Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement...

51
Traitement et valorisation des sédiments de l'assainissement pluvial routier et urbain Apport des tris physiques Sous la direction de Véronique Ruban Juin 2010 Laboratoire central des ponts et chaussées 58, boulevard Lefebvre, F 75732 Paris Cedex 15

Transcript of Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement...

Page 1: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

Traitement et valorisation des sédimentsde l'assainissement pluvial routier et urbain

Apport des tris physiques

Sous la direction de Véronique Ruban

Juin 2010

Laboratoire central des ponts et chaussées58, boulevard Lefebvre, F 75732 Paris Cedex 15

Page 2: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

Conformément à la note du 04/07/2014 de la direction générale de l'Ifsttar précisant la politique dediffusion des ouvrages parus dans les collections éditées par l'Institut, la reproduction de cet ouvrage estautorisée selon les termes de la licence CC BY-NC-ND. Cette licence autorise la redistribution noncommerciale de copies identiques à l’original. Dans ce cadre, cet ouvrage peut être copié, distribué etcommuniqué par tous moyens et sous tous formats.

(CC BY-NC-ND 4.0)

Attribution — Vous devez créditer l'Oeuvre et intégrer un lien vers la licence. Vous devez indiquer cesinformations par tous les moyens possibles mais vous ne pouvez pas suggérer que l'Ifsttar voussoutient ou soutient la façon dont vous avez utilisé son Oeuvre.

Pas d’Utilisation Commerciale — Vous n'êtes pas autorisé à faire un usage commercial de cetteOeuvre, tout ou partie du matériel la composant.

Pas de modifications — Dans le cas où vous effectuez une adaptation, que vous transformez, oucréez à partir du matériel composant l'Oeuvre originale (par exemple, une traduction, etc.), vousn'êtes pas autorisé à distribuer ou mettre à disposition l'Oeuvre modifiée.

Le patrimoine scientifique de l'Ifsttar

Le libre accès à l'information scientifique est aujourd'hui devenu essentiel pour favoriser la circulation dusavoir et pour contribuer à l'innovation et au développement socio-économique. Pour que les résultats desrecherches soient plus largement diffusés, lus et utilisés pour de nouveaux travaux, l’Ifsttar a entrepris lanumérisation et la mise en ligne de son fonds documentaire. Ainsi, en complément des ouvragesdisponibles à la vente, certaines références des collections de l'INRETS et du LCPC sont dès à présentmises à disposition en téléchargement gratuit selon les termes de la licence Creative Commons CCBY-NC-ND.

Le service Politique éditoriale scientifique et technique de l'Ifsttar diffuse différentes collections qui sontle reflet des recherches menées par l'institut :

• Les collections de l'INRETS, Actes• Les collections de l'INRETS, Outils et Méthodes• Les collections de l'INRETS, Recherches• Les collections de l'INRETS, Synthèses• Les collections du LCPC, Actes• Les collections du LCPC, Etudes et recherches des laboratoires des ponts et chaussées• Les collections du LCPC, Rapport de recherche des laboratoires des ponts et chaussées• Les collections du LCPC, Techniques et méthodes des laboratoires des ponts et chaussées, Guide

technique• Les collections du LCPC, Techniques et méthodes des laboratoires des ponts et chaussées, Méthode

d'essai

www.ifsttar.fr

Institut Français des Sciences et Techniques des Réseaux,de l'Aménagement et des Transports14-20 Boulevard Newton, Cité Descartes, Champs sur MarneF-77447 Marne la Vallée Cedex 2

Contact : [email protected]

Page 3: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

Ce document a été rédigé par :

Véronique Ruban,Laboratoire central des ponts et chausséesGroupe pollution des eaux et des solsDépartement géotechnique eau et risques

Avec le concours de :G. Arnaud, Laboratoire régional des ponts et chaussées de BordeauxP. Conil, Bureau de recherches géologiques et minièresF. Pétavy, École des métiers de l'environnement, BruzJ.-Y. Viau, Saint-Dizier environnement

Ce rapport est issu d'une étude pluriannuelle sur la « caractérisation et gestion des résidus del'assainissement pluvial routier et urbain » (opération de recherche 11M063) coordonnée par leLCPC. Ce travail a bénéficié du soutien financier de l'agence de l'eau Seine Normandie et du Sétra.

En couverture :Bassin enterré de WissousBassin de CheviréATTRISED : unité pilote de traitement des sédiments

Pour commander cet ouvrage :Laboratoire central des ponts et chausséesDISTC - Section Diffusion58, boulevard Lefebvre, F 75732 Paris cedex 15Téléphone : 01 40 43 50 20 - Télécopie : 01 40 43 54 95Ou serveur Internet LCPC : www.lcpc.fr

Prix : 20 Euros HT

Ce document est propriété du Laboratoire central des ponts et chaussées et ne peut être reproduit, même partiellement, sans l'autorisation de son Directeur général

(ou de ses représentants autorisés)

© 2010 - LCPC

ISSN 1157-3988ISBN 978-2-7208-2575-0

DOI/Crossref 10.3829/erlpc.eg24-fr

Page 4: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

1

TRAITEMENT ET VALORISATION DES SEDIMENTS DE L’ASSAINISSEMENT PLUVIAL ROUTIER ET URBAIN

APPORT DES TRIS PHYSIQUES

SOMMAIRE

PREAMBULE .......................................................................................................................... 3

INTRODUCTION.................................................................................................................... 4

PREMIERE PARTIE : ESSAIS PRELIMINAIRES ........................................................... 6

1. Objectifs des essais préliminaires ....................................................................................... 7

2. Echantillon et caractérisations nécessaires à ces essais .................................................... 7

3. Protocole pour les essais préliminaires............................................................................... 7

DEUXIEME PARTIE : INTERPRETATION DES ESSAIS PRELIMINAIRES6 FILIERES DE GESTION ET DE TRAITEMENT A RETENIR ..................................... 13

1. Aspects réglementaires ...................................................................................................... 14

2. Choix potentiels en fonction des volumes à gérer........................................................... 16

3. Interprétation des données qualitatives des essais préliminaires .................................. 17 3.1 Tests de granulométrie ................................................................................................... 17

3.2 Tests d’attrition en laboratoire ....................................................................................... 17

4. Conclusions - Synthèse....................................................................................................... 18

TROISIEME PARTIE : TRAITEMENT............................................................................ 21

1. Choix du traitement ........................................................................................................... 22

2. Tamisage/lavage ................................................................................................................. 23 2.1 Criblage .......................................................................................................................... 23

2.2 Hydrocyclonage ............................................................................................................. 23

2.3 Spiralage......................................................................................................................... 23

3. Procédé ATTRISED........................................................................................................... 24 3.1 Principe et fonctionnement de l’unité pilote .................................................................. 24

3.2 Grille statique ................................................................................................................. 25

3.3 Séparateur primaire ........................................................................................................ 25

3.4 Cellules d’attrition.......................................................................................................... 26

3.5 Séparateur secondaire..................................................................................................... 26

3.6 Traitement des eaux ....................................................................................................... 26

Page 5: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

2

4. Les différentes fractions issues du traitement ................................................................. 27 4.1 Fraction supérieure à 30 m ............................................................................................. 27

4.2 Fraction 2 mm – 30 mm ................................................................................................. 27

4.3 Fraction 60 µm – 2 mm.................................................................................................. 27

4.4 Fraction inférieure à 60 µm............................................................................................ 27

5. Traitement biologique – Landfarming............................................................................. 29 5.1 Principe de traitement............................................................................................... 29

5.2 Un exemple d’essai sur cases pilotes ............................................................................. 29

QUATRIEME PARTIE : VALORISATION...................................................................... 31

1. Caractérisations géotechnique et chimique ..................................................................... 32 1.1 Granulométrie (sur les matériaux après traitement éventuel) ....................................... 32

1.3 Teneur en eau ................................................................................................................. 34

1.4 Caractéristiques chimiques............................................................................................. 34

2. Précautions pour la mise en œuvre et les zones d'emploi ............................................... 34 2.1 Dangerosité des sous-produits de l'assainissement pluvial ............................................ 34

2.2 Mobilité des éléments-traces métalliques ...................................................................... 35

3. Filières de valorisation ....................................................................................................... 35 3.1 Epandage sur emprises du propriétaire, gestionnaire routier notamment ...................... 36

3.2 Remblai routier............................................................................................................... 36

3.3 Couche de forme ............................................................................................................ 37

3.4 Remblaiement de tranchées............................................................................................ 38

3.5 Remblai de surface ......................................................................................................... 38

3.6 Fabrication de béton ....................................................................................................... 38

CINQUIEME PARTIE : ELEMENTS DE COÛT ............................................................ 39

CONCLUSION GENERALE ............................................................................................... 43

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES............................................................................. 45

Page 6: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

3

PREAMBULE

Le présent document vise à proposer des solutions pour le traitement par tris physiques et la

valorisation des sédiments de l’assainissement pluvial routier et urbain.

La démarche adoptée pour aboutir aux solutions de traitement et de valorisation est exposée ;

elle repose sur :

• Des essais préliminaires menés en laboratoire,

• Leur interprétation,

• Le traitement des sédiments,

• Les filières de valorisation,

• L’évaluation économique des solutions proposées.

Ce document a été rédigé dans le cadre d’une opération de recherche du Laboratoire Central

des Ponts et Chaussées menée pendant 3 ans (2006-2008) et qui concerne la caractérisation et

la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain.

Ce programme a bénéficié du soutien financier de l’Agence de l’Eau Seine-Normandie

(AESN) et du Service d’Etudes sur les transports, les Routes et leurs aménagements

( SETRA).

Plusieurs partenaires issus du Ministère de l’écologie, de l’énergie, du développement durable

et de la mer (MEEDEM), ainsi que des partenaires extérieurs ont apporté leur savoir-faire

pour rédiger ce guide :

• Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, Centre de Nantes,

• Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Bordeaux,

• Bureau de Recherches Géologiques et Minières,

• Saint Dizier Environnement.

En outre, un important travail bibliographique et expérimental a été effectué par F. Pétavy

dans le cadre d’une thèse de doctorat encadrée par le LCPC, sur le traitement et la valorisation

des sédiments de l’assainissement pluvial.

De plus, pour le chapitre consacré à la valorisation, certaines données proviennent des travaux

réalisés au LRPC de Bordeaux.

Il convient de noter que ce document de synthèse n’a pas de valeur juridique.

Par ailleurs, un guide sur l’ « Acceptabilité de matériaux alternatifs en techniques routières -

Evaluation environnementale » qui vise à fournir une démarche d’évaluation de l’acceptabilité

environnementale de matériaux alternatifs issus de déchets destinés à être utilisés en

techniques routières est en préparation au SETRA.

