1,79 170 0,014 33,8 5,29 1,46 0,485 0,964 1,23 2,718 16 1,72 126 0,010 32,8 5,41 1,60 0,101 1,04 1,31 2,509 36 1,67 174 0,003 49,5 7,96 1,56 0,047 1,48 1,56 3,38
10 64 1,69 286 0,001 70,3 9,05 1,28 0,042 1,36 1,80 1,43
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
Les résultats de l’essai MBT 10 (dalles en béton)
Produit LixiviantMasse ech.,
gSurface
ech., cm2Volume ech,
cm3
Porosité ouverte ech.,
%
Taux humidité ech., %
Volume lix pores ech.,
mL
Vol. Lixiviant*,
mLL/S, L/kg
L/A, cm3/cm2
dalle béton eau demin. 153,6 96,1 64 14,7 4,9 9,4 950,0 6,5 10,0
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
Volume eluat
mesuré, mLpH
Cond, µS/cm
1 0,083 950 10,76 115,72 0,166 950 10,85 99,73 0,33 950 10,46 1054 1 950 10,24 1755 2 950 10,87 2966 4 950 11,36 5117 9 950 11,35 6438 16 950 11,61 7119 36 950 11,11 1335
10 64 950 11,1 894 Concentration B, Cr < LD
Al, mg/L Ca, mg/L Cu, mg/L K, mg/L Na, mg/L Si, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L CUD, mg/L
0,002** 0,001** 0,001** 0,072** 0,009** 0,005** 0,001** 0,05** 0,05**1 0,083 0,245 5,81 0,030 6,29 0,957 0,168 0,001 0,278 0,296 2,1732 0,166 0,214 9,20 0,017 3,51 0,514 0,300 0,001 0,284 0,193 2,3023 0,33 0,178 1,02 0,006 0,749 0,167 0,048 0,015 0,213 0,062 2,5514 1 0,247 0,120 0,015 0,368 0,256 0,011 0,384 0,249 0,05 2,5415 2 0,467 28,3 0,012 5,88 0,934 1,04 0,006 0,205 0,438 3,6986 4 0,563 36,7 0,047 7,44 1,21 1,30 0,188 0,542 0,554 5,3937 9 0,824 58,6 0,018 13,2 2,14 1,37 0,214 0,459 0,605 3,0668 16 0,879 62,0 0,015 13,5 2,22 1,46 0,148 0,452 0,688 2,0189 36 0,712 73,1 0,001 20,1 3,80 1,52 0,226 1,38 1,25 3,03
10 64 0,613 123 0,001 25,7 4,22 1,68 0,013 0,591 1,57 1,035
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.17
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
254
Annexe III.17 Les résultats de l’essai MBT (dalles en bois)
Produit LixiviantMasse ech.,
gSurface
ech., cm2Volume ech,
cm3
Porosité ouverte ech.,
%
Taux humidité ech., %
Volume lix pores ech.,
mL
Vol. Lixiviant*,
mLL/S, L/kg
L/A, cm3/cm2
dalle bois eau demin. 25,83 127,5 63 71,7 9,3 45,2 635,2 27,1 5,0
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
Volume eluat
mesuré, mL
L/A cumulé, cm3/cm2 pH
Cond, µS/cm
1 0,083 635 5 6,13 16,06 2 0,166 635 10 6,03 9,86 3 0,33 635 15 5,97 8,15 4 1 635 20 5,91 9,07 5 2 635 25 5,89 10,58 6 4 635 30 5,94 21,20 7 9 635 35 5,80 37,30 8 16 635 40 5,52 17,96 9 36 635 45 5,31 21,70
10 42 22,364 635 50 5, Concentration*** Cr < LD
B, mg/L Cu, mg/L Ca, m -, mg/L SO4--, mg/L CUD, mg/L
0,002** 0,001** 0,001 ,05** 0,05**1 0,083 0,502 0,524 0,51 ,370 0,213 14,052 0,166 0,270 0,148 0,33 ,335 0,05 7,243 0,33 0,244 0,201 0,2 ,057 0,056 8,574 1 0,679 0,532 0,42 ,144 0,05 19,135 2 0,611 0,483 0,44 ,118 0,05 16,276 4 0,834 0,543 0,65 ,083 0,05 18,907 9 1,01 0,646 1,2 1,98 0,071 22,788 16 0,345 0,638 1,7 0,48 0,100 23,679 36 0,222 0,636 2,2 ,069 0,111 30,3
10 64 0,083 0,653 1,56 ,252 0,057 24,7
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
g/L K, mg/L Zn, mg/L Cl
** 0,072** 0,001** 08 1,63 0,044 02 1,09 0,034 0
41 0,749 0,049 06 1,89 0,049 05 1,81 0,043 06 2,51 0,126 0
5 3,98 0,5258 2,52 0,0875 1,27 0,104 0
0,559 0,031 0
Produit LixiviantMasse ech.,
gSurface
ech., cm2Volume ech,
cm3 ouVol.
xiviant*, mL
L/S, L/kgL/A,
cm3/cm2
dalle bois eau demin. 71,7 9,3 45,2 1285 54,2 10
Les résultats de l’essai MBT 10 (dalles en bois) Porosité verte ech.,
%
Taux humidité ech., %
Volume lix pores ech.,
mLLi
26,12 128,9 63
N° prelev.Durée lix
(cumulée),jours
1 0,0832 0,1663 0,334 15 26 47 98 169 36
10 64
Volume
eluat mesuré, mL
pHCond, µS/cm
1285 6,28 10,86 1285 5,91 7,63 1285 5,88 7,16 1285 5,84 8,02 1285 5,81 8,36 1285 5,89 8,54 1285 5,80 11,51 1285 5,75 8,57 1285 5,53 11,97 1285 5,54 9,78
Concentration*** Cr < LD B, mg/L Ca, mg/L Cu, mg/L K, mg/L Na, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg
0,002** 0,001** 0,001** 0,072** 0,009** 0,001** 0,05** 0,05**1 0,083 0,135 0,150 0,102 0,545 0,050 0,039 0,225 0,0352 0,166 0,077 0,105 0,053 0,272 0,074 0,015 0,079 0,0253 0,33 0,064 0,100 0,030 0,305 0,038 0,046 0,074 0,0254 1 0,105 0,201 0,041 0,432 0,033 0,036 0,162 0,0285 2 0,142 0,332 0,113 0,456 0,052 0,030 0,156 0,0836 4 0,160 0,290 0,184 0,414 0,060 0,070 0,077 0,0727 9 0,164 0,390 0,151 0,426 0,072 0,118 0,069 0,0638 16 0,058 0,488 0,085 0,363 0,059 0,123 0,190 0,0879 36 0,014 0,621 0,075 0,111 0,038 0,044 0,046 0,03910 64 0,008 0,469 0,100 0,064 0,040 0,011 0,037 0,040
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
/L COD, mg/L
3,82,33,24,64,94,83,43,14,63,9
Annexe III.18
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
255
Annexe III.18 Les résultats de l’essai MBT (gouttières en zinc) Surface exposée : 40 cm2
N°
prel.
Durée lix (cumulée),
jours
Volume
eluat, mL
L/A cumulé,
cm3/cm2
pH Cond, µS/cm
1 0,083 200 5 6,99 11,59 2 0,166 200 10 6,00 7,64 3 0,33 200 15 5,73 2,80 4 1 200 20 6,15 3,66
2 200 25 6,88 5,49 4 200 30 7,75 18,08 9 200 35 7,43 8,99 16 200 40 7,58 5,88 36 200 45 6,46 6,20 64 200 50 6,42 6,31
5678910
Conc. Zn, mg/L
0,0010,1900,2430,2850,6340,9711,951,351,120,7892,07
Les résultats de l’essai MBT 10 (gouttières en zinc) ce ex e : 40 cm2
Durée l(cum
jou
Volume
eluat, mL
L/A cumulé,
cm3/cm2
pH Cond,
µS/cm0,083 400 10 5,97 2,70 0,166 400 20 5,78 2,79 0, 400 30 5,66 2,62
1 400 40 6,02 3,56 2 400 50 6,37 10,63 4 400 60 6,93 21,70 9 400 70 6,93 12,28 1 400 80 7,15 11,63 3 400 90 5,82 21,30 64 400 100 5,92 23,5
SurfaN°
prel.12345678910
poséix
ulée),rs
33
66
Conc. Zn, mg/L
0,0010,100,080,140,221,523,012,292,103,302,85
Annexe III.19
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
256
Annexe III.19 Les résultats de l’essai « CMLTv » (dalles en béton)
Produit LixiviantMasse ech.,
gSurface
ech., cm2Volume ech,
cm3
Porosité ouverte ech.,
%
Taux humidité ech., %
Volume lix pores ech.,
mL
Vol. Lixiviant*,
mLL/S, L/kg
L/A, 3/cm2
dalle béton eau demin. 152,8 94,4 64 14,7 4,9 9,4 480 3,3 5
cm
,1
Debit renouv**, mL/min
Debit recirculation,
mL/min0,8 300
Prélèvements moyens (tout l'éluat) prelev.
Durée lix (cumulée),
jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Vol éluat estimé, mL
Volume eluat
mesuré, mL
Rato L/A cumulé,
cm3/cm2pH
CondµS/cm
1 0,083 0,86 0,55 84 102 6 9,48 82,22 0,166 0,86 0,55 96 100 7 9,91 76,63 0,33 0,85 0,54 192 193 9 10,21 102,44 1 0,83 0,53 768 772 17 10,73 144,5 2 0,83 0,53 1152 1108 29 10,65 136,6 4 0,84 0,53 2304 2 90,87 9 0,84 0,53 5760 5 100,8 16 0,85 0,54 8064 6931 188 10,1 85,29 79 0,50 23040 24120 443 9,8 6010 77 0,49 32256 30322 765 9,65 45,3
N°,
44
6333 54 10,19725 114 10,25
36 0,64 0,
Concentration B, Cr, Cu < LD Al, mg/ /L Si, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO UD, mg/L
0,002*** 0,001*** 0,072*** 0,009*** 0,005*** 0,001*** 0,05***1 0,083 0,064 2,100 12,30 1,090 0,518 0,008 6,13 2,692 0,166 0,123 4,260 9,32 1,730 1,000 0,012 0,54 3,553 0,33 0,145 6,150 9,57 1,720 1,280 0,011 0,49 3,624 1 0,179 8,320 9,69 1,720 1,380 0,011 0,44 3,695 2 0,151 9,610 5,61 1,030 1,080 0,009 0,35 2,356 4 0,140 10,600 3,71 0,648 0,933 0,007 0,41 1,837 9 0,161 10,600 2,16 0,416 0,901 0,003 0,18 1,348 16 0,143 8,240 2,00 0,291 0,725 0,003 0,78 1,239 36 0,086 8,250 1,27 0,173 0,611 0,006 0,58 1,3110 64 0,067 6,300 0,29 0,082 0,559 0,003 0,05 0,68
prelev.Durée lix
(cumulée), jours
L Ca, mg/L K, mg/L Na, mg 4--, mg
0,05***0,080,110,110,110,070,060,080,080,180,11
/L CN°
Prélèvements ponctuels (un volN°
ume minimal d'éluat = 30 mL) prelev. Durée lix
(cumulée), jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
pH Cond,
µS/cm1 0,083 0,86 0,55 9,48 82,22 0,166 0,86 0,55 9,91 76,63 0,33 0,85 0,54 10,21 102,44 1 0,83 0,53 10,73 144,45 2 0,83 0,52 10,66 138,36 4 0,84 0,53 10,51 134,27 9 0,84 0,53 10,46 116,48 16 0,85 0,53 10,31 117,29 36 0,79 0,49 10,24 72
10 64 0,77 0,48 10,07 58,1 Concentration B, Cr, Cu < LD
N° prelev. Durée lix (cumulée), Al, mg/L Ca, mg/L K, mg/L Na, mg/L Si, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO COD, mg/L
1 0,083 0,064 2,10 12,3 1,09 0,52 0,008 6,13 2,692 0,166 0,123 4,26 9,3 1,73 1,00 0,012 0,54 3,553 0,33 0,121 6,87 10,1 1,13 1,12 0,010 0,38 3,214 1 0,152 9,11 10,2 1,11 1,10 0,010 0,33 3,175 2 0,137 10 4,68 0,886 0,993 0,010 0,31 2,016 4 0,136 10,6 4,07 0,497 0,926 0,003 0,39 1,527 9 0,158 11,6 1,88 0,353 0,83 0,005 0,13 1,168 11,2 4,87 0,296 0,721 0,008 0,73 0,919 36 0,063 8,65 1,41 0,179 0,818 0,005 0,56 0,82
10 64 0,066 6,86 0,487 0,136 0,705 0,005 0,05 0,23
16 0,136
4--, mg
0,080,110,090,090,060,060,060,080,100,09
/L
Annexe III.20
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
257
Annexe III.20 Les résultats de l’essai « CMLTv » (dalles en bois) Produit Lixiviant Vol.
