Caractérisation des émissions dans ... - theses.insa...

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]

E.E.A.

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

M. Jean-Pierre FLANDROIS CNRS UMR 5558 Université Claude Bernard Lyon 1 Bât G. Mendel 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cédex Tél : 04.26 23 59 50 Fax 04 26 23 59 49 06 07 53 89 13 [email protected]

EDIIS

INFORMATIQUE ET INFORMATION POUR LA SOCIETE http://ediis.univ-lyon1.fr M. Alain MILLE Secrétariat : I. BUISSON

M. Alain MILLE Université Claude Bernard Lyon 1 LIRIS - EDIIS Bâtiment Nautibus 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72.42 44 82 94 Fax 04 72 44 80 53 [email protected] - [email protected]

EDISS

INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES-SANTE M. Didier REVEL Insa : M. LAGARDE

M. Didier REVEL Hôpital Cardiologique de Lyon Bâtiment Central 28 Avenue Doyen Lépine 69500 BRON Tél : 04.72.35 72 32 Fax : [email protected]

MATERIAUX DE LYON M. Jean Marc PELLETIER Secrétariat : C. BERNAVON 83.85

M. Jean Marc PELLETIER INSA de Lyon MATEIS Bâtiment Blaise Pascal 7 avenue Jean Capelle 69621 VILLEURBANNE Cédex Tél : 04.72.43 83 18 Fax 04 72 43 85 28 [email protected]

Math IF

MATHEMATIQUES ET INFORMATIQUE FONDAMENTALE M. Pascal KOIRAN Insa : G. BAYADA

M.Pascal KOIRAN Ecole Normale Supérieure de Lyon 46 allée d’Italie 69364 LYON Cédex 07 Tél : 04.72.72 84 81 Fax : 04 72 72 89 69 [email protected] Secrétariat : Fatine Latif - [email protected]

MEGA

MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE CIVIL, ACOUSTIQUE M. Jean Louis GUYADER Secrétariat : M. LABOUNE PM : 71.80 –Fax : 87.12 [email protected]

M. Jean Louis GUYADER INSA de Lyon Laboratoire de Vibrations et Acoustique Bâtiment Antoine de Saint Exupéry 25 bis avenue Jean Capelle 69621 VILLEURBANNE Cedex Tél :04.72.18.62.14 Fax : 04 72 18 65 37 [email protected]

SSED

SCIENCES DES SOCIETES, DE L’ENVIRONNEMENT ET DU DROIT Mme Claude-Isabelle BRELOT Insa : J.Y. TOUSSAINT

Mme Claude-Isabelle BRELOT Université Lyon 2 86 rue Pasteur 69365 LYON Cedex 07 Tél : 04.78.69.72.76 Fax : 04.37.28.04.48 [email protected]

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


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 !


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


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


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


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


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


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


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


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).


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.



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].



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



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



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]



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 ;



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



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].



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.



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) ;



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.



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



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 :



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



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



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].



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



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



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].



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,



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



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



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



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)



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



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



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



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



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.



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]


zincite (ZnO)

Milieu contrôlé, présence de chlorure de

sodium [Qu et al., 2002]

chlorure d’ammonium et de zinc ((NH4)2ZnCl4)


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



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),



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



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 »)



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


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



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).



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



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



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



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.



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.



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.



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



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.



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.



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.



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



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



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.



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).



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).



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).



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



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 ;


prélevé au cœur de la dalle.

Pour les dalles exposées aux conditions naturelles, trois types d’échantillons ont été

analysés (Figure II.7):


prélevé à la surface supérieure (directement exposée à la pluie) de la dalle ;


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



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).



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].



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.



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



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



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



79

Figure II.8 Montage de l’essai CMLT (schéma d’après [ADEME, 2005])



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.



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



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.



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



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



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.



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.


Figu

re II

.12

Syno

psis

des

ess

ais e

ffec

tués

dan

s le

cadr

e ce

tte

étud

e


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 (%)


89


0,01

0,1

1

K mg/L


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



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



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.



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



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)



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 :



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



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



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).



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])



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


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.


101



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


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



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



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).