Page 7: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

4

INTRODUCTION GENERALE

Dans un contexte de développement durable, le traitement et la valorisation des sédiments de

l’assainissement pluvial constituent une préoccupation forte des acteurs chargés de la gestion

de ces matériaux. Cependant, l’absence d’un contexte réglementaire spécifique, les volumes

importants de sédiments et leur hétérogénéité complexifient le problème.

Un premier guide de recommandations pratiques pour la gestion des produits de

l’assainissement pluvial (Hébrard-Labit, 2006) a été rédigé à l’usage des gestionnaires de

voiries urbaines et inter-urbaines. Ce document est une première approche pour trouver des

filières de traitement, valoriser ou éliminer les produits de curage issus des ouvrages

d’assainissement pluvial.

Par ailleurs, d’autres documents peuvent être consultés concernant :

• Les volumes (SETRA, 1995 ; ONR, 2001 ; Ruban et al., 2003),

• La caractérisation (Lissalde, 2001 ; Durand 2003 ; Durand et al., 2004a et b, 2005 ;

Clozel et al., 2006),

• Le traitement (Sermansson, 1998 ; Deruelle, 2004 ; Heudier, 2005),

• Les filières de valorisation (Villeneuve, 2003 ; Ducommun, 2004),

• Les aspects réglementaires (Champaud, 2006 ; Legier, 2007),

• Acceptabilité de matériaux alternatifs en techniques routières - Evaluation

environnementale (SETRA, 2010 en préparation).

L’objectif du présent document est de proposer une démarche simple permettant de guider

les gestionnaires vers des filières de traitement et de valorisation adaptées. Pour chaque

cas, une évaluation économique est faite. L’accent est mis sur le tri physique. Les

sédiments concernés par ce document sont :

• Les sédiments de bassins de rétention / infiltration en milieux routier et

urbain,

• Les sédiments de fossés,

• Les balayures de voiries interurbaines,

• Les sédiments issus des avaloirs, collecteurs et chambres à sable.

Ce document comporte cinq parties.

La première partie décrit les essais préliminaires à mettre en œuvre avant le traitement.

La deuxième partie fournit l’interprétation de ces essais.

Le traitement est présenté dans la troisième partie.

La partie IV propose des filières de valorisation des sédiments traités.

Enfin, la partie V présente une évaluation des coûts des filières proposées.

La figure –I-1 ci-dessous présente la démarche proposée, qui se déroule selon 5 phases. La

première phase (prélèvement) fait l’objet d’un guide spécifique « recommandations pratiques

pour la gestion des produits de l’assainissement pluvial » auquel il conviendra de se reporter

le cas échéant. Les points 2 à 5 sont développés dans ce document.

Page 8: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

5

Figure I-1. Démarche proposée pour le traitement et la valorisation des sédiments

Sédiments

Prélèvement

Essais préliminaires

Interprétation des essais

préliminaires

Traitement

Valorisation

1

2

3

4

5

Page 9: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

6

PREMIERE PARTIE

ESSAIS PRELIMINAIRES

Page 10: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

7

1. Objectifs des essais préliminaires

Les essais préliminaires proposés ont pour objectif de permettre d’évaluer si un traitement

par des méthodes de tris physiques présente un apport significatif pour la gestion des

sédiments considérés. Dans l’affirmative, ils permettent ensuite de préciser les étapes

constitutives du traitement à mettre en place.

Il est important de noter que le protocole proposé est phasé. Il s’adresse principalement à

l’évaluation de la gestion de volumes de matériaux significatifs (> 50 m3, cf partie II).

2. Echantillon et caractérisations nécessaires à ces essais

Masse de l’échantillon

Il est d’une part nécessaire de maintenir une relative représentativité de l’échantillon par

rapport aux particules grenues usuelles dans ces sédiments. D’autre part l’échantillon doit être

manipulable avec des équipements de laboratoire et présenter la masse nécessaire pour

réaliser les essais. Il est donc proposé de réaliser les essais préliminaires sur des échantillons

de l’ordre de 2 kg car une telle masse présente un compromis acceptable entre ces contraintes.

Les protocoles d’échantillonnage des matériaux présents dans les ouvrages d’assainissement

pluvial sont décrits dans le guide du LCPC « Recommandations pratiques pour la gestion des

produits de l’assainissement pluvial » (Hebrard, 2006).

Tamisage de protection à 30 mm

Ce tamisage est destiné à enlever d’éventuelles macro-particules, qui ne peuvent être prises en

compte dans les essais à l’échelle du laboratoire. Cette éventuelle fraction grossière peut

parfois représenter une masse non négligeable, lors du traitement de l’ensemble d’un site, et il

conviendra alors de la gérer.

Siccité

Il s’agit de mesurer le pourcentage massique de matières sèches du matériau. Cette mesure sur

l’échantillon brut n’est pas directement nécessaire pour les essais préliminaires, mais est

importante pour l’extrapolation de leurs résultats dans des bilans prévisionnels ainsi que pour

le choix des destinations futures.

Analyses chimiques

Les analyses chimiques réalisées sur l’échantillon brut seront également à reconduire sur

l’ensemble des produits des essais proposés ci-après, afin de pouvoir établir des bilans fiables

et complets. Parmi les analyses chimiques, il convient de prévoir notamment celle de la teneur

en matières organiques (NF ISO 11465), des principaux éléments traces métalliques (Cu, Zn,

Ni, Pb, Cr, Cd) et des hydrocarbures totaux.

Cette liste est bien sûr à élargir en fonction de l’historique et de la présence d’activités

spécifiques sur le bassin versant alimentant le réseau pluvial considéré. Dans ce cas, une

analyse multi-élémentaire de type ICP réalisée sur l’échantillon brut peut permettre

d’identifier les éléments traces métalliques qu’il sera pertinent de suivre dans les essais et

bilans.

3. Protocole pour les essais préliminaires

Le protocole proposé est représenté dans le schéma ci-après (figure I-2):

Page 11: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

8

Tamisage 2 mm

Tamisage 80 µm

Sédiment brut

Attrition

Tamisage 80 µm

Fines -80µm Fines -80µm at.

Fraction -2mm +80µm at

Fraction +2mm

Figure I-2. Schéma du protocole d’essai préliminaire

Tamisage à 2000 µm et 80 µm de l’échantillon

Dans un premier temps, les sédiments bruts sont à tamiser à 2 000 µm et à 80 µm pour

constituer trois fractions granulométriques.

Ces tamisages seront réalisés en voie humide et selon les normes de tamisage.

La masse des fractions ainsi obtenues et leurs teneurs en contaminants seront déterminées,

afin de pouvoir établir un bilan de ce premier tamisage.

Bilan de la répartition massique et chimique

Un bilan de la répartition massique et de la répartition des teneurs en contaminants sera

réalisé. Le tableau I-1 présente un exemple d’un tel bilan.

Tableau I-1. Exemple de bilan massique et chimique : répartition des teneurs en matière organique et

cuivre dans un échantillon du bassin de Cheviré

Légende : T : teneur ; MO : matières organiques

Produits Masse % MO

mg kg-1

MO

%

Cu

mg kg-1

Cu

%

> 2000µm 13 7.1 8.4 154 8.3

80µm-2mm 60 9.9 52.1 197 49.0

< 80 µm 27 16.8 382 382 42.7

Total 100 11.4 100 241 100

Il permet notamment de voir les éventuels « enrichissements » de contaminants selon la taille

des particules du sédiment.

Page 12: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

9

Interprétation Dans l’exemple ci-dessus, le tableau montre que la fraction < 80µm présente des teneurs plus élevées que les

autres fractions en matière organique et en cuivre (teneurs respectivement de 16,8% et 382mg/kg pour la MO et

le cuivre, à comparer à des teneurs moyennes reconstituées de l’échantillon de 11,4% et 241mg/kg). On voit

également que, alors que cette fraction représente 27% de la masse de l’échantillon, du fait de cet

« enrichissement », elle contient respectivement 39,8 et 63% de ces deux substances.

Les répartitions granulométriques et chimiques sont très variables d’un site à l’autre voire

même au sein d’un même site et d’une période à l’autre.

Evaluation de la poursuite des essais du protocole

A la suite de ce bilan, l’essai d’attrition ne sera réalisé que si l’opération apparaît

potentiellement attractive, c'est-à-dire si :

- d’une part la proportion massique que représente la fraction granulométrique

80-2 000 µm est significative,

- d’autre part cette fraction présente des teneurs (matière organique, éléments traces,

hydrocarbures) restreignant ses possibilités de gestion / réutilisation. (cf. partie IV)

En conséquence, la réalisation de l’essai d’attrition n’apparaît a priori pas nécessaire si la

fraction 80-2000 µm représente moins de 30% de l’échantillon (ordre de grandeur qui peut

également dépendre d’autres facteurs et notamment de la taille du gisement).

Attrition de la fraction 80-2000 µm

L’opération s’effectue dans un équipement de laboratoire appelé cellule d’attrition. Cet

équipement est destiné à maximiser les frottements entre particules pour pouvoir décaper

leurs éventuels encroutements (figure I-3), porteurs de contaminants. Un schéma de cellule

d’attrition est présenté figure I-4. Plusieurs modèles de cellule d’attrition existent, mais

généralement la cuve en est de forme hexagonale afin de favoriser les frottements. Les pales

d’agitation sont généralement placées sur plusieurs niveaux et disposées en opposition,

toujours afin de favoriser les frottements entre particules.

a) b) Figure I-3 : Photographie au MEB de deux particules du même matériau (sédiment de Cheviré), l’une

a) avant attrition et l’autre b) après attrition – (Pétavy, 2007).

Page 13: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

10

Figure I-4. Schéma de principe de l’attrition : le frottement appliqué aux particules « désagrège » les

encroutements, ce qui permet ensuite de séparer par tamisages les particules grenues « nettoyées »

des fines générées par les encroutements.

L’attrition a pour but de désagréger les particules fines agglomérées à la surface des particules

grossières (encroûtement, figure I-V) ou agrégées entre elles. Mais quel que soit le type

d’agrégation, le résultat est le même et permet d’obtenir des particules grossières « propres ».

Conditions opératoires :

Il est proposé d’utiliser une cellule dont le volume est de l’ordre du litre. Diviser la fraction -

80-2000 µm pour obtenir un sous échantillon compatible avec le volume utile de la cellule.

La concentration en solide sera ajustée par ajout d’eau à environ 70% (masse de solide sur

masse de pulpe (solide + eau)). En effet, dans la cellule d’attrition, les forces de frottement

entre les particules dépendent de la vitesse de rotation des pales, de la géométrie de

l’équipement mais également de la teneur en eau de la pulpe. Les forces de frottement

augmentent avec la viscosité et par conséquent avec la siccité du produit, d’où l’importance

de travailler à une concentration en solide élevée.