Lixiviant*Debit
renouv**, Debit
recirculation, masse ech.,
gTaux
Humidité, %masse ech.
sec , gsurface ech.,
cm2porosité ouverte, %
vol ech, cm3 volume lix pores ech.,
dalle bois 1 eau demin. 462 0,8 300 21,61 8,78 19,71 94,36 72,94 35,84 26,14
dalle bois 2 eau demin. 462 0,8 300 21,58 8,78 19,69 94,36 72,94 35,84 26,14
L/S, L/kg L/A, cm3/cm2
dalle bois 1 23,4 5
dalle bois 2 23,5 5 Prélèvements moyens (tout l'éluat) Dalles bois 1
N° prelev. Durée lix (cumulée),
jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Vol éluat
estimé, mL
Volume eluat
mesuré, mL
Ratio L/A cumulé,
cm3/cm2
pH Cond,
µS/cm1 0,083 0,83 0,54 84 90 6 5,23 56,22 0,166 0,8 0,52 96 97 7 5,32 69
3 0,73 0,47 192 167 9 5,43 67,10,78 0,51 768 660 16 5,87 38,60,73 16,1
6 4 0,84 0,55 2304 7,837 9 0,83 0,54 5760 5,028 16 0,76 0,49 8064 7,049 36 0,87 0,56 23040 2 4,05
10 64 0,82 0,53 32256 3
3 0,34 15 2 0,47 1152 945 26 6,35
2180 49 6,375608 108 5,997660 189 5,522200 425 5,443100 776 5,46 4,41
Concentration Cr < LD B, mg/L Cu, mg/L Ca, mg/L K, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO0,002* 0,001 0,001 0,072 0,001 0,05
1 0,083 1,23 2,84 3,28 3,96 0,290 0,896 2 0,166 1,69 4,11 4,79 4,90 0,346 0,828 3 0,33 1,59 4,03 4,58 4,53 0,331 0,649 4 1 1,00 2,69 2,80 2,95 0,198 0,331 5 2 0,352 0,935 0,922 1,26 0,078 0,128 6 4 0,072 0,203 0,497 0,302 0,034 0,050 7 9 0,035 0,076 0,341 0,104 0,030 0,058 16 0,082 0,03 0,379 0,321 0,756 0,253 9 36 0,138 0,03 0,225 0,216 0,011 0,132
10 64 0,098 0,05 0,147 0,294 0,019 0,177
N° prelev.Durée lix
(cumulée), 4--, mg/L COD, mg/L0,05
0,546 66,710,689 90,990,202 74,630,080 49,510,05 21,480,05 5,380,05 1,98
0,071 1,140,122 0,460,081 0,19
Dalles bois 2 N° prelev. Durée lix
(cumulée), jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Vol éluat
estimé, mL
Volume eluat
mesuré, mL
pH Cond,
µS/cm1 0,083 0,83 0,52 84 104,72 5,93 65,72 0,166 0,8 0,50 96 96,95 6,02 81,63 0,33 0,73 0,46 192 168,71 5,98 77,34 1 0,78 0,49 768 662 5,95 50,45 2 0,73 0,46 1152 957 5,79 20,76 4 0,84 0,53 2304 2217 6,32 9,487 9 0,83 0,52 5760 5692 6,31 7,218 16 0,79 0,49 8064 7860 6,46 6,469 36 0,88 0,55 23040 22900 5,55 4,6
10 64 0,85 0,53 32256 34200 5,43 4,37 Concentration Cr < LD
B, mg/L Cu, mg/L Ca, mg/L K, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L CUD, mg/L0,002 0,001 0,001 0,072 0,001 0,05 0,05
1 0,083 1,69 3,76 4,76 4,99 0,407 0,845 0,266 72,42 5,28 5,87 6,46 0,480 0,894 0,347 114,03 2 5,48 5,37 6,22 0,434 0,668 0,176 82,34 3,47 3,29 3,64 0,257 0,364 0,05 51,35 1,33 1,25 1,34 0,110 0,101 0,05 27,86 0,346 0,721 0,196 0,058 0,05 0,05 6,27 0,089 0,493 0,072 0,045 0,05 0,05 2,08 0,01 0,452 0,266 0,180 0,226 0,112 1,39 0,03 0,251 0,195 0,017 0,148 0,052 0,6
10 0,05 0,116 0,313 0,008 0,123 0,05 0,2
N° prelev.Durée lix
(cumulée),
0,166 2,370,33 2,2
1 1,322 0,4264 0,1139 0,042
16 0,05636 0,12664 0,094
Annexe III.20
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
258
Prélèvements ponctuels (un volume minimal d'éluat = 25 mL, ~ 30 minutes) Dalles bois 1
N° prelev. Durée lix (cumulée),
jours
Durée lix,
jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Volume eluat
mesuré
pH Cond,
µS/cm1 0,083 0,083 0,83 0,52 25 5,23 56,22 0,166 0,083 0,8 0,50 25 5,32 693 0,33 0,166 0,73 0,46 25 5,39 62,14 1 0,66 0,78 0,49 25 5,81 35,55 2 1 0,73 0,46 25 5,94 11,356 4 2 0,84 0,53 25 6,14 5,877 9 5 0,83 0,52 25 5,86 5,338 16 7 0,76 0,48 25 5,92 3,89 36 20 0,87 0,54 25 5,42 8,3
10 64 28 0,82 0,51 25 5,19 7,97 Concentration Cr < LD
N° prelev. Durée lix (cumulée),
joursB, mg/L Cu, mg/L Ca, mg/L K, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L CUD, mg/L
1 0,083 1,23 2,84 3,28 3,96 0,290 0,896 0,546 66,712 0,166 1,69 4,11 4,79 4,90 0,346 0,828 0,689 90,993 0,33 1,17 3,23 3,28 4,13 0,186 0,549 0,165 74,634 1 0,72 0,69 0,51 1,15 0,093 0,267 0,062 49,515 2 0,188 0,056 0,111 0,05 21,486 4 0,030 0,036 0,050 0,05 5,387 9 0,053 0,031 0,05 0,05 1,988 16 0,12 0,027 0,102 0,061 1,149 36 0,183 0,036 0,097 0,073 0,46
10 64 0,063 0,059 0,083 0,061 0,19
0,486 0,789 0,9260,126 0,397 0,1640,059 0,318 0,1170,034 0,262 1,1250,05 0,372 0,3220,042 0,145 0,224
Dalles bois 2 N° prelev. Durée lix
(cumulée), jours
Durée lix,
jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Volume
mesu1 0,083 0,083 0,83 0,522 0,166 0,083 0,8 0,503 0,33 0,166 0,73 0,464 1 0,66 0,78 0,495 2 1 0,73 0,466 4 2 0,84 0,537 9 5 0,83 0,528 16 7 0,79 0,499 36 20 0,88 0,55
10 64 28 0,85 0,55
eluat
ré
pH Cond,
µS/cm25 5,93 65,725 6,02 81,625 6,08 73,125 6,31 48,725 6,21 14,5225 6,41 9,1125 6,19 9,125 6,07 6,525 5,26 9,725 5,04 8,37
Concentration Cr < LD N° prelev. Durée lix
(cumulée), jours
B, mg/L Cu, mg/L Ca, mg/L K, mg 4--, mg/L CUD, mg/L
1 0,083 1,69 3,76 4,76 4,99 266 72,42 0,166 2,37 5,28 5,87 6,46 347 1143 0,33 1,19 4,11 2,93 3,97 115 82,304 1 0,79 0,63 0,58 1,21 0,05 51,315 2 0,178 0,740 1,02 1,10 0,05 27,766 4 0,035 0,197 0,741 0,188 0,05 6,237 9 0,052 0,057 0,60 0,264 0,05 1,968 16 0,097 0,016 0,366 0,291 0,05 1,279 36 0,161 0,06 0,472 0,929 067 0,62
10 64 0,05 0,054 0,217 0,422 059 0,19
/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO
0,407 0,845 0,0,480 0,894 0,0,179 0,684 0,0,127 0,237 0,169 0,157 0,052 0,050 0,046 0,050,02 0,096 0,030 0,085 0,0,023 0,079 0,
Annexe III.21
Annexe III.21 Les résultats de l’essai « CMLTv » (gouttières en zinc)
Echantillon altéré en laboratoire (cf. § II.2.1.3.3) Produit Lixiviant
Vol. Lixiviant*
Debit renouv**, mL/min
Debit recirculation,
mL/min
masse ech. avant
altération, g
masse ech. après
altération, g
surface ech., cm2 L/S, L/kg
L/A, cm3/cm2
gouttière zinc
eau demin. 476 0,8 300 21,802 20,689 95,83 23,0 5
Prélèvements moyens (tout l'éluat) N° prelev. Durée lix
(cumulée), jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Vol éluat
estimé, mL
Volume eluat
mesuré, mL
Ratio L/A cumulé,
cm3/cm2
pH Cond,
µS/cm1 0,083 0,83 0,52 84 82 6 6,8 252 0,166 0,8 0,50 96 91 7 6,63 23,83 0,33 0,73 0,46 192 95 8 6,76 23,94 1 0,78 0,49 768 720 15 6,77 19,75 2 0,73 0,46 1152 950 25 6,78 14,856 4 0,84 0,53 2304 2200 48 6,36 11,47 9 0,83 0,52 5760 5400 105 6,54 15,938 16 0,83 0,52 8064 8000 188 6,52 16,19 36 0,89 0,56 23040 23600 434 6,62 30,7
10 64 0,9 0,56 32256 36000 810 6,39 51,4
Zn, mg/L
0,0010,2780,6481,031,271,351,052,513,786,7713,60
Prélèvements ponctuels (un volume minimal d'éluat = 25 mL, ~ 30 minutes) N° prelev. Durée lix
(cumulée), jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Volume
eluat mesuré
pH Cond,
µS/cmZn, mg/L
1 0,083 0,83 0,52 25 6,8 25 0,2782 0,166 0,8 0,50 25 6,63 23,8 0,6483 0,33 0,73 0,46 25 6,76 23,9 1,124 1 0,78 0,49 25 6,77 19,7 1,325 2 0,73 0,46 25 7,01 8,37 1,386 4 0,84 0,53 25 6,67 8,71 1,187 9 0,83 0,52 25 6,52 10,63 2,408 16 0,83 0,52 25 6,61 23,3 4,049 36 0,89 0,56 25 6,26 52 13,6
10 64 0,9 0,56 25 6,36 53,2 17,2 Echantillon altéré en extérieur (cf. § II.2.2)
Produit LixiviantVol.