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


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


4 20 50

0

2

4

6

8

10


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



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


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)



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.



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


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.



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


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 %.



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.


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.


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).



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.



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



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


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)



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


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


Figure III.19 Vérification des conditions dynamiques des essais MBT et CMLT (dalles en béton)


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


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



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)



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).


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--


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)


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


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.


a vérification des conditions dynamiques est réalisée et représentée graphiquement dans la

igure III.23. F


B, mol/L

1,E-07

1,E-05

1,E-03

1,E-01

2 4 6 8 10 12pH


Cu, mol/L

1,E-08

1,E-06

1,E-04

1,E-02

2 4 6 8 10 12pH


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


Zn, mol/L

1,E-08

1,E


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



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


pH

4

5

6

7

8

0,01 0,1 1 10 100jours


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


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


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



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



125


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



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.


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


considérant le système complexe formé par tous les équilibres chimiques contrôlant la


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



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.


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


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.


La Figure III.29 présente l’évolution dans le temps du pH et des masses relarguées lors de

l’essai MBT conduit


129


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


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.


130



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 :



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.


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



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)


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.


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


134



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



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



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 :


- 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.


138



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



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.



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.



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


600 mL et 4170 mL. Pour un volume supérieur à 1670 mL, le produit était complément

submergé.

0

6000

8000

10000


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



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



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)



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



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


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


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


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


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)



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


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


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



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


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"


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)


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



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.



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).


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.


153



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.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


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).



156


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



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



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).



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 »;



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



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



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


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


mg 1,0E+02/m

2

MBT CMLT Ruiss Stag Ca

1,0E+04

1,0E+05

1,0E+01

1,0E+02


mg 1,0E+03/m

2

MBT CMLT Ruiss Stag

Figure III.47 Comparaison laboratoire / pilote : la masse cumulée relarguée (dalles en béton)


Al


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


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


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


SO4--

1,0E+02

1,0E+03

1,0E+04

1,0E+00

1,0E+01


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


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



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.,



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.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


MBT CMLT CMLTv Ruiss Stag B

1,0E+00

1,0E+01

1,0E+02

1,0E+03

1,0E+04


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


166


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


mg/

m2

1,0E+03 SO4--

1,0E+00

1,0E+04

1,0E+01

1,0E+02

1,0E+03


mg/

m2

Ca

1,0E+02

1,0E+03

1,0E+04

mg/

m2

1,0E+010,01 0,1 1 10 100 1000


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



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



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


CMLT CMLTva CMLTvnMBT Ruiss Stag

Zn

1,0E+00

1,0E+01

1,0E+02

1,0E+03

1,0E+04

1,0E+05


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



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



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



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.



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,


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.


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


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.



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.



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).



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) ;



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.



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



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)



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



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]



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



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



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



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



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


Figure IV.3 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : l’essai à l’équilibre TS

14429



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


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


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


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.



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


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


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


Figure IV.4 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : les deux essais dynamiques

- continuation


191



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


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


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)



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



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,



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


Nicoleta SCHIOPU


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


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


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


gure IV.5 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : l’essai à l’échelle pilote - Fi

continuation



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


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


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


Figure IV.5 Confrontation du pH et des concentrations mesurées et simulées : l’essai à l’échelle pilote -

continuation



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



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.




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




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.




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.




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.




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.


REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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fcm.jrc.it (consulté, le 02.04.2007) Yang, C.C., Chob, S.W., Wang, L.C. The relationship between pore structure and chloride diffusivity from ponding test in cement-based materials. Materials Chemistry and Physics 2006, 100, p. 203–210. Waldron, L., P. Cooper, and T. Ung. Modeling of Wood Preservative Leaching in Service. Proceedings of Environmental Impacts of Preservative-Treated Wood Conference, Orlando, FL, February 8-11, 2004, diponible sur http://www.ccaresearch.org/Pre-Conference/pdf/Waldron.pdf. (consulté le 18.06.2005)


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


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]


229

Annexe II.1


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’


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


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) :


233

Annexe II.2


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 :


Annexe II.2


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:


Annexe II.2


Echantillon prélevé au cœur de la dalle :