La durée d’attrition peut être variable et ajustée en fonction de la friabilité des sédiments,

mais par défaut un temps de 3 minutes peut être utilisé. Si après attrition (et après le tamisage

mentionné ci-après) la proportion de fines produite est trop élevée (supérieure à 30%), le

Page 14: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

11

temps d’attrition sera à réduire. En sens inverse, si la proportion de fines produite se révèle

trop faible, la durée d’attrition sera à augmenter.

Tamisage à 80 µm des produits après attrition

Le produit après attrition sera tamisé à 80 µm, afin de pouvoir séparer les fines générées par

cette opération. Les deux fractions ainsi obtenues seront séchées, pesées et analysées.

Bilans massique et chimique

A l’issue des essais les bilans sont intéressants et interprétables à plusieurs niveaux :

- Bilan de l’attrition

Le tableau I-2 présente un exemple d’un tel bilan.

Tableau I-2. Bilan de l’attrition de la fraction -2000+80µm d’un échantillon du bassin

de Cheviré.

T : teneur ; MO : matières organiques ; at : produit après attrition

Produits Masse % MO

mg kg-1

MO

%

Cu

mg kg-1

Cu

%

80- 2000 µm at 69 4.0 32.5 83 32.1

< 80 µm at 31 18.5 67.5 391 67.9

Total 100 8.5 100 178 100

80- 2000 µm

initial

9.9 197

Interprétation

La ligne « Total » correspond à la reconstitution calculée de la fraction de départ. La comparaison des teneurs calculées et des

teneurs mesurées sur la fraction initiale permet de visualiser les écarts de bouclage (liés aux incertitudes de prélèvements et

d’analyses) et de contrôler la validité de l’essai.

L’attrition a généré 31% de « fines». Ces fines ont une teneur respective de 18,5% et 391mg/kg en MO et cuivre et

contiennent 67,5% et 67,9% de la masse totale de ces substances. La fraction -2000+80µm après attrition ne présente plus

qu’une teneur de 4% en matières organiques et de 83 mg/kg en Cu au lieu des 8,5 % MO et 178 mg/kg Cu de la fraction

initiale reconstituée.

- Bilan de l’essai complet

Le tableau I-3 présente un exemple d’un bilan complet, dans lequel les fines générées par

l’attrition sont regroupées avec les fines présentes initialement.

Page 15: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

12

Tableau I-3. Bilan complet de l’attrition d’un échantillon du sédiment de Cheviré.

Légende : T : teneur ; MO : matières organiques ; at : produit après attrition

Produits Masse

%

MO

mg kg-1

MO

%

Cu

mg kg-1

Cu

%

> 2000µm 13 7.1 8.7 154 8.7

80-2000µm at 41.4 4.0 15.7 83 14.9

< 80 µm at 18.6 18.5 391

< 80 µm 27.0 16.8 382

< 80 µm total 45.6 45.6 17.5 75.6 386 76.4

Total 100 10.6 100 230 100

Interprétation

Après les essais de tris granulométriques et d’attrition, l’ensemble des fines (-80µm total) représente 45,6 % de la masse

totale des produits (base : poids sec) et concentre 75,6 % et 76,4 % respectivement des matières organiques et du cuivre

initialement présent dans le matériau.

Page 16: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

13

DEUXIEME PARTIE

INTERPRETATION DES ESSAIS PRELIMINAIRES FILIERES DE GESTION ET DE TRAITEMENT A RETENIR

Page 17: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

14

La partie I a permis de réaliser des essais préliminaires sur les sédiments. Ce chapitre a pour

objectifs d’apporter une aide à la décision sur la filière de gestion et éventuellement de

traitement à mettre en œuvre sur les sédiments pollués afin de « sécuriser » leur devenir et en

visant si possible une réutilisation de ceux-ci.

L’objectif visé par le traitement est de concentrer la majeure partie de la pollution au sein

d’une fraction la plus réduite possible afin de maximiser le pourcentage de sédiments

potentiellement valorisables. Ainsi, seule une faible fraction du tonnage en sédiments sera à

éliminer dans des filières appropriées.

1. Aspects réglementaires

L’objectif de ce chapitre est d’évaluer la toxicité des sédiments afin de déterminer si un

traitement des sédiments sera requis.

En l’absence d’une réglementation spécifique aux sédiments pluviaux, plusieurs approches

semblent envisageables :

• La circulaire METL-MATE du 18 juin 2001 recommande de se référer à l’arrêté du 8

janvier 1998 mais les valeurs prises comme référence concernent les boues issues du

traitement des eaux usées, et ne sont donc pas très adaptées.

• L’arrêté du 15/3/06 fixant « la liste type de déchets inertes admissibles dans des

installations de stockage de déchets inertes et les conditions d’exploitation de ces

installations» propose des critères à respecter pour l’admission de terres provenant de

sites contaminés. Une lixiviation selon le test normalisé X 30-402-2 doit être réalisée

sur un échantillon. En dessous d’un ensemble de seuils pour les éléments mis en

solution par le test, les terres sont considérées inertes en vue d’un stockage en site (cf.

tableau II-1 ci-après). Cette procédure pourrait également être envisagée pour les

sédiments pluviaux.

• Enfin, lorsque l’on dispose des teneurs brutes des sédiments en contaminants, les

valeurs cibles et d’intervention proposées par la norme hollandaise sur la qualité des

sols (circulaire de décembre 1994 du ministère VROM) pourraient servir d’indicateurs

pour une première orientation, a priori, du choix des filières de gestion.

Si les concentrations en polluants du lixiviat du sédiment à étudier sont inférieures aux

valeurs de l’arrêté du 15/3/06, aucun traitement n’est préconisé. Cela permet d’envisager,

sous réserve de l’absence d’une zone sensible à proximité (captage d’eau potable, cours

d’eau…), une mise en oeuvre de ces sédiments en remblai. La partie IV permettra de répondre

précisément à cette application.

Le tableau II-1 récapitule les différentes valeurs auxquelles nous pouvons nous référer pour

interpréter a priori la pollution des sédiments pluviaux.

Page 18: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

15

Tableau II-1 : Valeurs limites de qualité des sols (en mg kg-1

de matière sèche)

Arrêté du 08/01/98 Norme hollandaise

Polluants Sols Boues Valeur

cible

Valeur

d’intervention

Cd 2 15 0.8 12

Cr 150 1000 100 380

Cu 100 1000 36 190

Ni 50 200 35 210

Pb 100 800 85 530

Zn 300 3000 140 720

HC totaux - - 40 5000

HAP

totaux

- - 1 40

Les tableaux II-2 et II-3 indiquent les critères à respecter pour l’admission dans les

installations de stockage de déchets inertes, de terres en provenance de sites contaminés

(annexe II de l’arrêté du 15/03/06).

Tableau II-2. Paramètres à vérifier lors du test de lixiviation et valeurs limites à respecter.

Paramètres mg/kg de matière sèche

As 0.5

Ba 2

Cd 0.04

Cr total 0.5

Cu 2

Hg 0.01

Mo 0.5

Ni 0.4

Pb 0.5

Sb 0.06

Se 0.1

Zn 4

Fluorures 10

Indice phénols 1

COT sur éluat* 500*

Fraction soluble 4 000 * Si le déchet ne satisfait pas aux valeurs indiquées pour le carbone organique total sur éluat à sa propre valeur

de pH, il peut aussi faire l’objet d’un essai avec rapport L/S = 10 L/kg et un pH compris entre 7.5 et 8Le déchet

peut être jugé conforme aux critères d’admission pour le COT sur éluat si le résultat de cette détermination de

dépasse pas 500 mg/kg.

Page 19: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

16

Tableau II-3. Paramètres à vérifier pour le contenu total et valeurs limites à respecter.

Paramètres mg/kg de déchet sec

COT (carbone organique total) 30 000**

BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène et xylène) 6

PCB (byphényls polychlorés et 7 congénères) 1

Hydrocarbures (C10 à C40) 500

HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques) 50 * * une valeur limite plus élevée peut être admise, à condition que la valeur limite de 500 mg/kg soit respectée

pour le COT sur éluat soit au pH du sol, soit pour un pH situé entre 7.5 et 8.

2. Choix potentiels en fonction des volumes à gérer

Le volume de sédiments pollués est un critère déterminant pour définir la suite à envisager.

En effet, de faibles volumes conduiront à des coûts de traitement à la tonne très élevés,

incompatibles avec des techniques de traitement visant à réutiliser les matériaux.

Pour de faibles volumes, la filière de gestion visera généralement en première étape, à réduire

leur volume par déshydratation, ce qui minimisera les coûts du transport et de la mise en

décharge car cette destination finale sera fréquemment la plus adaptée sur le plan technico-

économique.

L’arrêté du 9 septembre 1997 relatif aux décharges existantes et aux nouvelles installations de

stockage de déchets et assimilés précise que la teneur en hydrocarbure doit être < 0,3% et la

siccité > 30% pour effectuer un stockage en installation de stockage de déchets non dangereux

(ISDND).

Dans une approche simplifiée, le tableau II-4 synthétise l’interprétation des données

quantitatives.

Tableau II-4. Interprétation des données quantitatives

Volume de

sédiments < 10 m

3 10 à 50 m

3 > 50 m

3

Teneur en

hydrocarbures / < 0,3 % > 0,3 % /

Siccité < 30% >

30% < 30%

>

30% < 30% > 30% /

Traitement

préalable / / Déshydratation /

Déshydra

-tation &

Bio

traitement

Bio

traitement

Filière

d’élimination

à envisager

hydrocurage des

boues et centre

de traitement

spécialisé

ISDND

Cf. §. 3

Note : Ces déchets seront analysés avant chaque arrivée dans un centre afin d’en vérifier les

conditions d’acceptation.

Page 20: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

17

3. Interprétation des données qualitatives des essais préliminaires

Comme précisé au chapitre 2, on s’appuiera sur les préconisations techniques de ce chapitre

pour des volumes en sédiments supérieurs à 50 m3 ou 100 t MS.

3.1 Tests de granulométrie

Si la fraction des particules de granulométrie supérieure à 80 µm, valeur seuil pour une

réutilisation des sédiments dans des filières du BTP, est inférieure à 30 %, la réalisation d’un

traitement préalable en vue du recyclage de ces matériaux sera vraisemblablement peu

pertinente sur un plan économique.

3.2 Tests d’attrition en laboratoire

Les essais d’attrition menés en laboratoire permettent d’évaluer la pertinence du traitement

par le procédé ATTRISED sur la dépollution des sédiments pollués en vue de leur recyclage.

Cette technique, relativement onéreuse, sera appliquée sur des volumes de sédiments

importants, disponibles sur un site issu d’un ou plusieurs gisements.

L’exemple ci-dessous (tableau II-5) présente les résultats d’essais préalables en laboratoire.

(Pétavy, 2007).