Lixiviant*
Debit renouv**, mL/min
Debit recirculation,
mL/min
masse ech., g
surface ech., cm2 vol ech, cm3 L/S, L/kg
L/A, cm3/cm2
Gouttière zinc
eau demin. 476 0,8 300 22,93 96 3,36 20,8 5 Prélèvements moyens (tout l'éluat)
Durée lix Durée lix, Débit renouv Débit Vol éluat Volume Ratio L/A pH Cond,
84 81,09 6 6,49 22,4
1 0,66 0,78 0,49 768 607 15 5,89 14,335 2 1 0,73 0,46 1152 864 24 5,96 4 2 0,84 0,53 2304 2277,4 47 6,69 11,357 9 5 0,83 0,52 5760 5839 108 6,54 15,588 16 7 0,79 0,49 8064 7500 186 6,38 17,39 36 20 0,85 0,53 23040 22300 419 6,4 26,7
10 64 28 0,85 0,53 32256 31200 744 6,53 60
N°
Nicoleta SCHIOPU 259
prelev.(cumulée),
jours joursmesuré, mL/min
surfacique, mL/cm2/h estimé, mL
eluat mesuré, mL
cumulé, cm3/cm2 µS/cm
1 0,083 0,083 0,83 0,522 0,166 0,083 0,8 0,50 96 90,21 7 6,54 16,443 0,33 0,166 0,73 0,46 192 146,67 8 6,53 15,124
9,07
Zn, mg/L
0,0010,271
0,8541,031,402,223,575,8913,20
0,3960,550
Prélèvements ponctuels (un volume minimal d'éluat = 25 mL, ~ 30 minutes)
N° prelev.Durée lix
(cumulée), jours
Débit renouv mesuré, mL/min
Débit surfacique, mL/cm2/h
Volume eluat mesuré pH
Cond, µS/cm Zn, mg/L
1 0,083 0,83 0,52 25 6,49 22,4 0,2712 0,166 0,8 0,50 25 6,54 16,44 0,3963 0,33 0,73 0,46 25 6,53 15,12 0,6254 1 0,78 0,49 25 5,89 14,33 0,8785 2 0,73 0,46 25 6,25 8,69 1,1206 4 0,84 0,53 25 6,53 11,73 1,557 9 0,83 0,52 25 6,5 15,07 2,488 16 0,59 0,37 25 6,38 19,05 4,279 36 0,85 0,53 25 6,16 41 11,1
10 64 0,85 0,53 25 6,18 54 20,3
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.22
Nicoleta SCHIOPU 260
Annexe III.22 Les résultats de l’essai « Pilote » (témoin)
N° prelev. DateDurée expo. (cumulée),
jours
Pluvio, L/m2/jour
Pluvio cumul, mm
ou L/m2
Volume lixiviant cumul (calcul*), cm3
Volume lixiviant cumul (mesure), cm3
pH Cond, µS/cm
1 01/08/2005 13 4 4 440 447 7,39 108,62 03/08/2005 15 25 29 3620 4334 6,79 28,43 12/08/2005 24 16 45 5640 7212 6,98 26,84 19/08/2005 31 9 54 6760 8972 7,00 34,35 24/08/2005 36 19 73 9160 9963 6,74 11,26 29/08/2005 41 21 94 11790 11855 5,97 17,87 12/09/2005 55 43 137 17110 13880 6,65 20,68 19/09/2005 62 9 146 18240 18711 6,89 18,69 26/09/2005 69 13 158 19810 19850 6,36 26,410 19/10/2005 92 27 186 23240 21192 6,86 11,511 03/11/2005 107 48 234 29210 25179 6,86 11,312 08/11/2005 112 14 248 30980 29281 7,08 7,013 02/12/2005 136 15 263 32900 33134 6,75 20,714 15/12/2005 149 34 297 37140 35824 6,6 10,315 03/01/2006 168 33 330 41260 40024 5,8 22,316 18/01/2006 183 30 360 44985 45380 5,89 18,117 30/01/2006 195 13 373 46605 47217 6,75 58,218 16/02/2006 212 34 407 50830 47817 6,44 20,019 20/02/2006 216 25 432 53940 51099 6,28 15,920 06/03/2006 230 27 459 57360 53259 7,85 27,221 09/03/2006 233 18 477 59620 55813 7,13 12,922 13/03/2006 237 23 500 62460 58072 5,74 15,923 27/03/2006 251 13 513 64115 60930 6,76 37,924 06/04/2006 261 56 568 71055 61622 6,96 14,025 11/04/2006 266 4 573 71615 68352 6,02 15,726 25/04/2006 280 8 581 72565 70983 7,24 118,927 27/04/2006 282 2 582 72795 71240 7,28 63,628 28/04/2006 283 4 586 73235 71619 7,37 59,429 10/05/2006 295 38 624 78028 71793 6,84 13,130 11/05/2006 296 17 641 80148 76543 6,29 7,231 23/05/2006 308 32 673 84165 78775 5,79 42,932 28/06/2006 344 41 715 89330 81352 6,67 28,333 06/07/2006 352 2 717 89590 81590 6,51 31,234 17/07/2006 363 75 791 98920 91239 6,71 26,4
*Volume = Pluviométrie enregistrée (cm3/cm2) x section bac (1250cm2)
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.22
Concentration Al, mg/L B, mg/L C /L Cl-, mg/La, mg/L Cr, mg/L Cu, mg/L K, mg/L Na, mg/L Si, mg/L Zn, mg
0,001 0,002 0,001 0,072 0,009 0,005 0,001SO4--, mg/L COD, mg/L
0,002 0,002 0,05 0,05 0,51 13 0,034 0,024 3,87 0,002 0,036 1,77 0,930 1,49 0,015 0,724 1,78 2,412 15 0,010 0,072 3,89 0,002 0,018 0,244 0,409 0,399 0,062 0,856 1,92 3,163 24 0,055 0,013 2,59 0,010 0,012 0,391 0,250 0,417 0,051 0,723 1,34 2,844 31 0,019 0,013 4,03 0,007 0,010 0,428 0,368 0,430 0,016 0,576 1,46 2,745 36 0,012 0,009 0,92 0,013 0,009 0,072 0,089 0,278 0,015 0,452 1,72 2,166 41 0,011 0,008 0,95 0,002 0,010 0,201 0,119 0,776 0,029 0,05 1,93 2,37 55 0,006 0,002 1,13 0,002 0,001 0,690 0,051 0,155 0,007 0,296 0,900 2,18 62 0,017 0,002 1,80 0,002 0,004 1,19 0,110 0,249 0,012 0,705 0,921 3,89 69 0,012 0,002 2,00 0,002 0,001 0,62 0,102 0,214 0,022 0,317 2,87 3,5
10 92 0,012 0,002 1,68 0,002 0,001 0,109 0,070 0,182 0,028 0,154 1,27 3,411 107 0,010 0,002 1,37 0,002 0,001 0,533 0,085 0,177 0,010 0,261 1,58 1,912 112 0,002 0,002 0,80 0,002 0,001 0,072 0,030 0,083 0,010 0,05 0,634 0,813 136 0,009 0,002 2,94 0,002 0,013 0,307 0,439 0,211 0,022 1,119 2,37 2,614 149 0,002 0,002 1,03 0,002 0,020 0,422 0,277 0,827 0,059 0,701 1,11 1,615 168 0,002 0,002 1,18 0,002 0,012 1,90 0,367 0,141 0,033 2,31 1,74 1,416 183 0,017 0,009 9,52 0,002 0,007 0,430 0,665 0,095 0,029 1,41 2,49 3,117 195 0,002 0,003 10,70 0,002 0,036 0,113 2,02 0,241 0,027 3,61 5,07 6,618 212 0,007 0,015 2,77 0,002 0,029 0,565 0,823 0,288 0,018 2,21 4,59 1,319 216 0,002 0,002 1,28 0,002 0,013 0,229 0,505 0,104 0,083 0,880 1,40 1,820 230 0,002 0,002 2,24 0,002 0,001 0,376 0,387 0,288 0,082 0,666 1,88 3,321 233 0,002 0,002 0,93 0,002 0,001 0,065 0,167 0,107 0,067 0,390 1,00 1,422 237 0,013 0,002 0,67 0,002 0,001 0,084 0,401 0,074 0,079 0,839 1,36 1,523 251 0,014 0,002 3,48 0,002 0,001 0,205 1,467 0,508 0,058 1,12 4,42 8,124 261 0,012 0,007 1,16 0,002 0,022 0,849 0,39 0,382 0,064 0,572 1,89 3,125 266 0,034 0,015 1,18 0,002 0,001 0,806 0,148 0,117 0,018 0,859 1,5 1,526 280 0,047 0,026 1,30 0,002 0,035 1,99 1,089 0,894 0,03 1,41 1,25 3,227 282 0,019 0,014 6,83 0,002 0,032 1,34 0,356 0,357 0,062 0,819 5,67 10,328 283 0,021 0,056 6,37 0,002 0,028 2,24 0,812 0,367 0,015 1,11 3,59 14,729 295 0,021 0,002 1,51 0,002 0,009 0,559 0,143 0,127 0,022 0,471 1,36 4,230 296 0,002 0,002 0,60 0,002 0,001 1,016 0,104 0,068 0,032 0,570 0,469 1,531 308 0,016 0,002 4,44 0,002 0,048 1,046 0,581 0,373 0,179 0,830 4,15 5,432 344 0,041 0,051 14,681 0,002 0,266 3,075 1,174 0,828 0,223 2,5169 8,558 15,7 33 352 0,039 0,015 8,65 0,002 0,001 1,2 1,09 0,464 0,09 1,88 6,29 11,0 34 363 0,083 0,002 2,52 0,002 0,001 0,3 0,10 0,348 0,001 0,355 0,953 4,77
N° prelev.Durée expo (cumulée),
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
261
Annexe III.23
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
262
Annexe III.23 Les résultats de l’essai « Pilote - ruissellement » (dalles en béton)
Surface du produit exposée : 1760 cm2; Masse de produit : 8052g
N° prelev. Date
Durée expo (cumulée),
jours
Pluvio cumul, mm
(L/m2)
Volume eluat
mesuré, mL
L/A cumulé (calcul*), cm3/cm2
L/A cumulé (mesure**), cm3/cm2
pHCond, µS/cm
01/08/2005 13 4 450 0,3 0,3 8,23 37803/08/2005 15 29 2799 2,1 1,8 9,28 26512/08/2005 24 45 1695 3,2 2,8 8,77 16019/08/2005 31 54 901 3,8 3,3 8,35 28824/08/2005 36 73 1761 5,2 4,3 8,29 25029/08/2005 41 94 3563 6,7 6,3 8,05 20512/09/2005 55 137 5607 9,7 9,5 8,15 15819/09/2005 62 146 1047 10 10 8,23 183,126/09/2005 69 158 1138 11 11 8,42 19419/10/2005 92 186 3872 13 13 8,98 20003/11/2005 107 234 4007 17 15 9,15 169,608/11/2005 112 248 3772 18 17 8,9 134,802/12/2005 136 263 2513 19 19 8,41 183,415/12/2005 149 297 4215 21 21 8,4 165,703/01/2006 168 330 5288 23 24 7,8 135,118/01/2006 183 360 1821 26 25 8,22 166,630/01/2006 195 373 608 26 26 8,45 23016/02/2006 212 407 3756 29 28 8,09 135,920/02/2006 216 432 1689 31 29 8,16 129,306/03/2006 230 459 2530 33 30 8,34 132,509/03/2006 233 477 2329 34 31 7,83 111,5
27/03/2006 251 513 794 36 34 9,36 197,706/04/2006 261 568 6508 40 37 9,23 134,711/04/2006 266 573 1571 41 38 8,93 109,725/04/2006 280 581 357 41 38 10,11 180,527/04/2006 282 582 310 41 38 9,14 186,628/04/2006 283 586 140 42 39 8,85 162,910/05/2006 295 624 4616 44 41 9,3 111,611/05/2006 296 641 2110 46 42 8,95 73,923/05/2006 308 673 3247 48 44 8,95 126,228/06/2006 344 715 1567 51 45 8,84 103,506/07/2006 352 717 203 51 45 8,87 14617/07/2006 363 791 8390 56,2 50,0 9,08 80,7
12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334
13/03/2006 237 500 2870 35 33 7,89 134,8
ulé (mesure), cm3/cm2 = Volume lixiviat récupéré / Surface exposée du produit (la face inferieure des a pas été considérée en contact avec le lixiviant)
ulé (calcul), cm3/cm2 = (Pluviométrie enregistrée (cm3/cm2) x section bac (1250cm2))/ surface exposée 2) ;
* L/A cumdalles n'** L/A cum(1760 cm
Annexe III.23
Concentration
Al, mg/L B, mg/L Ca, mg/L Cr, mg/L Cu, mg/L K, mg/L Na, mg/L Si, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L CUD, mg/L
002 0,001 0,002 0,001 0, 72 0,009 0,005 0,001 0,05 0,05 0,51 13 0,054 0,083 13,8 0,104 0,118 ,0 15,2 15,4 0,020 0,762 7,56 2,812 15 0,238 0,045 5,64 0,092 0,018 67,2 12,1 12,2 0,007 1,11 8,21 3,923 24 0,085 0,075 3,60 0,098 0,016 55,2 11,5 10,1 0,009 0,852 6,38 2,944 31 0,036 0,112 3,71 0,061 0,055 67,0 15,2 10,1 0,009 0,729 10,25 3,785 36 0,017 0,102 4,47 0,092 0,009 56,1 13,0 13,8 0,019 0,68 9,86 3,586 41 0,017 0,066 3,64 0,042 0,081 26,1 9,69 9,82 0,055 0,70 8,5 3,97 55 0,002 0,059 2,64 0,026 0,001 28,1 7,61 7,32 0,001 1,43 2,08 2,58 62 0,002 0,043 2,97 0,026 0,001 33,3 9,71 8,13 0,007 0,547 11,6 4,89 69 0,002 0,049 3,51 0,012 0,001 37,0 10,1 9,19 0,010 0,368 12,7 2,0
10 92 0,002 0,042 2,21 0,010 0,001 40,6 10,2 8,98 0,004 0,184 8,5 1,011 107 0,002 0,020 3,11 0,011 0,001 35,4 8,83 7,86 0,005 0,138 6,94 0,912 112 0,002 0,002 2,32 0,009 0,001 28,3 6,38 6,42 0,025 0,05 4,30 0,613 136 0,002 0,020 3,87 0,014 0,012 35,4 9,00 6,97 0,001 0,768 6,73 0,2314 149 0,010 0,039 3,76 0,007 0,036 29,2 7,62 7,50 0,010 0,648 5,44 0,8515 168 0,003 0,028 3,77 0,008 0,014 25,1 5,74 5,22 0,110 0,645 5,33 1,8616 183 0,019 0,057 4,49 0,012 0,001 34,5 8,20 7,82 0,006 1,24 7,47 3,6017 195 0,034 0,019 6,82 0,014 0,022 44,4 11,0 8,80 0,022 2,28 11,0 4,0018 212 0,002 0,040 4,01 0,009 0,021 26,5 5,71 6,29 0,211 1,14 6,14 0,2019 216 0,002 0,037 4,47 0,010 0,023 24,9 5,26 5,93 0,014 1,17 5,30 0,4020 230 0,002 0,035 4,29 0,010 0,001 21,5 4,40 6,09 0,004 0,628 5,09 0,8021 233 0,002 0,025 5,26 0,009 0,001 15,8 3,02 4,86 0,044 0,339 2,88 0,1922 237 0,002 0,029 5,77 0,005 0,001 20,6 4,00 6,84 0,011 0,830 4,31 0,2023 251 0,006 0,039 7,73 0,019 0,001 33,3 6,09 10,4 0,001 0,792 10,5 4,2624 261 0,002 0,057 6,41 0,009 0,017 22,7 3,56 6,63 0,019 0,952 4,82 1,0425 266 0,066 0,028 5,91 0,006 0,012 17,1 2,76 5,23 0,004 0,382 4,32 1,2026 280 0,155 0,035 8,27 0,016 0,040 30,4 4,72 9,81 0,123 1,91 9,37 2,4327 282 0,046 0,043 10,1 0,002 0,014 31,5 4,76 8,84 0,144 0,869 10,3 12,7028 283 0,041 0,039 8,99 0,009 0,062 26,4 4,20 7,83 0,040 0,828 6,73 11,9729 295 0,013 0,044 6,40 0,006 0,001 18,1 2,61 5,78 0,003 1,04 4,35 3,8430 296 0,006 0,022 4,07 0,002 0,001 12,8 1,85 3,65 0,008 0,447 1,77 1,8531 308 0,016 0,025 7,75 0,006 0,038 18,6 2,95 6,05 0,030 0,618 5,19 5,3132 344 0,043 0,002 14,2 0,010 0,018 23,6 4,11 6,05 0,036 2,18 11,1 15,9733 352 0,012 0,036 6,79 0,004 0,081 14,1 2,48 3,84 0,038 1,08 8,09 12,1734 363 0,044 0,009 4,65 0,005 0,001 0 1,37 3,08 0,003 0,170 2, 6,03
N° prelev.