Echantillon prélevé à la surface inferieure de la dalle :


Annexe III.1


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


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


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


Annexe III.3


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


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


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


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



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


Annexe III.3


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


sèche de la g 15,04 14,96prise d'essai

15,02 15,04 15,01 15,03 14,98 14,99 15,00


g 16,19 16,1 16,17 16,19 16,16 16,18 16,13 16,14 16,15



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



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


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


g 15,12 15,11 15,13 15,06 15,05 15,03 15,41 15,44 15,39


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


mL 148 148 148 149 149 149 140 140 140


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



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



g 15,13 15,11 15,09 15,04 15,00 15,03 15,49 15,51 15,45


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


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


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


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



*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


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


g 16,19 16,16 16,18 16,19 16,13 16,15 16,19 16,18 16,19


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


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



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


244



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


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


mL 148 148 148 149 149 149 140 140 140


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



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


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


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


Annexe III.10


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


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


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



Annexe III.11


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


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)


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


Annexe III.12


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, 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


Annexe III.13


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


(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.


Annexe III.14


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.,

%



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


mL/min0,84 300



(cumulée), jours




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


(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


(cumulée), jours



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


jours

N° prelev.


Annexe III.15



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



Volume eluat

mesuré, mL

L/A cumulé (calcul),

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


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


ech., cm2 cm3 %



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


(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


(cumulée), jours

Les résultats de l’essai MBT 10 (dalles en béton)

Produit LixiviantMasse ech.,

gSurface


cm3


%



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


(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


(cumulée), jours


Annexe III.17


254

Annexe III.17 Les résultats de l’essai MBT (dalles en bois)


gSurface


cm3


%



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


(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


(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


gSurface


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.,

%



mLLi

26,12 128,9 63


(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


(cumulée), jours

/L COD, mg/L

3,82,33,24,64,94,83,43,14,63,9

Annexe III.18


255

Annexe III.18 Les résultats de l’essai MBT (gouttières en zinc) Surface exposée : 40 cm2

N°

prel.


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


256

Annexe III.19 Les résultats de l’essai « CMLTv » (dalles en béton)


gSurface


cm3


%



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


mL/min0,8 300

Prélèvements moyens (tout l'éluat) prelev.


jours




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



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


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



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


(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



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


(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


258

Prélèvements ponctuels (un volume minimal d'éluat = 25 mL, ~ 30 minutes) Dalles bois 1


jours

Durée lix,

jours



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


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



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*



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



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



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*



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°


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)


(cumulée), jours



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


Annexe III.22


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)


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),


261

Annexe III.23


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


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


jours

Pluvio cumul, mm

(L/m2)

Vol. lixiviat bonbonne,

cm3

Hauteur lixiviat dans le bac, cm

Vol. lixiviat dans le bac, cm3


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")


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


jours

Pluvio ul, mm /m2)

cum(L

lixiviat onne, m3





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


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


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


267

Annexe III.25


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


jours

Pluvio cumul, mm

(L/m2)

Volume eluat

mesuré, mL



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)


Annexe III.25


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


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 ,




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


Annexe III.26


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


jours

Pluvio cumul, mm

(L/m2)


cm3






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


272

Concentration


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


273


0,002 0,001 0,001 0,072 0,001 0,05 0,05DateN°.

crt.N°

prel.


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


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


jours

Durée contact

(cum.), jours

Pluvio cumul, mm

(L/m2)

Volume eluat

mesuré, mL



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


275

Annexe III.28 Les résultats de l’essai « Pilote - stagnation » (gouttières en zinc)

N°. crt.

N° prel. Date


jours

Durée contact

(cum.), jours

Pluvio cumul, mm

(L/m2)


cm3

Hauteur lix. dans la

gouttière, cm

Surface en contact avec le lix., cm2

Vol. lix. dans la gouttière, cm3





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


276

N°. crt.

N° prel. Date


jours

Durée contact

(cum.), jours

Pluvio cumul, mm

(L/m2)


cm3

Hauteur lix. dans la

gouttière, cm

Surface en contact avec le lix., cm2

Vol. lix. dans la gouttière, cm3





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


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


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)

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