Tableau II-5 : Teneurs en matière organique et en éléments traces des différentes fractions issues du

traitement physique. AV = Avant attrition. AP = Après attrition.

M.O. Cd Cr Cu Ni Pb Zn

% mg kg-1

> 2 mm 7,1 0,5 45 154 20 165 853

80 µm – 2 mm AV 9,9 0,8 52 197 22 230 1036

80 µm – 2 mm AP 4,0 0,4 26 83 12 135 396

< 80 µm AV 16,8 1,2 107 382 43 379 2119

Cheviré

< 80 µm AP 18,5 1,3 121 391 49 442 2369

Cible / 0,8 100 36 35 85 140 Norme

hollandaise intervention / 12 380 190 210 530 720

En fonction des bilans massiques et chimiques obtenus, nous pouvons établir une liste des

possibilités de recyclage des sédiments en se basant sur les solutions techniques en terme de

valorisation décrites en partie IV.

Page 21: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

18

4. Conclusions - Synthèse

En guise de synthèse, deux logigrammes sont présentés ci-après :

- La figure II-1 décrit la démarche proposée pour étudier une problématique liée aux

sédiments pluviaux,

- La figure II-2 expose la démarche liée à des volumes de sédiments élevés avec un

objectif de réutilisation.

Il est important de noter que les ordres de grandeur précisés sur les volumes de sédiments lors

de l’analyse des filières de traitement et éventuellement de valorisation sont donnés à titre

indicatif. De nombreux critères peuvent conduire à des valeurs différentes notamment en

fonction du contexte local (accès, distance, volume etc.).

D’un point de vue technico-économique, il apparaît également clairement, que la mise en

œuvre d’un traitement complet, notamment avec le procédé d’attrition, sera envisagée sur des

volumes de sédiments très élevés, impliquant soit un site disposant d’un gisement important,

soit un regroupement de sédiments issus de plusieurs sites, mais avec des caractéristiques

proches.

Page 22: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

19

Figure II-1 : Logigramme d’analyse d’une problématique sédiments pluviaux

Page 23: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

20

Sédiments < 80 µm

Sédiments > 80 µm

Figure II-2 : Logigramme d’analyse d’une problématique sédiments pluviaux

Suite à envisager pour des volumes > 50 m3

Sédiments pluviaux

ISDND

Tests de granulométrie

Pertinence / Réutilisation BTP ?

Tests d’attrition

Qualité de la dépollution ?

Pertinence / Réutilisation ?

Tests géotechniques

Pertinence / Réutilisation ?

Filières de

valorisation

Filières de

valorisation

Filières de

valorisation

Déshydratation

Sédiments pluviaux

Volumes > 50m3

Page 24: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

21

TROISIEME PARTIE

TRAITEMENT

Page 25: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

22

Les parties I et II du document se sont intéressées aux essais à mettre en œuvre avant

d’entreprendre le traitement des sédiments, ainsi qu’à l’interprétation de ces essais. La phase

suivante concerne le traitement des sédiments.

La démarche exposée dans ce chapitre s’appuie sur les travaux de F. Pétavy menés au

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées dans le cadre de sa thèse (Pétavy, 2007; Pétavy et

al., 2007a ; Pétavy et al., 2007b ; Pétavy et al., 2008).

Le traitement des sédiments destinés à la valorisation en construction routière (traitements

biologiques et physiques tels que criblage, cyclonage et unité pilote) est présenté.

1. Choix du traitement

Si les essais préconisés dans la partie I de ce document mettent en avant la nécessité d’un

traitement, le choix du traitement se fera selon le schéma présenté figure III.1. Avant toute

mise en œuvre de traitement, il faut toujours chercher à diminuer les volumes de boues en

abaissant leur teneur en eau. Cela permettra de réduire les coûts de transport et de traitement

qui sont fonction du poids. Cette réduction se fait soit par séchage naturel, soit par

déshydratation mécanique (filtre à presse ou tamis vibrant).

Figure III-1 : choix du traitement physique ou biologique

Trois types de traitement seront proposés en fonction du degré de pollution des sédiments :

Sédiment brut

Pollution métallique

ou organique forte sur

partie grossière du

sédiment (>80µm) ?

Pollution métallique

ou organique faible

sur partie grossière du

sédiment (>80µm) ?

Pollution organique

seule (hydrocarbures)

ATTRISED Tamisage

hydrocyclonnage

landfarming

Page 26: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

23

• Si les sédiments présentent une faible pollution métallique et/ou organique

(hydrocarbures), un simple tamisage, accompagné ou non d’un lavage sera suffisant,

• En cas de forte pollution métallique et/ou organique, il sera nécessaire d’utiliser le

procédé ATTRISED (cf § 3) sauf si la pollution est essentiellement associée à des

particules fines < 80 µm,

• Enfin, dans le cas où les sédiments présentent uniquement une pollution organique par

des hydrocarbures, un traitement par landfarming sera envisagé.

• Ces trois types de traitement sont présentés ici ; l’accent est mis sur le procédé original

ATTRISED, plus complet. Les autres procédés étant décrits par ailleurs (Pétavy,

2007).

2. Tamisage/lavage

2.1 Criblage

Le criblage est une technique de séparation granulométrique qui est généralement utilisée au

début de la chaîne de traitement afin d’éviter l’intrusion de débris pouvant endommager cette

dernière. Le criblage présente l’avantage de pouvoir retenir des débris très grossiers.

Cependant, son utilisation est limitée à cause de la rétention de fines particules dans les

débris. Les cribles les plus fréquents sont les trommels, les tamis vibrants ou encore les tamis

giratoires.

2.2 Hydrocyclonage

Le cyclonage est une technique de séparation granulométrique

qui utilise la force centrifuge pour séparer les particules

grossières des particules fines et légères.

Les sédiments sont introduits sous pression dans une chambre

cylindrique, ce qui les entraîne dans un mouvement rotatif avec

une grande vitesse angulaire. Les particules les plus grossières

sont entraînées par la force centrifuge vers les parois et elles

descendent jusqu’au fond du cône pour sortir. Les particules les

plus fines ou légères, remontent grâce au vortex créé au centre de

la chambre et sont évacuées par le haut de l’hydrocyclone.

Figure III-2. Schéma de principe d’un

hydrocyclone

2.3 Spiralage

Le spiralage est une technique de séparation densimétrique. Les sédiments, placés au sommet

de la spirale, sont entraînés par un courant d’eau. La séparation, basée sur la force centrifuge,

s’effectue le long de la spirale, les particules les plus denses se retrouvant au centre alors que

les particules légères sont déportées vers l’extérieur. Cette technique a pour principal avantage

sa simplicité d’utilisation.

Fines

Grenues

Page 27: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

24

3. Procédé ATTRISED

3.1 Principe et fonctionnement de l’unité pilote

L’unité pilote a été mise en place au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées en

collaboration avec le BRGM et Saint Dizier Environnement. Elle fait intervenir 3 coupures

granulométriques (tamis statiques et vibrants et hydrocyclones) ainsi qu’une étape d’attrition.

Les différentes étapes sont réalisées par voie humide avec des teneurs en eau variant de 20 %

pour l’attrition à 80 % pour les étapes de cyclonage. La figure III-3 montre le principe de

traitement ainsi que les différentes filières de valorisation envisagées pour chaque fraction

granulométrique. Les figures III-4, 5 et 6 présentent l’unité pilote.

Il convient de noter que pour les essais en laboratoire (partie I de ce document), la coupure à

80 µm était obtenue par tamisage, alors que pour l’unité pilote il s’agit d’une coupure

« hydraulique » (hydrocyclone) à 60 µm.

Figure III-3. Schéma de principe de l’unité pilote ATTRISED

Figure III-4. Unité pilote vue de dessus Figure III-5. Unité pilote vue avant

G rille stat ique

C o upure à 3 cm

T am is v ibrant C o upure à 2 m m

H ydro c yc lo ne C o upure à 60 µ m

C e llu le

d ’attr it io n

H ydro c yc lo ne C o upure à 60 µ m

V alo r isat io n

V alo r isat io n

F ilière des

déchets m énagers

E lim inat io n D éca nte ur

F ilt re presse

> 3 cm

> 2 m m

60 µ m – 2 m m

< 60 µ m

< 3 cm

< 2 m m

60 µ m – 2 m m

< 60 µ m

< 2 m m

Page 28: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

25

Figure III-6. Alimentation manuelle de l’unité pilote

Les différents dispositifs du procédé sont décrits succinctement ci-dessous.

3.2 Grille statique

La grille présente un maillage de 30 mm et repose à l’intérieur d’une trémie de 150 cm de

hauteur. L’alimentation en sédiment se fait manuellement dans la trémie avec une pelle en

acier inox à un débit variant de 200 à 350 kg h-1

en fonction de la composition des résidus. La

fraction supérieure à 30 mm est enlevée de la trémie au fur et à mesure. Les particules

inférieures à 30 mm sont acheminées par l’intermédiaire d’un convoyeur vers le séparateur

primaire.

3.3 Séparateur primaire

Il comprend un tamis vibrant avec un seuil de coupure de 2 mm et un hydrocyclone. Le tamis

vibrant est équipé d’un système d’aspersion d’eau (figure III-7) pour favoriser la séparation

des particules. La fraction supérieure à 2 mm quitte la filière de traitement alors que celle

inférieure à 2 mm est injectée sous une pression de 1,5 bar dans un hydrocyclone. Cet

équipement permet une séparation des particules à environ 60 µm (figure III-8). La fraction

inférieure à 60 µm est dirigée vers la filière de traitement des eaux alors que celle supérieure à

60 µm est égouttée sur un second tamis vibrant avant d’être introduite dans des cellules

d’attrition.

Figure III-7. Aspersion d’eau Figure III- 8. Hydrocyclone

Page 29: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

26

3.4 Cellules d’attrition

La machine d’attrition est constituée de deux cellules contiguës de 30 litres chacune en acier

au carbone (figure III-9). La cellule de tête comporte un piquage incliné pour l’alimentation

en solides et en eau de dilution. Les deux cellules sont équipées d’un arbre vertical avec trois

niveaux de pales d’agitation alimentées par un moteur électrique de 3 kW. La cellule de queue

comporte un piquage pour l’évacuation des produits traités.

Figure III-9. Cellules d’attrition

3.5 Séparateur secondaire

Les produits traités dans les cellules d’attrition sont ensuite dirigés vers le séparateur

secondaire. Celui ci permet une séparation des particules à 60 µm environ par

hydrocyclonage. Comme pour le séparateur primaire, la fraction fine est dirigée vers le

traitement des eaux alors que la fraction supérieure à 60 µm est séchée sur un tamis vibrant

avant d’être récupérée.

3.6 Traitement des eaux

Les eaux contenant les particules fines issues des séparateurs primaire et secondaire sont

récoltées dans une cuve (figure III-10) avant d’être injectées dans un décanteur lamellaire.