Durée expo (cumulé
jours 0,002 0,e),
0
79
10, 17
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
263
Annexe III.24
Annexe III.24 Les résultats de l’essai « Pilote - stagnation » (dalles en béton)
Surface du produit exposée : 2592 cm2 ; Masse de produit : 8016g
N°. crt.
N° prel. Date
Durée expo (cumulée),
jours
Pluvio cumul, mm
(L/m2)
Vol. lixiviat bonbonne,
cm3
Hauteur lixiviat dans le bac, cm
Vol. lixiviat dans le bac, cm3
L/A cumulé (calcul*), cm3/cm2
L/A (mesure**), cm3/cm2
L/A cum.*** (mesure), cm3/cm2
pHCond, µS/cm
1 1 03/08/2005 15 29 0 5,4 3422 1,4 1,3 1,3 11,31 11592 1b 04/08/2005 16 29 0 5,3 3297 1,4 1,3 1,3 11,30 18983 1c 08/08/2005 20 29 0 3,4 1421,2 1,4 0,5 1,3 11,66 36304 2 12/08/2005 24 45 0 4,0 1672 2,2 0,6 2,0 10,95 17175 2b 16/08/2005 28 45 0 3,0 1254 2,2 0,5 2,0 11,00 32606 3 19/08/2005 31 54 0 3,5 1463 2,6 0,6 2,2 10,81 28407 4 24/08/2005 36 73 0 4,2 1922 3,5 0,7 2,6 10,34 19218 5 29/08/2005 41 94 0 4,5 2297 4,5 0,9 3,0 10,02 16989 5b 30/08/2005 42 94 0 4,2 1922 4,5 0,7 3,0 9,98 204010 5c 02/09/2005 45 94 0 4,1 1797 4,5 0,7 3,0 9,99 376011 6 12/09/2005 55 137 1185 6,0 4172 6,6 2,1 4,9 10,20 123212 6b 14/09/2005 57 137 0 5,5 3547 6,6 1,4 4,9 9,92 174713 6c 16/09/2005 59 137 0 4,7 2547 6,6 1,0 4,9 9,90 251014 7 19/09/2005 62 146 0 4,3 2047 7,0 0,8 5,2 9,98 212015 7b 20/09/2005 63 146 0 4,2 1922 7,0 0,7 5,2 9,92 216016 7c 22/09/2005 65 146 0 4,1 1797 7,0 0,7 5,2 9,80 270017 8 26/09/2005 69 158 0 3,9 1630,2 7,6 0,6 5,3 9,96 190918 8b 27/09/2005 70 158 0 3,7 1546,6 7,6 0,5 5,3 9,86 224019 8c 12/10/2005 85 158 0 3,5 1463 7,6 0,6 5,3 9,68 214020 9 19/10/2005 92 186 0 5,5 3547 9,0 1,4 6,4 9,74 128421 9b 20/10/2005 93 186 0 5,4 3422 9,0 1,3 6,4 9,68 135522 9c 24/10/2005 97 186 0 5,3 3297 9,0 1,3 6,4 9,49 69123 10 03/11/2005 107 234 1920 6,0 4172 11,3 2,4 7,8 9,36 77324 10b 04/11/2005 108 234 0 6,0 4172 11,3 1,6 7,8 9,37 80725 11 08/11/2005 112 248 0 5,1 3047 12,0 1,2 8,0 9,31 49726 11b 10/11/2005 114 248 0 4,0 1672 12,0 0,6 8,0 9,25 55027 11c 14/11/2005 118 248 0 3,9 1630,2 12,0 0,6 8,0 9,23 62828 11d 17/11/2005 121 248 0 3,8 1588,4 12,0 0,5 8,0 9,16 66529 11e 24/11/2005 128 248 0 3,8 1588,4 12,0 0,5 8,0 9,56 80430 12 02/12/2005 136 263 1123 6,0 4172 12,7 2,0 9,8 9,93 47831 13 15/12/2005 149 297 4215 6,0 4172 14,3 3,2 11,8 9,42 36532 14 03/01/2006 168 330 4820 6,0 4172 15,9 3,5 13,8 10,45 305
En jaune, les prélèvements effectués immédiatement après un évènement pluvieux (le même jour que pour le scénario "ruissellement")
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
264
Annexe III.24
*L/A cumulé (calcul), cm3/cm2 = (Pluvi istrée (cm3/cm2) x section bac (1250cm2))/ surface exposée (2592 m2)
265
ométrie enregN°. crt.
N° prel. Date
Durée expo (cumulée),
jours
Pluvio ul, mm /m2)
cum(L
lixiviat onne, m3
Hauteur lixiviat dans le bac, cm
Vol. lixiviat dans le bac, cm3
L/A cumulé (calcul*), cm3/cm2
L/A (mesure**), cm3/cm2
L/A cum.*** (mesure), cm3/cm2
pHCond, µS/cm
Vol.bonb
c 33 15 18/01/2006 183 360
360360373
333722229700038326411111357711
1
21
812
31
3
502 6,0 4172 17,4 2,2 14,4 10,15 30234 15b 19/01/2006 184 0 5,9 4047 17,4 1,6 14,4 10,00 33435 15c 23/01/2006 188 0 5,9 4047 17,4 1,6 14,4 9,63 37536 16 30/01/2006 195 0 6,0 4172 18,0 1,6 14,5 10,1 31237 16b 03/02/2006 199 37 0 6,0 4172 18,0 1,6 14,5 10,11 36638 16c 08/02/2006 204 37 0 5,7 3797 18,0 1,5 14,5 10,16 38139 16d 14/02/2006 210 37 0 5,0 2922 18,0 1,1 14,5 9,76 49140 17 16/02/2006 212 40 162 6,0 4172 19,6 2,4 15,9 9,02 21241 18 20/02/2006 216 43 800 6,0 4172 20,8 2,3 16,6 9,07 27542 18b 21/02/2006 217 43 0 5,8 3922 20,8 1,5 16,6 9,15 29343 18c 23/02/2006 219 43 0 5,5 3547 20,8 1,4 16,6 8,97 33944 18d 27/02/2006 223 43 0 4,8 2672 20,8 1,0 16,6 8,85 41545 19 06/03/2006 230 45 04 6,0 4172 22,1 1,9 17,7 9,21 26646 20 09/03/2006 233 47 848 6,0 4172 23,0 2,3 18,5 9,06 23247 21 13/03/2006 237 50 892 6,0 4172 24,1 2,7 19,6 9,12 179,248 21b 14/03/2006 238 50 0 5,7 3797 24,1 1,5 19,6 9,3 18749 21c 20/03/2006 244 50 0 6,0 4172 24,1 1,6 19,6 9,33 35250 22 27/03/2006 251 51 0 4,2 1922 24,7 0,7 19,8 9,23 43751 23 06/04/2006 261 56 698 6,0 4172 27,4 3,0 22,4 9,12 21552 24 11/04/2006 266 57 238 6,0 4172 27,6 2,1 23,1 9,54 185,753 25 27/04/2006 282 58 0 1,4 585,2 28,1 0,2 22,3 9,16 45654 26 28/04/2006 283 58 0 1,5 627 28,3 0,2 21,6 9,19 42755 27 10/05/2006 295 62 0 5,9 4047 30,1 1,6 23,1 9,42 185,256 28 11/05/2006 296 64 182 6,0 4172 30,9 2,8 24,4 9,6 144,157 28b 12/05/2006 297 64 0 5,6 3672 30,9 1,4 24,4 9,39 199,558 28c 15/05/2006 300 64 0 4,9 2797 30,9 1,1 24,4 9,87 32759 28d 17/05/2006 302 64 0 4,1 1797 30,9 0,7 24,4 9,53 37460 28e 22/05/2006 307 64 0 3,1 1295,8 30,9 0,5 24,4 9,93 42261 29 23/05/2006 308 67 0 5,5 3547 32,5 1,4 25,3 9,99 22762 30 28/06/2006 344 71 0 4,0 1672 34,5 0,6 25,4 9,87 29863 31 06/07/2006 352 71 0 5,0 2922 34,6 1,1 26,2 9,41 25664 31b 07/07/2006 353 71 0 4,9 2797 34,6 1,1 26,2 9,23 37865 32 17/07/2006 363 79 0 4,0 1672 38,2 0,6 26,5 9,37 21566 32b 18/07/2006 364 79 0 3,9 1547 34,6 0,6 26,5 9,58 278
**L/A (mesure), cm3/cm2 = (Volume lixiviat dans le bac d'e = teur de lixiviant dans le bac (mesure) x section bac - volume produits) + Volume de lixiviant qui est passdans la bonbonne par le trop-plein) / Surf lles ont été considérées en contact avec le lixiviant) *** L/A cumulé (mesure), cm3/cm2 : pour l'ev. N, on tient c e du volume provenant de l'évènement N-1 et qui n'est pas évaporé complément avant l'ev. N
é ssai (ace exposée du produit (toutes les faces des da
ompt
hau
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.24
Concentration Al, mg/L B, mg/L Ca, mg/L Cr, mg/L Cu, mg/ K, mg/L Na, mg/L Si, mg/L Zn, mg/L Cl-, mL g/L SO4--, mg/L CUD, mg/L
0,002 0,002 0,001 0,002 0,001 0,072 0,009 0,005 0,001 0,05 0,05
N° prel.
Durée expo
(cumulée), Date
N°. crt.
1 1 15 03/08/2005 2,24 0,094 5,47 0,164 0,063 245 42,5 23,0 0,031 1,52 47,8 3,872 1b 16 04/08/2005 3,13 0,132 1,129 0,217 0,021 385 66,7 41,0 0,013 1,79 53,2 4,213 1c 20 08/08/2005 1,14 0,339 1,964 0,470 0,058 888 168 85,2 0,011 2,14 64,8 4,584 2 24 12/08/2005 0,381 0,272 1,417 0,191 0,031 405 80,9 52,2 0,018 1,12 50,2 3,785 2b 28 16/08/2005 0,093 0,508 1,139 0,385 0,035 815 171 90,9 0,061 1,87 62,1 4,796 3 31 19/08/2005 0,081 0,480 1,013 0,308 0,039 786 162 72,2 0,009 0,98 42,1 4,217 4 36 24/08/2005 0,030 0,357 0,960 0,164 0,015 531 112 67,3 0,013 0,87 39,7 5,678 5 41 29/08/2005 0,023 0,304 0,839 0,140 0,029 469 102 55,6 0,007 1,67 50,1 279 5b 42 30/08/2005 0,057 0,386 0,017 0,011 0,001 529 110 66,9 0,183 2,25 62,5 13
10 5c 45 02/09/2005 0,148 0,687 0,038 0,032 0,001 947 210 66,9 0,663 4,42 138 611 6 55 12/09/2005 0,009 0,194 0,754 0,077 0,001 274 58,1 30,3 0,006 1,06 39,3 4,412 6b 57 14/09/2005 0,006 0,291 1,05 0,105 0,001 407 86,6 47,1 0,016 1,35 50,3 513 6c 59 16/09/2005 0,002 0,409 1,02 0,152 0,001 600 126 59,8 0,010 2,11 78,9 1314 7 62 19/09/2005 0,002 0,290 0,909 0,121 0,001 484 103,0 38,4 0,007 1,76 56,7 915 7b 63 20/09/2005 0,002 0,307 0,973 0,118 0,001 525 117 42,3 0,006 1,54 56,5 916 7c 65 22/09/2005 0,004 0,390 1,14 0,152 0,001 703 146 50,0 0,022 1,98 71,1 1517 8 69 26/09/2005 0,006 0,304 0,886 0,100 0,025 510 109 35,8 0,011 1,27 49,0 2218 8b 70 27/09/2005 0,013 0,355 1,14 0,115 0,025 560 120 43,0 0,019 1,45 56,4 719 8c 85 12/10/2005 0,039 0,299 1,92 0,095 0,032 515 112 39,8 0,032 2,26 50,4 1020 9 92 19/10/2005 0,002 0,151 1,35 0,056 0,036 306 60 34,2 0,028 2,18 52,9 1221 9b 93 20/10/2005 0,002 0,156 0,767 0,052 0,022 308 64,5 18,1 0,007 2,849 29,5 1422 9c 97 24/10/2005 0,002 0,176 1,03 0,054 0,023 333 67,2 0,155 0,004 2,851 30,1 7,123 10 107 03/11/2005 0,002 0,101 1,73 0,025 0,012 205 37,4 24,2 0,004 0,506 17,3 7,624 10b 108 04/11/2005 0,002 0,108 1,52 0,055 0,010 219 40,9 26,1 0,007 0,501 17,6 3,625 11 112 08/11/2005 0,002 0,056 1,86 0,012 0,008 126 22,9 17,7 0,013 0,147 9,89 2,226 11b 114 10/11/2005 0,006 0,043 1,95 0,015 0,014 132 23,6 19,9 0,052 0,508 11,9 17,227 11c 118 14/11/2005 0,006 0,083 2,03 0,018 0,047 150,0 27,6 21,4 0,001 0,454 12,7 0,628 11d 121 17/11/2005 0,002 0,082 2,01 0,020 0,060 155 29,1 22,1 0,003 0,603 14,1 1,629 11e 128 24/11/2005 0,014 0,085 1,91 0,027 0,062 184 36,9 20,0 0,005 1,08 20,3 4,730 12 136 02/12/2005 0,012 0,045 1,20 0,016 0,017 99,7 19,9 13,5 0,001 0,737 10,8 0,831 13 149 15/12/2005 0,008 0,035 2,30 0,008 0,023 87,2 14,6 16,7 0,004 0,782 6,77 1,232 14 168 03/01/2006 0,029 0,024 1,16 0,002 0,045 64,5 11,7 15,5 0,010 0,706 4,98 2,2
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
266
Annexe III.24
Concentration Al, mg/L B, mg/L Ca, mg/L Cr, mg/L Cu, mg/L K, mg/L Na, mg/L Si, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L CUD, mg/L
0,002 0,002 0,001 0,002 0,001 0,072 0,009 0,005 0,001 0,05 0,05
N° prel.