L’ajout de polymère permet l’agglomération des particules fines et la formation de flocs qui

vont décanter au fond de l’équipement. Les boues ainsi formées sont pompées vers un filtre

presse pour être déshydratées et former un gâteau de boues (figure III-11). Les eaux de

surverse du décanteur sont réinjectées au niveau des deux séparateurs physiques. L’unité

pilote fonctionne en circuit fermé ; il n’y a aucun ajout d’eau provenant du réseau.

Figure III-10. Eau de surverse Figure III-11. Gâteau de particules fines

Page 30: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

27

4. Les différentes fractions issues du traitement

Les paragraphes ci-après décrivent les différentes fractions obtenues lors du traitement des

matériaux provenant de 7 bassins de caractéristiques différentes. Pour chacun, 2 à 3 tonnes de

sédiment ont été traitées.

4.1 Fraction supérieure à 30 mm La fraction supérieure à 30 mm représente entre 2 et 7 % de la masse totale de l’échantillon

brut. Elle est constituée essentiellement de détritus tels que des canettes, des bouteilles, des

sacs plastiques… mais également de quelques gros cailloux ou galets issus de l’érosion. Cette

fraction sera éliminée via la filière des déchets ménagers.

4.2 Fraction 2 mm – 30 mm

Le pourcentage massique de cette fraction est très variable en fonction des sédiments étudiés

et varie entre 7 et 32 %. Les différentes filières de valorisation pour cette fraction seront

définies en fonction de ses caractéristiques chimiques et géotechniques.

4.3 Fraction 60 µm – 2 mm

Cette fraction représente environ 50 % du pourcentage massique des sédiments bruts. Comme

pour la fraction comprise entre 2 mm et 30 mm, une caractérisation chimique et géotechnique

permettra de définir les filières de valorisation retenues.

4.4 Fraction inférieure à 60 µm

Cette fraction issue des coupures à 60 µm par hydrocyclonage correspond à des pourcentages

massiques variant de 7 à 50 %. Ces particules fines sont considérées comme des déchets

ultimes dans les conditions économiques actuelles et seront donc éliminées.

La figure III-12 présente, pour l’ensemble des sédiments étudiés, le pourcentage massique des

différentes fractions. Le pourcentage de fractions valorisables (2 mm-30 mm et 60µm-2 mm)

est en moyenne de 67 %.

4%

27%

40%

29%

> 30 mm

2-30 mm

60 µm-2 mm

< 60 µm

Figure III-12. Pourcentage massique moyen des différentes fractions issues du traitement

par unité pilote.

Page 31: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

28

Des exemples de résultat de traitement sont donnés ci-dessous pour 3 sédiments de bassin

(figure III-13).

Figure III-13. Prélèvements dans le bassin de Cheviré (Nantes)

Tableau III- 1. Comparaison des teneurs en micropolluants dans les sédiments de 3 bassins après

traitement. MO : matière organique, HCt Hydrocarbures totaux, AP : après attrition. Les valeurs

indiquées en rouge dépassent la valeur d’intervention.

MO

Phénanthrène HCt Cd Cr Cu Ni Pb Zn

% µg kg-1

mg kg -1

Brut 4.1 2690 1688 0.35 2979 111 28 59 315

2 mm – 30 mm 0.7 - - 0.2 5884 118 15 16 73

60 µm – 2 mm AP 2.5 272 1562 0.12 492 43 15 48 112 Flavigny

(Nancy) < 60 µm 15.8 1479 1727 1.34 390 308 61 229 778

Brut 15.6 388 3540 1.33 69 306 29 138 1180

2 mm – 30 mm 7.5 185 383 0.4 32 125 14 83 650

60 µm – 2 mm AP 2.5 < 20 108 0.1 27 21 9 60 188 Cheviré

(Nantes) < 60 µm 25.2 691 6431 1.6 114 496 43 268 2275

Brut 12 683 4955 4.26 68 139 61 244 931

AhAh

(Paris) 2 mm – 30 mm 10.2

- 1825 2.6 54 120 38 169 535

60 µm – 2 mm AP 5.1 168 1344 0.3 34 70 25 48 78

< 60 µm 14.8 582 - 6.2 99 184 53 320 875

Norme

hollandaise

Valeur

d’intervention -

5000 12 380 190 210 530 720

Le tableau III-1 montre que les concentrations en Cr du sédiment de Flavigny (brut), les

concentrations en Cu et Zn du sédiment de Cheviré et les concentrations en hydrocarbures

totaux et Zn du sédiment AhAh sont élevées. Un traitement par le procédé ATTRISED est

donc préconisé. Le traitement apparaît satisfaisant pour le sédiment de Cheviré, tandis que

pour le sédiment de Nancy, la teneur en Cr après attrition, bien que très inférieure à celle du

sédiment brut, reste supérieure à la valeur d’intervention. Ce dernier cas est très particulier, lié

au fait que le chrome se trouve sous forme de « pépites » et n’est pas concentré dans la

fraction fine comme cela est le cas pour l’ensemble des métaux dans tous les autres sédiments

étudiés. Le tableau III-1 montre aussi la réduction important des teneurs en polluants pour le

sédiment AhAh.

Page 32: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

29

5. Traitement biologique – Landfarming

Dans le cas où les sédiments présentent uniquement une contamination par des hydrocarbures,

le traitement par landfarming offre un intérêt en raison de son faible coût et de sa facilité de

mise en œuvre.

5.1 Principe de traitement

Les procédés biologiques permettent de dégrader les polluants par l’action de micro-

organismes (bactéries, champignons…) et peuvent être utilisés seuls ou en complément d’une

autre technique. La décontamination par voie biologique consiste donc à stimuler un

phénomène naturel pour en augmenter le rendement afin de détruire le polluant organique qui

sera utilisé comme source de carbone.

Les traitements biologiques sont réalisés in situ en introduisant dans le sol les éléments

nécessaires au développement de la biomasse (oxygène sous forme gazeuse ou liquide et

nutriments) ou bien ex situ en traitant le sol excavé. Nous allons nous intéresser au

landfarming, technique de dégradation ex-situ des hydrocarbures.

Lorsque la dégradation des hydrocarbures et des HAP n’est pas suffisamment élevée, des

ajouts de nutriments spécifiques ou de bactéries adaptées à la pollution peuvent être effectués.

Une légère amélioration des taux de dégradation des HAP après avoir ajouté de l’azote a été

constatée avec une augmentation de 10 % du taux de biodégradation (Straube et al., 2003). De

même, la bio-augmentation (ajout de bactéries spécifiques) est une solution pour favoriser la

dégradation des HAP lourds (benzo[a]pyrène) ou le traitement des sols fortement contaminés

(Juhasz et Naidu, 2000).

La durée de traitement est de 12 à 24 mois pour un taux moyen (le rendement varie selon la

molécule) de dégradation de 80 % (Gabet, 2004).

5.2 Un exemple d’essai sur cases pilotes

Des tests ont été menés afin d’étudier si le Landfarming peut constituer une technique

alternative au traitement physique lorsque celui ci présente de faibles rendements ou ne paraît

pas très adapté.

Le traitement biologique par Landfarming entraîne une réduction importante de la teneur en

hydrocarbures totaux initialement présents dans les sédiments de l’assainissement pluvial

(tableau III-2). Les conditions expérimentales sont détaillées dans Pétavy (2007).

Tableau III-2 : Comparaison des teneurs en hydrocarbures totaux avant et après traitement par

Landfarming et avec la fraction 60 µm-2 mm après attrition.

Hydrocarbures totaux en mg kg-1

Avant traitement

Après traitement

(landfarming)

Fraction 60 µm -2 mm

(pilote) après attrition

Cheviré 3540 1064 108

Lille (balayures) 823 325 308

AhAh 4955 2846 1344

Néanmoins l’action du traitement biologique par landfarming est limitée ; elle ne permet pas

une élimination des hydrocarbures aromatiques polycycliques (tableau III-3). De plus, le

pourcentage de matière organique n’évolue pas lors du traitement et les teneurs élevées dans

Page 33: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

30

les résidus ne permettront pas dans de nombreux cas, de valoriser directement les résidus

traités.

Une contrainte supplémentaire, liée aux eaux de percolation, sera également à prendre compte

pour ne pas relarguer dans l’environnement de fortes teneurs en éléments traces et en carbone

organique dissous.

Tableau III-3 : Comparaison des teneurs en phénanthrène avant et après traitement

par Landfarming et avec la fraction 60 µm-2 mm après attrition.

Au vu des résultats observés lors des deux séries de Landfarming, le traitement biologique

dans des conditions limitées (absence d’UV et de ventilation) ne sera pas suffisant pour un

traitement complet des résidus. Néanmoins, sa facilité de mise en œuvre et son faible coût

sont des atouts indéniables pour utiliser cette technique comme pré-traitement des sédiments

fortement contaminés par les hydrocarbures.

Phénanthrène µg kg-1

Avant traitement

Après traitement

(landfarming)

Fraction 60 µm -2 mm

(pilote) après attrition

Cheviré 388 339 < 20

Lille (balayures) 727 754 323

AhAh 683 653 168

Page 34: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

31

QUATRIEME PARTIE

VALORISATION

Page 35: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

32

Les possibilités de traitement proposées en partie III ont montré que certaines fractions

peuvent être valorisées. L’objet de la partie IV est de présenter les possibilités de valorisation.

Ainsi, la valorisation des sédiments de l'assainissement pluvial est envisageable dans

différentes filières:

- épandage sur emprises routières,

- remblai routier,

- couche de forme,

- remblaiement de tranchées,

- remblai de surface,

- constituant du béton,

En dernier recours, les sédiments ne pouvant être valorisés devront faire l’objet d’une

élimination en centre de stockage.

Les matériaux doivent présenter des caractéristiques correspondant à ces usages, sur les plans

des caractéristiques physiques comme de la composition chimique. Les principaux paramètres

caractéristiques des sédiments sont la granulométrie, la teneur en eau, la teneur en matière

organique (MO) et la concentration en polluants (ETM, HC totaux et autres micropolluants

organiques).

1. Caractérisations géotechnique et chimique

La caractérisation géotechnique est réalisée afin de déterminer, selon le guide des techniques

routières (GTR, SETRA-LCPC, 2003) pour la réalisation des remblais et des couches de

forme, les différentes classes d'appartenance des résidus bruts ou traités. La définition des

différentes classes de sols proposées par le GTR a pour objectif d’orienter l’emploi des

matériaux en terrassement routier, en fonction de leurs caractéristiques : granulométrie, teneur

en eau, en argile et en matière organique

Les sédiments doivent aussi répondre à des critères de caractérisation chimique allant au-delà

de la teneur en matière organique (éléments traces notamment).

1.1 Granulométrie (sur les matériaux après traitement éventuel)

La granulométrie est essentielle à la caractérisation du sédiment car elle permet de connaître

la proportion d’éléments fins, qui de par leur surface spécifique importante, retiennent la

quasi-totalité de la pollution. La fraction fine (< 80 µm), constituée principalement d’argiles

et de limons, concentre en effet une part importante de la matière organique contenue dans le

sédiment et plus de 50 % de la contamination métallique.

L’étude de la courbe granulométrique permet également de déterminer les aptitudes

géotechniques pour une éventuelle valorisation du matériau en remblai (avec traitement

préalable).

L’analyse granulométrique est réalisée conformément aux prescriptions des normes NF P 18-

560, NF P 94-056 et NF X 11-666.

Page 36: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

33

La granulométrie des échantillons est déterminée par tamisage pour les particules de taille

supérieure à 500 µm, et par granulométrie à diffraction laser pour les particules de taille

inférieure à 500 µm.

Tableau IV-1. Classification des sols en fonction du diamètre des particules et du pourcentage de

tamisat à 2 mm et 80 µm

Paramètres Valeurs

seuils

Interprétation

dmax 50 mm dmax < 50 mm: sol fin, sableux, ou graveleux (classes A, B, D1

ou D2

dmax > 50 mm: sol blocailleux (classes C et D3)

Tamisat à 2 mm 70% < 70%: sol à tendance graveleuse

> 70%: sol à tendance sableuse

Tamisat à 80 µm 35% et

12%

< 12%: sol pauvre en fines (particules inférieures à 80µm)

> 12%: sol riche en fines

> 35%: le comportement du sol à considérer est celui de la

fraction fine (< 80 µm)

- Le dmax correspond à la dimension maximale des plus gros éléments contenus dans les

matériaux. Le seuil retenu est de 50 mm.

- Le tamisat à 2 mm permet d'établir une distinction entre les matériaux à tendance sableuse et

les matériaux à tendance graveleuse. Le seuil retenu est de 70% (tableau IV-1).

- Le tamisat à 80 µm permet de distinguer les sols riches en particules fines et, dans une large

mesure, d'évaluer leur sensibilité à l'eau. Deux seuils sont retenus: 35 et 12 %.

1.2 Sensibilité à l’eau

La valeur au bleu de méthylène (VBS) donne une idée de l’argilosité du matériau et de sa

sensibilité à l’eau. On détermine la capacité d'adsorption des molécules de bleu de méthylène

à la surface des particules argileuses (tableau IV-2). Ce paramètre est utilisé en terrassements

routiers pour orienter l’usage des matériaux.

Tableau IV-2. Classification des sols en fonction de leur valeur au bleu.

Valeurs seuils Interprétation

VBS < 0,1 sols insensibles à l'eau

VBS > 0,2 sols sensibles à l'eau

1,5< VBS < 2,5 sols sablo-argileux

2,5 < VBS < 6 sols limoneux de plasticité moyenne

6 < VBS < 8 sols argileux

VBS > 8 sols très argileux

Page 37: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

34

1.3 Teneur en eau

Siccité

Il est important de connaître la siccité du produit (ou teneur en matière sèche MS exprimée en

%) car la proportion d’eau contenue dans les solides est nécessaire à l’interprétation des

mesures de polluants, et conditionne la rentabilité d’un éventuel transport et le choix du

traitement à effectuer (NF ISO 11 465).

Optimum Proctor Normal (WOPN)

Le WOPN correspond à la teneur en eau optimale correspondant à une densité et à une

compacité maximale des matériaux. Pour caractériser l'état hydrique d'un sol, la teneur en eau

naturelle (Wn) est comparée à l'optimum proctor normal (WOPN). On détermine ainsi les

conditions de compactage.

1.4 Caractéristiques chimiques

La teneur en matière organique (NF ISO 11 465) est un paramètre nécessaire à connaître

d’une part, pour quantifier la contamination du sédiment (adsorption préférentielle de certains

polluants sur la MO), et d’autre part pour évaluer le caractère évolutif d’un matériau et son

aptitude à une réutilisation en remblais, couches de formes, etc.. C’est donc un critère

primordial dans le choix de la filière de valorisation.

Pour une utilisation agricole, une teneur en MO importante est préférable. A l'inverse, pour

une utilisation en génie civil, une teneur importante en matière organique risque de provoquer

des réactions biochimiques, elles même sources de tassements ultérieurs.

- Teneur en éléments-traces métalliques et en hydrocarbures totaux

Lors de leur ruissellement sur les surfaces routières, les eaux de pluies se chargent en MES et

en éléments dissous. Ces MES ont tendance à piéger les micropolluants minéraux et

organiques. Les micropolluants que l'on trouve le plus fréquemment dans les sédiments

extraits des ouvrages d’assainissement sont :

- les éléments traces métalliques (ETM) : cadmium, chrome, cuivre, nickel, plomb,

zinc qui sont les métaux caractéristiques de la pollution par temps de pluie,

- les hydrocarbures totaux,

- les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP).

Lorsque certaines de ces teneurs dépassent un seuil, on peut considérer qu’il y a pollution.

D’un point de vue environnemental il est donc important de les connaître.

2. Précautions pour la mise en œuvre et les zones d'emploi

2.1 Dangerosité des sous-produits de l'assainissement pluvial

La dangerosité d’un matériau se définit par la combinaison de son degré de pollution et de la

toxicité qu’il représente. Un produit est considéré comme contaminé (pollué) quand ses

teneurs en éléments polluants sont supérieures à celles décrites dans un texte normatif.

Cependant ces valeurs de référence peuvent être adaptées aux conditions d'emploi, en

raisonnant en termes d'impact sur un environnement qui est plus ou moins sensible.

Page 38: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

35

Dans les normes hollandaises, un sol est considéré comme pollué si la concentration moyenne

d’une substance dépasse une certaine valeur dite « d’intervention » pour les métaux lourds.

Sont définies également des « valeurs de base » ou des « valeurs-cible » qui correspondent

aux niveaux souhaitables à atteindre.

D’après une étude réalisée au LRPC de Bordeaux en 2004 (Ducommun, 2004), on peut

considérer que les sédiments issus des réseaux et des bassins de rétention sont plus pollués

que les sédiments provenant des voiries et des chaussées à structures réservoirs, eux mêmes

plus pollués que les sédiments issus des tranchées, des noues et des fossés.

2.2 Mobilité des éléments-traces métalliques

Lors de la mise en remblai de matériaux contenant des éléments trace métalliques, le principal

risque pour l’homme et pour l’environnement est la possibilité d’une migration des métaux

lourds en présence d'eau: si le métal est soluble, il pourra être entrainé jusqu'à la nappe sous-

jacente, s’il est insoluble, il restera dans le sol.

La solubilité va dépendre de plusieurs facteurs (qu’il ne rentre pas dans l’objectif du

document de détailler) et en particulier :

− Un sol acide facilite la mobilisation.

− Dans un sol basique, il n’y a pas de risque immédiat pour la santé, mais le sol est

contaminé durablement et la concentration en métaux lourds peut y augmenter avec les

années. Une modification des conditions du milieu (acidification du sol avec changement

de température, d’humidité), entraînera un relargage de métaux lourds dans le sous-sol et

vers la nappe.

− Une teneur importante en MO favorisera la fixation et le piégeage des métaux lourds.

On peut ainsi classer les métaux lourds particulaires par ordre croissant de mobilité (relargage

des métaux dans l’environnement) de la manière suivante (Durand et al., 2004a):

Cr ≤ Ni < Pb ≤ Cu < Zn ≤ Cd .

Par ailleurs, on a constaté que les métaux se retrouvent rapidement piégés dans les couches

superficielles du sol, et en pratique les 50 premiers centimètres ont un rôle majeur.

3. Filières de valorisation

Le Grenelle de l'Environnement a bien mis l'accent sur la nécessité d'économiser les

ressources naturelles dont les chantiers du BTP sont gros consommateurs, dans des conditions

souvent très pénalisantes. Le recours à tous les matériaux alternatifs en fonction des besoins et

de leurs caractéristiques s'impose pour ménager les ressources rares. A titre d'illustration, la

Gironde produit 6 000 000 de tonnes par an de granulats et la consommation en Gironde de

ces produits est de 10 000 000 de tonnes. La Gironde est donc déficitaire en granulats, de

4 000 000 de tonnes par an, ce qui entraîne une importation depuis d’autres départements de

cette quantité manquante. Cela a pour conséquence un important coût de transport et la

production de gaz à effet de serre associée.

La consommation de granulats (en Gironde et dans les autres départements) ne va sans doute

pas baisser les prochaines années, cette augmentation de la demande en granulats ne sera pas

satisfaite par le département, il faudra donc aller chercher encore plus de matériaux dans les

Page 39: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

36

départements limitrophes. Une estimation a évalué le gisement de granulat en Aquitaine à

35 000 000 de tonnes, ce qui laisse à peine 5 à 6 ans d’exploitation avant épuisement de la

ressource.

Les différentes filières de valorisation envisageables sont décrites ci-dessous. Toutefois, le

référentiel à utiliser pour toute utilisation en technique routière est le guide SETRA relatif à

"l'acceptabilité de matériaux alternatifs en techniques routières" dont la parution est prévue en

2010.

3.1 Epandage sur emprises du propriétaire, gestionnaire routier notamment

L'épandage sur emprise routière correspond à un transfert déblai-remblai sur le propre terrain

du gestionnaire, par exemple dans le cas d'un curage de fossé permettant de rehausser

l'accotement. On doit vérifier que les concentrations en éléments-traces métalliques de ce sol

reconstitué ne le classent pas comme sol pollué, au cas où les teneurs dépasseraient les valeurs

d'intervention (voir partie II). On doit également prendre en compte les conséquences en

terme de stabilisation du sol, ainsi que les risques de pollution par ruissellement, liés à la

présence éventuelle d'éléments métalliques ou d'hydrocarbures et s'assurer qu'il n'y aura pas

de mise en culture ni de pâture (par précaution, même si les sédiments utilisés sont peu

pollués).

3.2 Remblai routier

La classification des matériaux utilisables en techniques routières est définie par le guide des

techniques routières (GTR) relatif à la réalisation de remblais et de couches de forme. Celle-ci

différencie six classes de matériaux qui font l’objet de la norme NF P 11-300.

Les catégories A à D sont des matériaux de type granulats naturels (Figure IV-2):

A caractérise les sols fins, ceux qui ont le plus de passant à 80 µm.

B regroupe les sols sableux graveleux de diamètre inférieur à 50 mm.

C sont les matériaux grossiers de taille supérieure à 50 mm.

D sont des matériaux insensibles à l’eau.

Des sous-catégories, définies par l’ajout d’un chiffre à côté de cette lettre, sont fonction de la

teneur en argile; un sol A4 est plus argileux que le sol A1. Cela permet de définir si un

traitement est nécessaire ou non pour atteindre la portance ou la stabilité nécessaire.