Durée expo
(cumulée), Date
N°. crt.
33 15 183 18/01/2006 0,091 0,033 1,25 0,002 0,023 69,7 13,0 16,1 0,007 0,970 6,01 5,234 15b 184 19/01/2006 0,086 0,039 2,03 0,002 0,036 80,4 14,4 19,4 0,014 1,01 6,21 4,635 15c 188 23/01/2006 0,077 0,009 2,23 0,008 0,061 94,6 17,4 18,8 0,001 1,06 7,57 5,636 16 195 30/01/2006 0,044 0,002 1,25 0,002 0,034 73,8 14,1 14,0 0,003 1,50 7,48 4,737 16b 199 03/02/2006 0,002 0,034 1,53 0,005 0,027 85,1 16,4 3,46 0,010 1,98 8,12 5,338 16c 204 08/02/2006 0,002 0,028 1,09 0,006 0,040 87,2 16,9 3,18 0,015 2,25 8,91 5,639 16d 210 14/02/2006 0,002 0,039 1,79 0,006 0,050 119 23,1 4,03 0,010 3,03 11,7 7,840 17 212 16/02/2006 0,002 0,022 1,6 0,002 0,017 50,80 9,12 8,74 0,003 2,58 6,17 1,741 18 216 20/02/2006 0,002 0,024 1,96 0,002 0,026 67,9 10,8 11,9 0,001 1,27 4,99 2,442 18b 217 21/02/2006 0,002 0,024 2,26 0,002 0,045 71,9 11,7 12,4 0,007 1,39 4,90 2,943 18c 219 23/02/2006 0,002 0,027 2,98 0,002 0,050 83,3 14,1 13,9 0,012 2,36 7,51 4,544 18d 223 27/02/2006 0,022 0,029 3,324 0,002 0,013 95,489 16,842 16,749 0,001 1,94 8,32 8,945 19 230 06/03/2006 0,014 0,017 1,956 0,002 0,001 56,113 9,532 10,198 0,001 1,28 5,31 3,946 20 233 09/03/2006 0,006 0,016 2,096 0,002 0,001 50,637 7,694 10,031 0,001 0,874 4,13 2,847 21 237 13/03/2006 0,008 0,01 1,909 0,002 0,001 37,91 5,65 8,303 0,001 0,899 3,43 2,148 21b 238 14/03/2006 0,010 0,012 1,902 0,002 0,001 40,044 6,067 9,152 0,001 0,956 3,64 2,149 21c 244 20/03/2006 0,025 0,028 2,506 0,005 0,019 74,286 11,764 19,878 0,018 1,88 7,80 7,550 22 251 27/03/2006 0,020 0,039 3,115 0,006 0,045 93,711 15,437 22,561 0,01 2,44 11,2 12,751 23 261 06/04/2006 0,011 0,023 3,55 0,002 0,007 47,8 7,23 12,4 0,049 1,06 4,57 6,252 24 266 11/04/2006 0,167 0,021 2,19 0,002 0,004 42,8 6,06 10,9 0,001 1,23 3,90 6,653 25 282 27/04/2006 0,041 0,045 4,26 0,008 0,091 53,6 20,1 18,0 0,275 2,79 14,9 49,954 26 283 28/04/2006 0,031 0,041 3,60 0,006 0,103 95,6 17,5 17,3 0,130 2,20 12,1 42,955 27 295 10/05/2006 0,017 0,019 2,33 0,002 0,009 81,2 7,00 9,72 0,033 0,882 3,12 10,256 28 296 11/05/2006 0,015 0,013 2,27 0,002 0,001 33,2 5,57 8,15 0,025 1,03 2,13 7,757 28b 297 12/05/2006 0,049 0,021 3,84 0,002 0,040 48,7 8,51 15,6 0,062 1,74 2,83 14,458 28c 300 15/05/2006 0,054 0,042 5,57 0,006 0,166 67,5 11,0 27,7 0,042 3,23 5,01 25,959 28d 302 17/05/2006 0,040 0,057 2,77 0,008 0,121 87,0 14,6 33,2 0,107 1,56 8,87 31,160 28e 307 22/05/2006 0,060 0,062 3,13 0,008 0,131 93,3 16,9 35,3 0,047 2,38 13,3 37,961 29 308 23/05/2006 0,018 0,027 3,84 0,002 0,067 49,1 9,08 13,5 0,126 1,18 7,00 15,762 30 344 28/06/2006 0,017 0,045 14,5 0,006 0,152 111 24,3 28,8 0,134 6,04 21,7 69,563 31 352 06/07/2006 0,017 0,027 3,170 0,002 0,114 40,4 9,40 5,60 0,052 0,704 6,74 19,664 31b 353 07/07/2006 0,040 0,033 2,04 0,002 0,105 55,6 12,6 15,4 0,005 0,777 7,84 30,765 32 363 17/07/2006 0,037 0,029 4,17 0,002 0,026 61,0 12,8 15,9 0,003 0,170 2,17 2066 32b 364 18/07/2006 0,022 0,039 5,39 0,008 0,029 78,5 17,4 15,5 0,003 0,755 9,08 25,3
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
267
Annexe III.25
Nicoleta SCHIOPU 268
A Surface du produit exposée : 1954 cm2; Masse de produit exposée : 874g; rs = 4,47 kg/m2
05 24 45 1706 2,9 2,4 6,2 2354 19/08/2005 31 54 923 3,5 2,9 6,63 84,95 24/08/2005 36 73 1824 4,7 3,9 6,49 54,4
8 19/09/2005 62 1106 9,3 6,589 26/09/2005 69 1356 10,1 6,7810 19/1 4079 11,9 6,65 ,111 03/1 5457 14,9 6,43 ,712 08/1 3832 15,9 6,313 02/12 2648 16,8 1 6,2514 15/1 3 19,0 18, 6,5615 03/01 21,1 21,7 6,21 26,16 18/0 23,0 6,3517 30/01 23,9 2 6,1818 16/0 96 26,0 24 6,2419 20/02 6 25 5,8120 06/0 2 7,1521 09/03/2006 233 477 2343 30,5 27,7 6,22 23,122 13/03/2006 237 500 2842 32,0 29,2 5,61 25,723 27/03/2006 251 513 383 32,8 29,4 6,06 42,624 06/04/2006 261 568 6030 36,4 32,5 6,66 20,625 11/04/2006 266 573 2265 36,7 33,6 6,49 17,626 25/04/2006 280 581 468 37,1 33,9 6,37 41,427 27/04/2006 282 582 452 37,3 34,1 6,21 49,828 28/04/2006 283 586 491 37,5 34,4 6,58 46,229 10/05/2006 295 624 4029 39,9 36,4 6,36 22,730 11/05/2006 296 641 2243 41,0 37,6 6,06 21,231 23/05/2006 308 673 2002 43,1 38,6 5,46 33,432 28/06/2006 344 715 1487 45,7 39,3 5,74 33,533 06/07/2006 352 717 221 45,8 39,5 5,78 46,234 17/07/2006 363 791 8320 50,6 43,7 6,04 20,3
nnexe III.25 Les résultats de l’essai « Pilote - ruissellement » (dalles en bois)
N° prelev. Date
Durée expo (cumulée),
jours
Pluvio cumul, mm
(L/m2)
Volume eluat
mesuré, mL
L/A cumulé (calcul*), cm3/cm2
L/A cumulé (mesure**), cm3/cm2
pHCond, µS/cm
1 01/08/2005 13 4 345 0,2 0,2 7,14 2522 03/08/203 12/08/20
05 15 29 2725 1,9 1,6 6,18 95,4
6 29/08/2005 41 94 1932 6,0 4,8 6,29 40,17 12/09/2005 55 137 4780 8,8 7,3 6,3 29,8
146158
7,98,5
34,541,8
0/2005 92 1861/2005 107 234
10,613,4
2625
1/2005 112 248/2005 136 263
15,46,7
15,529,7
2/2005 149 297 431/2006 168 330 5376
9 26,77
32,11/2006 183 360 1757/2006 195 373 408
22,62,8 71,6
252/2006 212 407 30 ,4/2006 216 432 1975 27,
3/2006 230 459 2212 29,4,4
6,531,330,6
* L/A cumulé (mesure), cm3/cm2 = Volume lixiviat recuperé / Surface exposée du produit (la face inferieure des dalles n'a pas été considerée en contact avec le lixiviant) ** L/A cumulé (calcul), cm3/cm2 = (Pluviométrie enregistrée (cm3/cm2) x section bac (1250cm2))/ surface exposée (1954 cm2)
Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.25
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
269
Concentration
B, mg/L Cu, mg/L Ca, mg/L K, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L COD, mg/L
0,002 0,001 0,001 0,072 0,001 0,05 0,05 0,51 13 4,076 9,573 23,4 21,2 0,368 0,978 2,86 78,92 15 1,669 3,627
1,371 3,2515,34 10,7 0,523 ,5
3 24 3,75 12,6 0,169 ,24 31 59 9 3 9, 9 8
8 13 6, 23 636 41 ,652 1,126 1,18 4, 36 2,1 52
55 0,615 1,141 1,05 3 0,83 30,82 0,552 ,468 1,70 3 0,9 42
9 69 0,645 1,139 1,95 4 2,8 342 0,482 0,67 42 2 1,0 33
1 07 0,372 0,519 1,23 2 1,26 201 2 0,18 ,272 0,95 1, 05 0,60 141 36 0,307 ,444 1,50 2 1,3014 149 0,363 0,508 1,44 2 1,03
68 0,315 0,48 46 2 1,5816 183 0,301 0,652 1,93 2 8 2,16 34,1 95 0,482 ,174 0,58 3 3,8 18 212 ,406 1,45 1 1 3,83 7,
16 ,219 0,585 2,18 1 0 2,14 8,2 30 3 0,358 1,76 1 1,462 33 0,335 1,48 1 0,952 37 ,353 1,38 1 1,52 21,23 251 3 0,622 3,10 1 3,4
61 0,119 0,34 55 1 1,5 9025 266 0,26 2,19 1 53 1,3726 280 0,122 0,347 1,40 1 61 1,35 39
2 82 0,111 ,315 2,13 1, 91 2,54 46
28 283 0,088 0,297 1,37 2, 23 3,16 42
95 0,041 0,211 1,26 1 4 5,87 47,96 0,002 0,128 1,01 2 0,68
3 08 0,081 0,294 3,94 1 2,693 44 0,061 ,178 1,4 2 1,9 33 352 0,027 0,165 2,17 1 8 2,05 2,
63 0,002 0,231 1,65 1 2,31 26,
ev
Durée expo (cumulée),
jours
0,956 2,32 630,867 1,94 62
1,1,1
6 3,07 2,227
7 4, 3 830
0,2080,1120,065
0,780,6
1,2,
3 6258,
,55 36 2, 7
,80 0,78 6
,5 0,045 0,36 1 ,6
,40,0720,066
0,442 ,4,50,408
0,270 10 91 1
4 1, ,5 0,055 ,7,9 0,053 0,207 ,5
2 113 1
00
4 0,028 0, ,1,1 0,228 0,935 21,68,4,1
0,2490,085
0,697 37,
341615 1 9 1, 0,697
1,231,
,3 0,187 887 1 1
0,8 0,299 3,21 60,42
0,167 ,5 0,094 2,1 1 7119 20 2
0 ,6 0,244 1,6 2 860,160,154
,3,1
0,2260,246
0,943 23,
99811 2
2 20,668 1,150
21, 0,174
0,310 ,2 0,156 72
,5 0,759 1,420 35,4224 2 0 1,
9,3 0,177 0,498 17,
0,031 ,8 0,040 0, 13,32,9 0,178 1, ,4
,17 2 0 6724
0,1620,115
0,1, ,7
29 230 2
,0 0,132 1,6 04,1 0,036 1,460 21,83
1 32 3
,1 0,519 0,623 12,620 ,3
,40,2450,132
1,78 35,
65501,5
0,568 3
34 3 ,9 0,051 03
N°prle
Annexe III.26
270
26 ré tr u 856 g
N°. crt.
Annexe III. LesSurface
suldu prod
atsuit e
de l’essai « Pilote - stagnxposée : 2970 cm2 ; masse du p
atiood
n »it :
(dalles
en bois)
N° prel.
1 1
1c2
2b345
5b5c6
6b6c7
7b7c8
8b
D
03/004/008/012/016/0 19/0 24/0 29/0 30/0 02/0 12/0 14/0 16/0 19/0 20/0 22/0 26/0 27/0 12/1 19/
ate
8/28/28/28/28/28/28/28/28/29/29/29/29/29/29/29/29/29/20/2
D p( e (mes ),
cm 2
L/A(mcm m
H,
m
0 1 67 12 1b 0 0 823 0 0 6,44 8844 0 0 6,58 2205 0 0 6,38 3786 0 0 6,49 5647 0 0 6,67 2228 0 0,37 6,65 179,99 0 0,16 6,83 2300 0 0,16 6,54 5741 0 10 1 6,5 71,12 0 0,79 6,51 1333 0 0,41 6,66 2114 0 0,58 6,68 152,15 0 0, 6,79 174,16 0 0 3,4 6,69 2577 0 0,49 3,7 6,51 155,58 0 0,37 3,7 6,67 214
19 8c 0 0,18 3,7 6,86 184,320 9 10/20 1,08 4,7 6,66 63,121 9b 20/10/20 1,08 4,7 7,04 83,622 9c 24/10/20 1,08 4,7 6,91 53,623 10 03/11/20 25 2 5,8 87 70,824 10b 04/11/20 1 5,8 17 72,125 11 08/11/2005 1, 6,0 63 42,726 11b 10/11/2005 1, 6,0 86 53,927 11c 14/11/2005 0,96 6,0 03 5728 11d 17/11/2005 0,83 6,0 9 61,229 11e 24/11/2005 0,49 6,0 81 76,60 12 02/12/2005 13 1,54 7,1 61 50,81 13 15/12/2005 43 2,55 8,7 62 39,62 14 03/01/2006 47 2,69 10,4 27 25,4
urécum
jo
e exuléurs15162024283136414245555759626365697085929397
107108112114118121128136149168
o ),
Pluvcumul,
(L/m29292945455473949494
137137137146146146158158158186186186234234248248248248248263297330
io mm 2)
Vobo
l. lixivinbonnecm3
000000000032
0000000000060
000000685060
at ,
Hauteur lixiviat dans le bac, cm
Vol. lixiviat dans le bac, cm3
L/A cumulé (calcul*), cm3/cm2
4 2968 1,2
3,8 2718 1,2
0,5 117 1,2
1 234 1,9
0,5 117 1,9
0,5 117 2,3
1,5 351 3,1
2,5 1093 4,0
2 468 4,0
2 468 4,0
4,4 3468 5,8
3,5 2343 5,8
2,6 1218 5,8
3 1718 6,1
3 1718 6,1
2,3 843 6,1
2,8 1468 6,7
2,5 1093 6,7
2 468 6,7
4,2 3218 7,8
4,2 3218 7,8
4,2 3218 7,8
4,4 3468 9,8
4,3 3343 9,8
4,2 3218 10,4
4,2 3218 10,4
3,9 2843 10,4
3,6 2468 10,4
2,8 1468 10,4
4,2 3218 11,1
4,2 3218 12,5
4,2 3218 13,9
L/A ure**
3/cm,00,92,04,08,04,04,12
,52
58,28
,03,130808
cumesur3/c1,01,01,01,11,11,11,21,61,61,63,13,13,13,43,4
ulé e), 2
p
5,5,
6,7,6,6,7,6,6,6,6,6,
CondµS/c
138,327
050505050505050505050505050505050505050505050505
111111111
333
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
Annexe III.26
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
271
En jaune, les prélèvements effectués immédiatement après un évènement pluvieux (le même jour que pour le scénario "ruissellement") *L/A cumulé (calcul), cm3/cm2 = (Pluviométrie enregistrée (cm3/cm2) x section bac (1250cm2))/ surface exposée (2970 m2)
N°. crt.
N° prel. Date
Durée expo (cumulée),
jours
Pluvio cumul, mm
(L/m2)
Vol. lixiviat bonbonne,
cm3
Hauteur lixiviat dans le bac, cm
Vol. lixiviat dans le bac, cm3
L/A cumulé (calcul*), cm3/cm2
L/A (mesure**), cm3/cm2
L/A cumulé (mesure), cm3/cm2
pHCond, µS/cm
33 15 18/01/2006 183 360 1336 4,4 3468 15,1 1,62 11,0 6,33 30,434 15b 19/01/2006 184 360 0 4,3 3343 15,1 1,13 11,0 6,52 3635 15c 23/01/2006 188 360 0 4,2 3218 15,1 1,08 11,0 6,31 48,536 16 30/01/2006 195 373 0 4,3 3343 15,7 1,13 11,0 6,45 54,437 16b 03/02/2006 199 373 0 4,2 3218 15,7 1,08 11,0 6,64 58,638 16c 08/02/2006 204 373 0 4 2968 15,7 1,00 11,0 6,61 5739 16d 14/02/2006 210 373 0 3,7 2593 15,7 0,87 11,0 6,78 82,340 17 16/02/2006 212 407 2363 4,4 3468 17,1 1,96 12,2 6,75 34,341 18 20/02/2006 216 432 1520 4,4 3468 18,2 1,68 12,8 6,3 41,842 18b 21/02/2006 217 432 0 4,2 3218 18,2 1,08 12,8 6,6 44,643 18c 23/02/2006 219 432 0 3,8 2718 18,2 0,92 12,8 6,5 51,744 18d 27/02/2006 223 432 0 3,3 2093 18,2 0,70 12,8 6,51 65,145 19 06/03/2006 230 459 790 4,4 3468 19,3 1,43 13,7 6,7 44,346 20 09/03/2006 233 477 1620 4,2 3218 20,1 1,63 14,2 6,4 35,747 21 13/03/2006 237 500 2940 4,2 3218 21,0 2,07 15,3 6,07 28,848 21b 14/03/2006 238 500 0 4,2 3218 21,0 1,08 15,3 6,39 3249 21c 20/03/2006 244 500 0 3 1718 21,0 0,58 15,3 6,41 56,950 22 27/03/2006 251 513 0 2,5 1093 21,6 0,37 15,6 6,45 73,151 23 06/04/2006 261 568 3445 4,3 3343 23,9 2,29 17,7 6,58 33,852 24 11/04/2006 266 573 1110 4,4 3468 24,1 1,54 18,2 6,6 27,153 25 27/04/2006 282 582 0 0,5 117 24,5 0,04 18,3 6,4 78,454 26 28/04/2006 283 586 0 0,5 117 24,7 0,04 18,3 6,1 100,955 27 10/05/2006 295 624 0 4,6 3718 26,3 1,25 19,6 6,66 35,356 28 11/05/2006 296 641 4280 5,4 4718 27,0 3,03 21,4 6,53 24,957 28b 12/05/2006 297 641 0 4,3 3343 27,0 1,13 21,4 6,56 35,158 28c 15/05/2006 300 641 0 3,6 2468 27,0 0,83 21,4 7,04 61,459 28d 17/05/2006 302 641 0 2,9 1593 27,0 0,54 21,4 6,21 77,260 28e 22/05/2006 307 641 0 0,5 117 27,0 0,04 21,4 6,17 67,261 29 23/05/2006 308 673 0 3,6 2468 28,3 0,83 22,2 5,8 54,762 30 28/06/2006 344 715 0 3,4 2218 30,1 0,75 22,6 6,23 62,363 31 06/07/2006 352 717 0 3,5 2343 30,2 0,79 22,9 6,16 51,264 31b 07/07/2006 353 717 0 3,9 2843 30,2 0,96 22,9 5,82 67,965 32 17/07/2006 363 791 0 3,4 2218 33,3 0,75 23,0 6,21 43,166 32b 18/07/2006 364 791 0 2,9 1593 30,2 0,15 23,0 6,51 21,7
**L/A (mesure), cm3/cm2 = (Volume lixiviat dans le bac d'essai (= hauteur de lixiviant dans le bac (mesure) x section bac - volume produits) + Volume de lixiviant qui est passé dans la bonbonne par le trop-plein) / Surface exposée du produit (toutes les faces des dalles ont été considérées en contact avec le lixiviant)
Annexe III.26
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
272
Concentration
B, mg/L Cu, mg/L Ca, mg/L K, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L COD, mg/L
0,002 0,001 0,001 0,072 0,001 0,05 0,051 1 15 03/08/2005 4,78 6,97 5,80 15,7 0,409 1,98 6,52 587,52 1b 16 04/08/2005 9,41 12,9 10,7 29,7 0,426 2,15 7,21 624,23 1c 20 08/08/2005 42,2 63,3 48,1 110 1,14 2,83 8,34 712,64 2 24 12/08/2005 10,3 13,1 7,42 27,7 0,276 2,92 7,94 436,25 2b 28 16/08/2005 18,6 21,4 10,50 38,9 0,478 3,43 8,21 516,16 3 31 19/08/2005 30,8 31,5 24,7 89,3 0,821 3,82 7,83 421,17 4 36 24/08/2005 13,6 10,7 8,91 32,1 0,030 3,62 7,63 392,78 5 41 29/08/2005 10,6 7,87 6,53 24,6 0,146 3,87 6,00 3939 5b 42 30/08/2005 0,344 0,018 9,08 36,8 0,008 4,63 7,10 472
10 5c 45 02/09/2005 0,625 0,039 11,1 91,0 0,014 12,6 19,9 169111 6 55 12/09/2005 4,97 3,33 3,17 13,2 0,068 0,306 13,3 194,612 6b 57 14/09/2005 7,69 5,01 5,20 19,8 0,123 3,06 3,98 23113 6c 59 16/09/2005 13,3 8,89 8,93 32,1 0,233 4,49 6,16 39714 7 62 19/09/2005 8,97 6,02 6,49 21,2 0,138 3,29 5,20 24015 7b 63 20/09/2005 10,8 7,37 7,93 26,9 0,176 3,73 5,90 30816 7c 65 22/09/2005 17,4 12,5 13,1 42,3 0,224 5,40 9,07 53917 8 69 26/09/2005 9,02 7,01 7,77 24,0 0,141 2,73 6,59 25018 8b 70 27/09/2005 12,1 9,84 11,0 32,1 0,228 3,95 8,92 39719 8c 85 12/10/2005 9,92 8,16 10,0 25,9 0,265 3,61 6,68 31420 9 92 19/10/2005 18,2 17,1 35,1 47,4 0,571 7,44 20,8 72821 9b 93 20/10/2005 2,99 2,24 3,33 7,56 0,102 1,20 2,56 10022 9c 97 24/10/2005 3,89 3,07 4,15 11,5 0,106 1,90 3,22 132,123 10 107 03/11/2005 2,65 2,30 3,99 9,02 0,174 0,908 3,16 89,624 10b 108 04/11/2005 2,73 2,50 3,85 9,90 0,119 0,815 2,77 95,125 11 112 08/11/2005 1,36 1,26 2,90 5,87 0,062 0,715 1,65 47,726 11b 114 10/11/2005 1,49 1,46 4,12 7,35 0,046 0,804 1,42 48,227 11c 118 14/11/2005 1,78 1,88 3,77 8,33 0,274 0,680 1,48 55,828 11d 121 17/11/2005 1,85 2,02 4,15 8,62 0,327 0,776 2,19 58,429 11e 128 24/11/2005 1,98 2,26 5,23 9,37 0,456 1,37 3,11 57,530 12 136 02/12/2005 0,847 1,07 3,09 5,85 0,100 1,77 2,05 38,731 13 149 15/12/2005 0,560 0,847 2,40 4,05 0,126 0,874 2,02 30,132 14 168 03/01/2006 0,213 0,448 1,89 2,04 0,039 0,634 1,51 18,5
DateN°. crt.
N° prel.
Durée expo
(cumulée),
Annexe III.26
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
273
B, mg/L Cu, mg/L Ca, mg/L K, mg/L Zn, mg/L Cl-, mg/L SO4--, mg/L COD, mg/L
0,002 0,001 0,001 0,072 0,001 0,05 0,05DateN°.
crt.N°
prel.