La classe R concerne les matériaux rocheux de type sédimentaires ou magmatiques et

métamorphiques.

Enfin la classe F répertorie les ‘sous-produits industriels’ définis dans la norme NF P 11-300

comme des « matériaux, produits par l'activité humaine, d'origines diverses pouvant être

utilisés en remblais et en couches de forme : on trouve dans cette catégorie les cendres

volantes, les schistes houillers, les schistes de mines de potasse, les phosphogypse, les

mâchefers d'incinération des ordures ménagères, divers matériaux de démolition, le laitier de

haut-fourneau ...».

Les familles pouvant correspondre aux sous-produits de l'assainissement sont :

- La sous-classe F1 qui est constituée de matériaux naturels renfermant des matières

organiques (terres végétales, humus forestier, vases, tourbes, …) et ne pouvant à ce titre pas

Page 40: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

37

être utilisés en couche de forme. Elle se subdivise en deux sous-classes: F11 qui comprend les

matériaux faiblement organiques (3% ≤ MO ≤ 10%), et F12 qui est constituée de matériaux

dits fortement organiques (MO > 10%). Pour les premiers (faiblement organiques), l’emploi

en remblai est possible mais leur usage privilégié reste la couverture des surfaces devant être

engazonnées. Quant aux matériaux de la sous-classe F12, ils ne peuvent pas être utilisés en

remblai pour des raisons de stabilité mécanique.

- la sous-classe F9 : autres sous-produits industriels. La norme indique que « la possibilité de

réutilisation de ces matériaux particuliers dans des remblais ou des couches de forme doit,

pour chaque cas, faire l’objet d’une étude spécifique,…, et que les conditions d’utilisation en

remblai de ces matériaux devront être définies au cas par cas ».

Après traitement les SPAss (sous-produits d'assainissement) sont assimilables sur le plan

géotechnique à des sables naturels; néanmoins la détermination de l’appartenance d’un SPAss

à l’une de ces classes doit donc être soumise à étude préalable pour chacun des sédiments, en

fonction notamment des teneurs en éléments traces métalliques et en matière organique. Afin

de déterminer à quel usage ils peuvent être réservés, il va falloir compléter leur caractérisation

en procédant aux essais géotechniques sur les sédiments lavés.

La valorisation en remblai routier est possible pour certains matériaux lorsqu'ils sont, sans ou

après traitement, assimilables à des sables naturels.

Pour des remblais de faible hauteur, des teneurs en MO compris entre 3 et 10% sont

admissibles, les éventuels tassements qui pourraient subvenir ne créant pas de risque

significatif.

3.3 Couche de forme

Les matériaux doivent avoir une teneur maximale en MO de 3% et un profil granulométrique

homogène avec peu de particules fines ; si la stabilité mécanique du produit n'est pas garantie,

il est toujours possible de le mélanger avec d'autres matériaux. Il faut appliquer les mêmes

conditions à des fins de remblais de canalisations implantés sous les routes. Cette filière est la

plus exigeante, elle fait généralement appel à des matériaux nobles.

De plus certains critères doivent être respectés avant d’en faire usage :

− insensibilité à l’eau : le matériau peut être traité pour respecter cette condition. Le

traitement des matériaux utilisés en techniques routières est un traitement contre la

rétention d’eau due à la présence d’argiles. Les produits de traitement sont soit de la chaux

aérienne soit des liants hydrauliques. La chaux aérienne* principalement d’origine

calcique permet de rendre les argiles inactives face à l’eau en les consolidant ; elle permet

d’augmenter la limite de plasticité et la résistance au cisaillement. Elle a une action

immédiate sur le sol et à long terme. Selon le type de chaux utilisée (chaux calcique,

chaux éteinte ou lait de chaux) l’efficacité du traitement ne sera pas la même. Les liants

hydrauliques sont des produits qui s’hydratent pour donner des espèces cristallines

insolubles et résistantes à l’eau. L’ajout de liants peut stabiliser des boues et les rendre peu

évolutives donc moins sensibles au relargage des polluants.

− granulométrie : la dimension des plus gros éléments doit être d’environ 3 cm pour

assurer le nivellement de la plate-forme ;

− résistance au passage des camions : le matériau ne doit pas se fragmenter sous

compactage, ce qui le rendrait sensible à l’eau ;

− insensibilité au gel : le gel cause une dégradation des sols et des matériaux traités et leur

gonflement.

Page 41: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

38

3.4 Remblaiement de tranchées

En outre les tranchées présentent en général une granulométrie différente du terrain en place

alentour, et constituent fréquemment un drain qui

favorisent l'écoulement d'eau et faciliterait ainsi la migration des polluants. Seuls les

sédiments très faiblement pollués ou dont le niveau de pollution aura été fortement réduit, par

exemple par un traitement d'attrition, peuvent être valorisé en remblaiement de tranchée.

3.5 Remblai de surface

Lorsque la teneur en matière organique ne dépasse pas 10%, les matériaux peuvent être

valorisés en remblais de surface (butte antibruit, modelé de terrain...), sans grande exigence

sur les caractéristiques géotechniques à partir d'un minimum de cohésion (classe F du GTR).

3.6 Fabrication de béton

Les matériaux utilisés pour la fabrication du béton doivent répondre à des caractéristiques très

précises, tant sur le plan granulométrique que chimique. Ces spécifications sont récapitulées

dans la norme XP P 18-540.

Deux familles de paramètres sont prises en compte:

- Les caractéristiques intrinsèques liées à la qualité du matériau utilisé (capacité d'adsorption

d'eau, friabilité des sables, essai Los Angeles). Ce sont des paramètres qui permettent

d'apprécier le comportement et la résistance des matériaux aux contraintes mécaniques qu'ils

seront susceptibles de rencontrer.

- Les caractéristiques de fabrication étudiées sont les suivantes: granularité, module de

finesse, propreté des sables, impuretés, teneur en sulfates, en matières organiques, en soufre

total, en chlorures, en oxydes de zinc, de cuivre...

Globalement, les spécifications qui entrent en compte pour la fabrication du béton sont

nombreuses et contraignantes. La réutilisation des sous-produits de l'assainissement ne pourra

entrer dans cette filière qu'à condition

• de les utiliser en petites quantités et mélangés à des produits nobles ;

• qu'un système de traçabilité très exigeant soit mis en place.

Le principal problème est la composition en polluants des sédiments ; il faudrait veiller à

assurer un traitement complet puisque ces polluants ont un effet retardateur voire inhibiteur

sur la prise du béton.

A la marge, l'intégration dans un four de cimenterie en petite quantité constitue une voie

d'élimination (voir ci-dessous).

Page 42: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

39

CINQUIEME PARTIE

ELEMENTS DE COÛT

Page 43: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

40

Actuellement la pratique la plus fréquente est le stockage en centre pour déchets ultimes

(CSDU) de classe 2, pour lesquels les coûts de dépôt varient entre 70 et 150 € la tonne, auquel

il faut rajouter le prix du transport. La mise en décharge en centre de stockage de classe 3

pour matériaux inertes coûte environ 15 € la tonne, avec un coût de transport faible dès lors

que l'on peut disposer d'un centre de proximité.

Epandage: 6 € par m3 de résidus. Rappelons cependant que cette solution ne peut être

appliquée que sur la propre emprise du gestionnaire, et avec des matériaux faiblement pollués,

en respectant les précautions par rapport à l'environnement notamment liées aux usages de

l'eau.

Compostage (en additif), lorsque les caractéristiques du matériau s'y prêtent : 35 à 45 € la

tonne

Unités de traitement des sables par séparation densimétrique, criblage rotatif, hydrocyclone

(société ACTIM), permettant de récupérer les sables de 0,3 à 10 mm, voire les graviers de 10 à

30 mm. Ce type de traitement est généralement associé à une station d'épuration, en revoyant

en tête de station les eaux de traitement et les fines chargées en matières organiques.

− installation compacte: capacité 1T de produit brut/heure; investissement 80 à 200.000 €

− installation complète: capacité 1à 12 T de produit brut/heure; investissement 150 à

800.000 €

Pour une installation mobile comprenant remorque, installation, traitement des eaux, le coût

d'investissement sera de l'ordre de 350.000 €. Il faudra rajouter un opérateur pour faire

fonctionner l'installation.

Le coût de traitement sur ce type d'installation est de l'ordre de 100 à 120 € la tonne.

Dispositif d'attrition

Le coût d’un traitement dans l’unité pilote (comprenant criblage et plusieurs ateliers

d’hydrocyclonage et d’attrition) est compris pour une tonne de sédiment entre 25 € et 45 €.

Mais ces coûts ne tiennent pas compte de la main d’œuvre nécessaire pour faire fonctionner

l’unité, il faut compter environ 15 € de l’heure pour une main d’œuvre courante. De plus,

l’unité étant mobile, il faudra prendre en compte son déplacement.

Le prix de revient s'établit alors dans une fourchette de 40 à 60 € par tonne de matière sèche.

Ce traitement permet la réutilisation d’environ 60 % en moyenne, de la masse initiale. Le

reste est constitué par :

• les refus de dégrillage (>3 cm) envoyés dans la filière des déchets ménagés

(canettes, bouteilles, plastiques…,

• les refus du criblage (3 cm < refus < 2 mm) en majorité des déchets verts,

valorisés en compost,

• les refus de l’hydrocyclonage (< 60 µm) sont très pollués car les particules sont

ici très fines et c’est sur elles que se fixent la majorité des particules polluantes.

Page 44: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

41

Ces refus sont éliminés en installation de stockage de déchets dangereux

(ISDD) car considérés comme déchet ultime de ce traitement.

Ces refus vont engendrer des coûts supplémentaires, en transport et en valorisation, ce qui au

final peut représenter un coût supérieur au seul coût du traitement.

A ces prix il faut ajouter le coût d’une assistance technique en tant que main d’œuvre (environ

25€/h), et aussi le besoin en énergie afin d’alimenter l’unité de traitement.

Coûts de transport

Le transport coûte cher, il faut tenir compte des coûts directs et indirects. Les coûts directs

prenant en compte la vitesse, le nombre de rotations journalières, la consommation du poids

lourd et son taux de charge. A cela s’ajoutent les coûts indirects : pollution atmosphérique,

l’effet de serre, l’usure des infrastructures, le bruit, les accidents, effets urbains, l’impact sur

la nature et les paysages, coût environnemental… Ces coûts indirects sont difficilement

quantifiables.