Durée lix (cumulée),
jours 33 15 183 18/01/2006 0,260 0,793 2,03 2,50 0,085 0,924 2,11 27,734 15b 184 19/01/2006 0,335 0,972 2,39 3,08 0,279 1,04 2,42 32,135 15c 188 23/01/2006 0,493 1,29 9,42 4,30 0,070 1,510 5,65 51,436 16 195 30/01/2006 0,385 1,22 4,05 3,52 0,108 1,81 4,26 43,737 16b 199 03/02/2006 0,459 1,37 4,15 3,93 0,335 2,24 4,74 48,638 16c 204 08/02/2006 0,419 1,33 4,01 4,03 0,313 2,48 4,69 48,339 16d 210 14/02/2006 0,588 1,88 5,72 5,48 0,389 3,52 6,43 72,240 17 212 16/02/2006 0,219 0,648 2,16 2,11 0,077 1,58 2,99 22,341 18 216 20/02/2006 0,264 0,809 2,63 2,54 0,099 1,81 3,51 26,642 18b 217 21/02/2006 0,290 0,886 2,79 2,69 0,293 1,95 3,51 30,143 18c 219 23/02/2006 0,356 1,12 3,48 3,19 0,287 2,15 3,98 37,544 18d 223 27/02/2006 0,465 1,309 4,681 3,88 0,197 2,63 5,33 59,245 19 230 06/03/2006 0,217 0,628 2,689 2,13 0,1 1,67 3,34 30,246 20 233 09/03/2006 0,167 0,488 2,24 1,546 0,202 1,15 2,49 23,647 21 237 13/03/2006 0,113 0,387 1,832 1,201 0,085 1,04 2,07 17,948 21b 238 14/03/2006 0,129 0,44 2,19 1,453 0,226 1,14 2,27 20,649 21c 244 20/03/2006 0,29 1,086 4,133 2,568 0,845 2,21 4,76 54,250 22 251 27/03/2006 0,456 2,026 6,292 3,428 0,737 3,18 6,93 90,451 23 261 06/04/2006 0,104 0,612 2,92 1,61 0,216 1,14 3,15 27,852 24 266 11/04/2006 0,078 0,515 2,25 1,50 0,094 1,04 2,66 25,753 25 282 27/04/2006 0,405 1,521 5,13 2,37 0,187 2,91 3,65 52,1
54 26 283 28/04/2006 0,418 2,29 9,35 3,87 1,49 4,16 10,2 111,455 27 295 10/05/2006 0,082 0,670 3,16 2,86 0,127 1,90 2,57 25,856 28 296 11/05/2006 0,040 0,484 2,13 1,78 0,044 1,21 1,71 17,357 28b 297 12/05/2006 0,100 0,884 3,30 1,77 0,063 1,08 2,45 30,158 28c 300 15/05/2006 0,232 1,40 5,45 3,99 0,058 1,95 4,60 61,459 28d 302 17/05/2006 0,415 2,18 7,26 3,63 1,76 1,72 5,97 104,760 28e 307 22/05/2006 0,645 3,24 8,21 4,67 2,45 2,21 6,6 123,861 29 308 23/05/2006 0,186 1,11 5,25 1,83 0,396 2,32 7,00 43,362 30 344 28/06/2006 0,113 0,708 15,6 3,47 0,883 2,43 10,0 42,563 31 352 06/07/2006 0,115 1,26 7,02 1,90 0,201 2,81 6,05 46,364 31b 353 07/07/2006 0,235 2,330 10,9 2,92 0,386 3,64 8,36 67,765 32 363 17/07/2006 0,142 1,32 4,78 3,0 0,237 2,18 9,71 79,666 32b 364 18/07/2006 0,187 1,930 5,26 4,1 0,278 3,65 13,5 120,3
Annexe III.27
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
274
Annexe III.27 Les résultats de l’essai « Pilote - ruissellement » (gouttières en zinc)
Surface du produit exposée : 5400 cm2 ; � Bs B= 4,37 kg/mP
2P
N° prelev. Date
Durée expo (cumulée),
jours
Durée contact
(cum.), jours
Pluvio cumul, mm
(L/m2)
Volume eluat
mesuré, mL
L/A cumulé (calcul*), cm3/cm2
L/A cumulé (mesure**), cm3/cm2
pHCond, µS/cm Zn, mg/L
1 01/08/2005 13 0,1 4 1100 0,2 0,2 7,47 159,3 7,672 03/08/2005 15 0,8 29 8210 1,8 1,7 6,92 28,8 5,823 12/08/2005 24 1,2 45 5022 2,8 2,7 6,59 29,9 5,914 19/08/2005 31 1,4 54 2238 3,3 3,1 7,18 43,7 5,805 24/08/2005 36 2,3 73 6265 4,5 4,2 6,98 25,6 6,266 29/08/2005 41 2,9 94 6928 5,8 5,5 6,82 29,8 4,977 12/09/2005 55 3,7 137 12012 8,4 7,7 6,59 29,9 3,878 19/09/2005 62 3,9 146 2976 8,9 8,3 7,03 27,7 4,509 26/09/2005 69 4,1 158 3726 9,7 9,0 6,91 39,6 5,1010 19/10/2005 92 5,7 186 8570 11,4 10,6 6,98 37,6 3,6811 03/11/2005 107 6,5 234 15295 14,3 13,4 7,26 19,3 3,1312 08/11/2005 112 7,9 248 4668 15,1 14,3 7,02 14,2 2,4213 02/12/2005 136 8,8 263 7072 16,1 15,6 7,26 28,6 3,8214 15/12/2005 149 9,8 297 11897 18,2 17,8 6,75 25,1 4,6315 03/01/2006 168 10,9 330 11597 20,2 19,9 6,61 27,3 4,4616 18/01/2006 183 11,5 360 9898 22,0 21,8 6,5 32,4 6,3717 30/01/2006 195 12,0 373 3728 22,8 22,4 7,1 54,4 7,1918 16/02/2006 212 13,3 407 9481 24,9 24,2 6,82 26,6 3,9619 20/02/2006 216 13,6 432 6824 26,4 25,5 6,6 25,4 3,6420 06/03/2006 230 14,3 459 7986 28,0 26,9 7,35 27,5 4,02 21 09/03/2006 233 15,0 477 5941 29,1 28,0 7,19 21,8 3,54 22 13/03/2006 237 15,8 500 7301 30,5 29,4 6,68 24,7 4,34 23 27/03/2006 251 16,4 513 3621 31,3 30,1 7,41 72,5 5,29 24 06/04/2006 261 18,0 568 14670 34,7 32,8 7,67 65,4 3,4625 11/04/2006 266 18,4 573 1360 35,0 33,0 7,71 57,2 3,0626 25/04/2006 280 18,6 581 1855 35,5 33,4 7,72 48,1 3,8127 27/04/2006 282 18,7 582 547 35,6 33,5 7,54 46,6 5,8828 28/04/2006 283 18,8 586 895 35,8 33,6 7,74 61,4 4,2329 10/05/2006 295 20,0 624 10350 38,1 35,6 7,26 39,2 3,0230 11/05/2006 296 20,9 641 5278 39,2 36,5 7,01 59,9 2,2331 23/05/2006 308 21,6 673 9890 41,1 38,4 7,26 60,4 3,31
32 28/06/2006 344 22,3 715 11890 43,7 40,6 7,31 48,6 3,5333 06/07/2006 352 22,4 717 610 43,8 40,7 7,23 39,8 3,44
34 17/07/2006 363 24,5 791 21380 48,4 44,6 6,87 56,2 3,12
* L/A cumulé (mesure), cm3/cm2 = Volume lixiviat récupéré / Surface exposée du produit (toute la surface intérieure de la gouttière a été considérée en contact avec le lixiviant) ** L/A cumulé (calcul), cm3/cm2 = (Pluviométrie enregistrée (cm3/cm2) x section gouttière (3300cm2))/ surface exposée (5400 cm2)
Annexe III.28
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
275
Annexe III.28 Les résultats de l’essai « Pilote - stagnation » (gouttières en zinc)
N°. crt.
N° prel. Date
Durée expo (cumulée),
jours
Durée contact
(cum.), jours
Pluvio cumul, mm
(L/m2)
Vol. lixiviat bonbonne,
cm3
Hauteur lix. dans la
gouttière, cm
Surface en contact avec le lix., cm2
Vol. lix. dans la gouttière, cm3
L/A cumulé (calcul*), cm3/cm2
L/A (mesure**), cm3/cm2
L/A cumulé (mesure), cm3/cm2
pHCond, µS/cm Zn, mg/L
1 1 03/08/2005 15 0,8 29 0 4,0 3478 8005 2,7 2,30 2,3 7,21 40,6 5,522 1b 04/08/2005 16 2 29 0 3,5 3225 6623 2,7 2,05 2,3 7,49 70,3 8,573 1c 08/08/2005 20 6 29 0 1,4 1968 1748 2,7 0,89 2,3 7,47 159,1 12,254 2 12/08/2005 24 10 45 0 3,2 3068 5826 4,5 1,90 4,2 7,29 261 5,945 2b 16/08/2005 28 14 45 0 1,2 1816 1392 4,5 0,77 4,2 7,29 197 13,046 3 19/08/2005 31 17 54 0 1,4 1968 1748 6,0 0,89 4,7 7,28 215 9,697 4 24/08/2005 36 22 73 0 3,1 3015 5567 8,1 1,85 6,4 7,24 76,3 8,758 5 29/08/2005 41 27 94 0 4,0 3478 8005 10,1 2,30 7,9 7 70,7 8,029 5b 30/08/2005 42 28 94 0 3,5 3225 6623 10,1 2,05 7,9 7,13 84,5 8,7410 5c 02/09/2005 45 31 94 0 1,5 2041 1935 10,1 0,95 7,9 7,16 177,1 6,6311 6 12/09/2005 55 41 137 6830 4,0 3478 8005 12,2 2,30 10,0 6,63 39,1 3,5112 6b 14/09/2005 57 43 137 0 3,3 3121 6089 12,2 1,95 10,0 6,78 6,11 7,1813 6c 16/09/2005 59 45 137 0 2,5 2680 4082 12,2 1,52 10,0 7,11 87,3 9,3814 7 19/09/2005 62 48 146 0 3,0 2960 5311 13,2 1,79 11,3 7,13 74,8 7,1115 7b 20/09/2005 63 49 146 0 3,0 2960 5311 13,2 1,79 11,3 7,31 82,5 8,1416 7c 22/09/2005 65 51 146 0 2,5 2680 4082 13,2 1,52 11,3 7,3 106,7 10,3817 8 26/09/2005 69 55 158 0 3,5 3225 6623 14,5 2,05 12,7 7,09 93,5 6,8118 8b 27/09/2005 70 56 158 0 2,7 2794 4562 14,5 1,63 12,7 7,38 114,3 9,0519 8c 12/10/2005 85 71 158 0 2,5 2680 4082 14,5 1,52 12,7 7,19 112,1 13,0820 9 19/10/2005 92 78 186 300 4,0 3478 8005 17,0 2,30 14,3 7,17 58,7 10,5121 9b 20/10/2005 93 79 186 0 4,0 3478 8005 17,0 2,30 14,3 7,3 64,5 5,4222 9c 24/10/2005 97 83 186 0 4,0 3478 8005 17,0 2,30 14,3 7,03 35,3 6,0523 10 03/11/2005 107 93 234 7030 4,0 3478 8005 19,5 2,30 14,6 7,13 50,5 6,0924 10b 04/11/2005 108 94 234 0 3,5 3225 6623 19,5 2,05 14,6 7,22 51,7 6,2525 11 08/11/2005 112 98 248 3885 4,0 3478 8005 19,7 2,30 16,2 6,84 31,9 4,8626 11b 10/11/2005 114 99 248 0 3,8 3378 7444 19,7 2,20 16,2 7,15 37,8 5,7327 11c 14/11/2005 118 102 248 0 3,4 3173 6354 19,7 2,00 16,2 7,16 44,3 6,2028 11d 17/11/2005 121 104 248 0 3,2 3068 5826 19,7 1,90 16,2 6,75 48,8 7,2729 11e 24/11/2005 128 110 248 0 2,8 2850 4808 19,7 1,69 16,2 6,96 70,4 10,3830 12 02/12/2005 136 115 263 4215 4,0 3478 8005 20,0 2,30 17,4 7,26 28,6 6,3931 13 15/12/2005 149 125 297 11229 4,0 3478 8005 19,9 2,30 17,7 6,61 46 8,7532 14 03/01/2006 168 141 330 11202 4,0 3478 8005 19,9 2,30 18,0 6,8 29,6 6,13
En jaune, les prélèvements effectués immédiatement après un évènement pluvieux (le même jour que pour le scénario "ruissellement")
Annexe III.28
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
276
N°. crt.