Une étude de la DRE Aquitaine menée en 2004 a évalué ces coûts en fonction de deux

distances :

Tableau V-1: estimation des coûts de transport routier (DRE Aquitaine, 2004)

Distance de transport 50 km 120 km

Estimation des coûts directs 4 à 4,5 € / t 7,2 à 8,4 € / t

Estimation des coûts indirects 1,3 à 5,8 € / t 3 à 14 € / t

Paramètres pris en compte

pour l’évaluation des coûts

indirects

Pollution, effets sanitaires,

gaz à effet de serre, bruit,

insécurité, usure des

infrastructures

Pollution, effets sanitaires, gaz

à effet de serre, bruit,

insécurité, usure des

infrastructures

Il faut donc compter de 4 à 4,5 € par tonne de matériel transporté sur une distance de 50 km,

et 7,2 à 8,4 € par tonne sur une distance de 120 km.

Pour les traitements de dépollution et d'élimination

Incinération simple en four ou cimenterie: 110 à 320 € la tonne.

Traitement par désorption thermique (séchoir à 4 à 600 °C, séparant des gaz volatils à environ

1000°C et les terres dépolluées réutilisables en remblai): coût 1500 € par tonne.

Produits fortement contaminés: 600 €/t (traitement sur plateforme agréée, mise en fut).

Terre et gravats pollués en centre de traitement biochimique: 116,44 €/t.

En termes de production de granulats, le prix du matériau issu de carrière varie de 7 à 15 € la

tonne.

A titre de comparaison, les matériaux recyclés du BTP utilisable en technique routière sont

revendus entre 9 et 10 € HT / t.

Page 45: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

42

Certains ont pu établir un circuit de revente pour des terres issues de fossés, lorsque les

teneurs en éléments métalliques et en hydrocarbures sont inférieures aux seuils, avec un

traitement sommaire limité au curage et égouttage. Les prix de revente obtenus à une

installation de recyclage pour être insérés dans une terre végétale seraient:

− 2,3 € par tonne (avec une proportion de terre de fossés inférieure à 5%)

− terre végétale criblée pour engazonnement: vendue 5,5 €/tonne

− terre criblée + pierre: vendue 18,6 €/tonne pour fosse de plantation

Ce qui donne la possibilité de revendre le matériel réutilisable, moins cher qu’un produit dit

noble. Il est d’ailleurs intéressant de constater que dans beaucoup de chantiers il est souvent

utilisé des sables de carrière (nobles) alors qu’un sable ordinaire ferait largement l’affaire.

Page 46: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

43

CONCLUSION GENERALE

Ce document de synthèse, élaboré dans le cadre d’un programme de recherche pluriannuel

multi-partenarial, propose une démarche simple pour une meilleure gestion des sédiments de

l’assainissement pluvial routier et urbain.

Les recommandations formulées dans le cadre de ce document reposent sur des essais

préliminaires et sur l’interprétation de ces essais ; l’accent est mis sur le traitement physique

et en particulier sur l’apport du tri granulométrique et de l’attrition.

Il apparaît clairement, qu’en se plaçant sur un plan technico-économique, la mise en œuvre

d’un traitement complet, notamment avec le procédé d’attrition, sera envisagée sur des

volumes de sédiments très élevés, impliquant soit un site disposant d’un gisement important,

soit un regroupement de sédiments issus de plusieurs sites, mais avec des caractéristiques

proches.

Des filières de traitement sont proposées dans la partie IV, elles s’inscrivent dans une

perspective de développement durable. En effet, le Grenelle de l'Environnement a bien mis

l'accent sur la nécessité d'économiser les ressources naturelles dont les chantiers du BTP sont

gros consommateurs, dans des conditions souvent très pénalisantes. Le recours à tous les

matériaux alternatifs en fonction des besoins et de leurs caractéristiques s'impose pour

ménager les ressources rares.

Enfin, il faut garder présent à l’esprit qu’en l’absence de réglementation concernant les

sédiments de l’assainissement pluvial, les recommandations proposées n’ont pas de valeur

juridique.

Page 47: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

44

LISTE DES TEXTES REGLEMENTAIRES

Arrêté du 8 janvier 1998 fixant les prescriptions techniques applicables aux épandages de

boues sur les sols agricoles, pris en application du décret n0 97-1133 du 8 décembre 1997

relatif à l’épandage des boues issues du traitement des eaux usées.

Arrêté du 15 mars 2006 fixant la liste des types de déchets inertes admissibles dans des

installations de stockage de déchets inertes et les conditions d'exploitation de ces installations

Circulaire interministérielle (METL-MATE) n° 2001-39 du 18 juin 2001 relative à la gestion

du réseau routier national.

Liste hollandaise pour la qualité des sols appartenant à la circulaire de décembre 1994 du

ministère VROM qui donne des valeurs cibles et d’intervention.

NF EN 12 457 : Caractérisation des déchets. Lixiviation - Essais de conformité pour

lixiviation des déchets fragmentés et des boues. Décembre 2002.

NF ISO 11 465 (X31-102) : qualité des sols. Détermination de la teneur pondérale en matière

sèche et en eau. Méthode gravimétrique. Août 1994.

NF ISO 11 466 (X31-415) : qualité des sols. Extraction des éléments en traces solubles dans

l’eau régale.

NF P 11-300 : Exécution des terrassements - Classification des matériaux utilisables dans la

construction des remblais et des couches de forme d'infrastructures routières. Septembre

1992.

NF P 18-560 : Granulats. Analyse granulométrique par tamisage. Octobre 1978, annulée le

01/09/1990, remplacée par P 18-560.

NF P 94-056 : sols : reconnaissance et essais. Analyse granulométrique. Méthode par

tamisage à sec après lavage. Mars 1996.

NF X 30-402-2. Essai de lixiviation de 24 h remplace la norme NF X 31-210.

SETRA -DGITM. Guide relatif à "l'acceptabilité de matériaux alternatifs en techniques

routières". A paraître en 2010.

Page 48: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

45

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Champaud A. (2006). Devenir des sous produits de l’assainissement pluvial urbain et routier :

analyses quantitative et comparative, filières de traitement et de valorisation en technique

routière, aspects réglementaires. Rapport EGID, université de Bordeaux III, 92 pages

Clozel B., Ruban V., Durand C., Conil P. (2006). Chemical and mineralogical assessment of

the origin and mobility of heavy metals (Cd, Zn, Pb, Cu, Ni, Cr) in contaminated sediments

from retention and infiltration ponds. Applied Geochemistry, 21, 1781-1798.

Deruelle F. (2004). Caractérisation, traitement et valorisation des sédiments issus de

l’assainissement pluvial. Rapport Université des Sciences et des Technologie de Lille, 85

pages.

Ducommun F. (2004). Origine, traitement et valorisation des sous-produits de

l’assainissement pluvial. Rapport Institut EGID, Université Michel Montaigne, Bordeaux, 53

pages.

Durand C. (2003). Caractérisation physico-chimique des produits de l’assainissement pluvial.

Origine et devenir des métaux traces et des polluants organiques. Thèse de doctorat

Université de Poitiers, 53 pages.

Durand C., Ruban V., Amblès A. (2004a). Mobility of trace metals in retention pond

sediments. Environmental technology 25, 881-888.

Durand, C., Ruban, V., Ambles, A. et Oudot, J. (2004b). Characterization of the organic

matter of sludge : Determination of Lipids, Hydrocarbons and PAHs from road

retention/infiltration ponds in France. Environnemental pollution 132, 375-384.

Durand C., Ruban V., Amblès A. (2005). Characterisation of the organic matter present in

contaminated sediments from water retention ponds. Journal of Applied and Analytical

Pyrolysis, 73, 17-28.

Gabet S. (2004). Remobilisation d'Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) présents

dans les sols contaminés à l'aide d'un tensioactif d'origine biologique. Thèse de doctorat de

l’Université de Limoges, 230 pages.

Heudier A. (2005). Propositions pour le traitement des déchets du nettoiement de voirie.

Nantes. Nantes Métropole, direction Déchets. Rapport Ecole des Mines de Nantes, 85 pages.

Juhasz A. L. et Naidu R. (2000). Bioremediation of high molecular weight polycyclic

aromatic hydrocarbons : a review of the microbial degradation of benzo[a]pyrene.

International Biodeterioration and Biodegradation, vol. 45, 57-88.

Hebrard C. (2006). Recommandations pratiques pour la gestion des produits de

l’assainissement pluvial. Guide technique LCPC, 55 pages.

Legier J. (2007). Valorisation des sédiments de l’assainissement pluvial : aspects

réglementaire, environnementaux et économiques. Rapport AGI, université de Nice, 80 pages.

Lissalde A. M. (2002). Caractérisation, traitement et valorisation des sous-produits

d'assainissement pluvial. Ecole Normale de Santé Publique, Rennes, 65 pages.

ONR (2001). Enquête sur les déchets. Bassins et fossés, propreté des aires d'arrêt et des

abords de la route, les produits de démolition, 35 pages.

Pétavy, F., Traitement et valorisation des sédiments de l’assainissement pluvial. Thèse de

doctorat de l’université de Nantes, 2007, 282 pages .

Pétavy F., Ruban V., VIAU J-Y, Conil P. (2007a). Une unité pilote de traitement des

sédiments de l’assainissement pluvial. L’Eau, L’Industrie, les Nuisances, vol. 300, 79-82.

Page 49: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

46

Pétavy F., Ruban V., Conil P., Viau J-Y. (2007b). Treatment of stormwater sediments with a

view to their reuse. International Journal of Chemical Reactor Engineering, 5, article A-102.

Pétavy F., Ruban V., Conil P. (2009). Attrition efficiency in the decontamination of

stormwater sediments. Applied Geochemistry, 24, 153-161.

Ruban V., Clozel B., Conil P. et Durand C. (2003). Origine, caractérisation et gestion des

boues de l'assainissement pluvial routier : Point sur les connaissances actuelles et

perspectives. Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussés 246-247, 117-126.

Sermanson A. (1998). Définition et optimisation de filière de traitement et de valorisation de

sous produits d'assainissement au sein de la Communauté Urbaine de Bordeaux. Projet de

recherche A5, GARIH, 47 pages.

SETRA (1995). Entretien des réseaux d’assainissement routiers et pollution des sols. Note

d’information SETRA.

SETRA-LCPC (2003). Technical Guidelines on Embankment and Capping Layers

Construction. LCPC and SETRA guidelines, France, 95 pages.

Straube W.L., Nestler C.C., Hansen L.D., Ringleberg D. et Pritchard P.H (2003). Remediation

of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) through landfarming with biostimulation and

biaugmentation. Acta Biotechnology 23, 179-196.

Villeneuve V. (2003). Origine, caractérisation et gestion des boues et sédiments de

l’assainissement pluvial routier. Mémoire de DESS, université de Bordeaux, 81 pages.

Page 50: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de
Page 51: Traitement et valorisation des sédiments de l ... · la gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain. Ce programme a bénéficié du soutien financier de

Document publié par le LCPC sous le N° C1502575Impression JOUVE

Dépôt légal 3e trimestre 2010