N° prel. Date
Durée expo (cumulée),
jours
Durée contact
(cum.), jours
Pluvio cumul, mm
(L/m2)
Vol. lixiviat bonbonne,
cm3
Hauteur lix. dans la
gouttière, cm
Surface en contact avec le lix., cm2
Vol. lix. dans la gouttière, cm3
L/A cumulé (calcul*), cm3/cm2
L/A (mesure**), cm3/cm2
L/A cumulé (mesure), cm3/cm2
pHCond, µS/cm Zn, mg/L
33 15 18/01/2006 183 153 360 5400 4,0 3478 8005 21,1 2,30 18,1 6,92 35,6 7,3034 15b 19/01/2006 184 152 360 0 3,9 3428 7724 21,1 2,25 18,1 6,92 37,1 7,8535 15c 23/01/2006 188 154 360 0 3,8 3378 7444 21,1 2,20 18,1 6,93 52 10,4836 16 30/01/2006 195 159 373 0 4,0 3478 8005 22,4 2,30 18,4 7,2 59,8 9,4537 16b 03/02/2006 199 161 373 0 3,7 3328 7168 22,4 2,15 18,4 7,06 69,8 12,9538 16c 08/02/2006 204 164 373 0 3,4 3173 6354 22,4 2,00 18,4 7,03 67,2 14,3939 16d 14/02/2006 210 166 373 0 2,8 2850 4808 22,4 1,69 18,4 7,32 110 18,4140 17 16/02/2006 212 167 407 6674 4,0 3478 8005 23,6 2,30 19,6 6,9 51,3 7,2041 18 20/02/2006 216 169 432 3197 4,0 3478 8005 25,1 2,30 19,7 6,97 43,1 5,4442 18b 21/02/2006 217 170 432 0 3,8 3378 7444 25,1 2,20 19,7 7,2 45,8 5,9043 18c 23/02/2006 219 172 432 0 3,2 3068 5826 25,1 1,90 19,7 7,29 53 7,3244 18d 27/02/2006 223 176 432 0 2,9 2906 5058 25,1 1,74 19,7 7,43 74,5 11,1445 19 06/03/2006 230 183 459 2280 4,0 3478 8005 27,0 2,30 20,7 7,39 61,3 6,6046 20 09/03/2006 233 186 477 4734 4,0 3478 8005 27,4 2,30 20,9 7,31 58,7 8,1047 21 13/03/2006 237 190 500 6575 4,0 3478 8005 27,6 2,30 21,0 6,84 34,1 4,6348 21b 14/03/2006 238 191 500 0 3,4 3173 6354 27,6 2,00 21,0 7,31 39,3 4,9149 21c 20/03/2006 244 197 500 0 2,2 2501 3390 27,6 1,36 21,0 8,09 76,5 7,0850 22 27/03/2006 251 204 513 0 3,9 3428 7724 28,9 2,25 22,4 7,42 123,2 9,1651 23 06/04/2006 261 214 568 8360 4,0 3478 8005 31,8 2,30 22,7 7,23 42,6 2,2552 24 11/04/2006 266 219 573 1140 4,0 3478 8005 31,9 2,30 22,8 7,35 34 1,4953 25 27/04/2006 282 235 582 0 1,5 2041 1935 33,4 0,95 23,3 7,56 22,6 13,8054 26 28/04/2006 283 236 586 0 2,2 2501 3390 33,9 1,36 24,0 8,23 21,2 9,7655 27 10/05/2006 295 248 624 7200 4,0 3478 8005 35,4 2,30 25,8 7,14 35,7 2,3956 28 11/05/2006 296 249 641 4930 4,0 3478 8005 35,6 2,30 25,8 7,04 22,1 1,5657 28b 12/05/2006 297 250 641 0 3,5 3225 6623 35,6 2,05 25,8 7,06 32,3 1,4758 28c 15/05/2006 300 253 641 0 2,4 2621 3847 35,6 1,47 25,8 7,29 48,6 0,9659 28d 17/05/2006 302 255 641 0 1,7 2180 2325 35,6 1,07 25,8 6,79 133,4 4,5160 28e 22/05/2006 307 260 641 0 0,6 1271 498 35,6 0,39 25,8 6,93 32,8 5,2461 29 23/05/2006 308 261 673 5720 4,0 3478 8005 37,0 2,30 28,0 6,65 85,9 6,2862 30 28/06/2006 344 297 715 8640 4,0 3478 8005 38,5 2,30 28,2 7,03 61,3 3,5863 31 06/07/2006 352 305 717 0 3,5 3225 6623 38,7 2,05 28,7 6,87 65,2 4,2664 31b 07/07/2006 353 306 717 0 3,1 3015 5567 38,7 1,85 28,7 7,12 68,5 5,2365 32 17/07/2006 363 316 791 18260 4,0 3478 8005 40,5 2,30 30,0 6,76 57,1 6,1866 32b 18/07/2006 364 317 791 0 3,7 3328 7168 40,5 2,15 30,0 7,23 68,7 6,92
*L/A cumulé (calcul), cm3/cm2 = ((Pluviométrie enregistrée (cm3/cm2) x section gouttière (3300cm2))-Volume de lixiviant qui est passé dans la bonbonne par le trop-plein)/ surface exposée ;
Annexe IV.1
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
277
Annexe IV.1 Les paramètres d’entrée utilisés pour la simulation des essais à l’échelle laboratoire
Les paramètres d’entrée nécessaires pour la simulation de Ul’essai à l’équilibreU (TS 14429) sont
les compositions des lixiviants et plus précisément leurs concentrations en acide nitrique cf.
annexe III.1.
Les paramètres d’entrée nécessaires pour la simulation des Uessais dynamiques U (CMLT et MBT)
Paramètre CMLT MBT
Débit de lixiviant (Q), mP
3P/s 1,8·10 P
-8P 0
Volume de lixiviant (V), mP
3P 4,8·10P
-4P 4,8·10P
-4P
Surface d’échange (aBSLB), mP
2P·mP
-3P 2,9 2,9
Hauteur équivalente (hBéquivalenteB), m 3,3·10 P
-3P 3,3·10P
-3P
Porosité ouverte à l’eau (ε), % 14,7 14,7
Coefficient de diffusion effectif (DBeB), mP
2P/s 6·10 P
-12P 6·10P
-12P
Annexe IV.2
Nicoleta SCHIOPU Thèse, INSA de Lyon, 2007
278
Annexe IV.2 Les paramètres d’entrée utilisés pour la simulation des essais à l’échelle pilote
Stag1 à Stag8 : régime 1s (stagnation et évaporation du lixiviat)
Pluie1 à Pluie7 : régime 2s (écoulement dans la bonbonne de récupération)
USous-scénario « Ruissellement »U :
P1 à P34 : régime 1r (ruissellement, pendant la durée de la pluie)
S1 à S33 : régime 2r (diffusion interne, pendant les périodes sans pluie, enregistrée avant chaque évènement
pluvieux « efficace »)
Sous-scénario « stagnation » Sous-scénario « ruissellement »
Pér. Sim. Durée
contact, jours
Vol. lix. stagnant,
mL
Débit lix.ajouté, mL/s
Vol. lix. ajouté, mol/L
Pér. Sim.
Durée rég.1r, heures
Vol. lix. film, mL
Vol. lix. ruisselé,
mL
Débit lix. ruisselé,
mL/s
Pér. sim.
Durée rég. 2r, heures
P1 2,7 28,2 450 4,7·10 P
-2P - Stag1 40 1874 0 -
P2 16,5 28,2 2799 4,7·10 P
-2P S1 1,3
P3 10,5 28,2 1695 4,5·10 P
-2P S2 8,6 Pluie1 1 4172 1,37·10 P
-2P 68,13
P4 4,7 28,2 901 5,4·10 P
-2P S3 6,8
P5 19,8 28,2 1761 2,5·10 P
-2P S4 4,2 Stag2 51 2517 0 -22,04
P6 14,5 28,2 3563 6,8·10 P
-2P S5 4,4
P7 19,3 28,2 5607 8,1·10 P
-2P S6 13,2 Pluie2 1 4172 2,22·10 P
-2P 36,53
P8 6,0 28,2 1047 4,8·10 P
-2P S7 6,8
P9 5,2 28,2 1138 6,1·10 P
-2P S8 6,8 Stag3
24
gel (-4j) 1745 0 -32,32 P10 36,8 28,2 3872 2,9·10 P
-2P S9 21,5
P11 20,5 28,2 4007 5,4·10 P
-2P S10 14,1 Pluie3
36
gel (-12j) 4172 3,7·10 P
-3P 77,27
P12 32,0 28,2 3772 3,3·10 P
-2P S11 3,7
P13 23,8 28,2 2513 2,9·10 P
-2P S12 23,0 Stag4
14
gel (-14j) 3726 0 -5,94 P14 22,8 28,2 4215 5,1·10 P
-2P S13 12,0
P15 27,5 28,2 5288 5,3·10 P
-2P S14 17,9 Pluie4
2
gel (-3j) 4172 2,29·10 P
-2P 6,65
P16 14,5 28,2 1821 3,5·10 P
-2P S15 14,4
P17 10,2 28,2 608 1,7·10 P
-2P S16 11,6 Stag5 13 2903 0 -16,90
P18 32,2 28,2 3756 3,2·10 P
-2P S17 15,7
P19 6,8 28,2 1689 6,9·10 P
-2P S18 3,7 Pluie5 8 4172 8,0·10 P
-3P 24,29
P20 16,0 28,2 2530 4,4·10 P
-2P S19 13,3
P21 18,5 28,2 2329 3,5·10 P
-2P S20 2,2 Stag6 23 2590 0 -21,07
P22 18,3 28,2 2870 4,3·10 P
-2P S21 3,2
P23 14,5 28,2 794 1,5·10 P
-2P S22 13,4 Pluie6 6 4172 9,5·10 P
-3P 33,93
P24 38,3 28,2 6508 4,7·10 P
-2P S23 8,4
P25 9,8 28,2 1571 4,4·10 P
-2P S24 4,6 Stag7 29 2019 0 -28,67
P26 5,5 28,2 357 1,8·10 P
-2P S25 13,8
P27 2,2 28,2 310 4,0·10 P
-2P S26 1,9
P28 1,3 28,2 138 2,9·10 P
-2P S27 0,9
P29 30,2 28,2 4616 4,3·10 P
-2P S28 10,7 Pluie7 1 4172 3,68·10 P
-2P 59,24
P30 19,7 28,2 2110 3,0·10 P
-2P S29 0,2
P31 18,7 28,2 3247 4,8·10 P
-2P S30 11,2
P32 16,3 28,2 1567 2,7·10 P
-2P S31 35,3
P33 1,3 28,2 203 4,2·10 P
-2P S32 7,9 Stag8 68 1916 0 -30,04
P34 51,7 28,2 8390 4,5·10 P
-2P S33 8,8
UFOLIO ADMINISTRATIF
THESE SOUTENUE DEVANT L'INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON
NOM : SCHIOPU (CONE) DATE de SOUTENANCE : 15 novembre 2007 (avec précision du nom de jeune fille, le cas échéant) Prénoms : Nicoleta TITRE : Caractérisation des émissions dans l’eau des produits de construction pendant leur vie en œuvre NATURE : Doctorat Numéro d'ordre : 2007-ISAL-0076 Ecole doctorale : Chimie de Lyon (chimie, procédés, environnement) Spécialité : Sciences de l’Environnement Industriel et Urbain Cote B.I.U. - Lyon : T 50/210/19 / et bis CLASSE : RESUME : Les différentes actions réglementaires ou volontaires françaises et européennes incitent de plus en plus les fabricants de produits de construction à une politique d’évaluation environnementale. Une approche « horizontale » d’évaluation (c'est-à-dire, applicable à une ou plusieurs familles de produits utilisés dans un même type d’usage) est considérée comme souhaitable et par ailleurs requise par le mandat CEN M/366. Cette étude se propose de contribuer au développement d’une telle approche pour évaluer les émissions dans l’eau des produits de construction au cours de leur vie en œuvre. Trois produits ont été sélectionnés pour l’étude : les dalles en béton, les dalles en bois et les gouttières en zinc. Les essais ont été conduits à deux échelles d’expérimentation : échelle laboratoire (conditions contrôlées) et échelle pilote (conditions naturelles / non-contrôlées, avec suivi météorologique). A l’échelle pilote les produits sont exposés à l’eau météorique, pendant une année. Un modèle d’émission de substances (modèle couplé chimie - transport) a été développé pour le cas des dalles en béton. Le logiciel PHREEQC a été adapté et utilisé. Les principaux résultats obtenus montrent que pour évaluer les émissions dans l’eau des produits de construction, dans une optique d’approche « horizontale », les niveaux d’étude suivants sont nécessaires et doivent tenir compte des spécificités du produit et des conditions d’exposition : - la caractérisation physico-chimique du produit, qui peut être plus au moins complexe en fonction du produit et des
connaissances déjà disponibles ; - la caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions statiques (à l’équilibre) et dynamiques, qui doit
tenir compte notamment du type d’usage et de l’évolution du produit pendant sa vie en œuvre. L’essai à renouvellement en continu (CMLT) apparaît mieux adapté pour l’étude de la dynamique de relargage ;
- la modélisation du comportement des produits dans un certain scénario d’exposition. Les informations retirées lors de l’étude à l’échelle du laboratoire ne peuvent pas être extrapolées directement aux conditions naturelles d’exposition mais sont essentielles pour la modélisation du comportement environnemental.
MOTS-CLES : produits de construction, béton, bois traité, zinc, évaluation environnementale, émissions dans l’eau, lixiviation, modélisation Laboratoire (s) de recherche : Laboratoire de Génie Civil et d’Ingénierie Environnementale Directeurs de thèse: Prof. Pierre MOSZKOWICZ (LGCIE, INSA Lyon) Prof. associé Jacques MÉHU (LGCIE, INSA Lyon) Président de jury : Prof. Rémy GOURDON (LGCIE, INSA Lyon) Composition du jury : Prof. Radu BARNA (RAPSODEE, CNRS/EMAC) Rapporteur Prof. Rémy GOURDON (LGCIE, INSA Lyon) Président Dr. Emmanuel JAYR (ESE, CSTB) Prof. Associé Jacques MÉHU (LGCIE, INSA Lyon) Directeur Prof. Pierre MOSZKOWICZ (LGCIE, INSA Lyon) Directeur Prof. Florence SANCHEZ (Université Vanderbilt, USA) Rapporteur Prof. Ligia TIRUTA – BARNA (LISBP, INSA Toulouse)