ÉTUDE DE MEMBRANES RÉACTIVES POUR LE DÉVELOPPEMENT DE NOUVELLES CONCEPTIONS DE CHAMPS DE TIR DE GRENADES ESSAIS AU LABORATOIRE À ÉCHELLE INTERMÉDIAIRE Richard Martel Veronika Varfalvy Luc Trépanier Jérémy Dostie Clarisse Deschenes- Rancourt Richard Levesque INRS-ETE, Université d’avant-garde Préparé par : INRS-ETE, Université d’avant-garde 490 de la Couronne Québec (Québec) G1K 9A9 Numéro de document de l’entrepreneur : Rapport de recherche No. R1410 Numéro de contrat de TPSGC : W7701-082245/001/QCL Autorité technique : Emmanuela Diaz, DRDC – Valcartier Research Centre Avis de non-responsabilité : La validité scientifique ou technique du présent rapport de contrat relève entièrement de l’entrepreneur, et le ministère de la Défense nationale du Canada ne donne pas nécessairement son approbation ou son assentiment à son contenu.

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Rapport de contrat DRDC-RDDC-2017-C009 Mars 2013

© Her Majesty the Queen in Right of Canada, as represented by the Minister of National Defence, 2017

© Sa Majesté la Reine (en droit du Canada), telle que représentée par le ministre de la Défense nationale, 2017

ÉTUDE DE MEMBRANES RÉACTIVES POUR LE DÉVELOPPEMENT DE NOUVELLES CONCEPTIONS DE CHAMPS DE TIR DE GRENADES

ESSAIS AU LABORATOIRE À ÉCHELLE INTERMÉDIAIRE

Contrat de recherche W7701-082245/001/QCL

Référence W 7701-8-2245

Dossier QCL-9-30318

Tâche 32

Richard Martel, Veronika Varfalvy, Luc Trépanier, Jérémy Dostie, Clarisse Deschenes- Rancourt,Richard Levesque

Institut National de la Recherche ScientifiqueCentre Eau Terre et Environnement

Rapport de recherche No. R1410

31 mars 2013

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TABLE DES MATIÈRES

TABLE DES MATIÈRES III

LISTE DES FIGURES V

LISTE DE TABLEAUX VI

1. PRÉFACE 8

2. RÉSUMÉ 9

3. INTRODUCTION 10

4. OBJECTIFS 11

5. MANDAT TECHNIQUE 12

6. ESSAIS EN LABORATOIRE – PARTIE 1: PERFORMANCE DES AMENDEMENTS ENCONDITION SATURÉE (ESSAI 1) 13

6.1 MÉTHODOLOGIE 13 6.1.1 Choix des paramètres 13 6.1.2 Choix des matériaux adsorbants 13 6.1.3 Méthodes analytiques 16 6.1.4 Contrôle de la qualité des données 17 6.1.5 Préparation de l’eau souterraine contaminée 17 6.1.6 Méthodologie des essais en colonnes en condition saturés (Essai 1) 20

6.2 RÉSULTATS 24

6.3 CONCLUSION 30

7. ESSAIS EN LABORATOIRE – PARTIE 2: PERFORMANCE DE COMBINAISONS D’AMENDEMENTS EN CONDITION NON-SATURÉE (ESSAI 2) 32

7.1 MÉTHODOLOGIE 32 7.1.1 Choix des paramètres 32 7.1.2 Choix des amendements et leurs combinaisons 32 7.1.3 Méthodes analytiques 33 7.1.4 Contrôle de la qualité des données 33 7.1.5 Préparation de l’eau souterraine contaminée 33 7.1.6 Méthodologie des essais en colonnes en condition non-saturée (Essai 2) 33

7.2 RÉSULTATS 37

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7.3 CONCLUSION 39

8. ÉVALUATION DE LA DURÉE DE VIE DES MEMBRANES RÉACTIVES 41

9. COMPARAISON DES COÛTS DES AMENDEMENTS 44

10. CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS 47

11. RÉFÉRENCES 48

ANNEXE 1 : PHOTOS DES AMENDEMENTS 50

ANNEXE 2 : TABLEAUX 53

ANNEXE 3 : GRAPHIQUES DE DÉTECTION (MÉTAUX) 65

ANNEXE 4 : GRAPHIQUES DE DÉTECTION (MATÉRIAUX ÉNERGÉTIQUES) 70

ANNEXE 5 : GRAPHIQUES DE DÉTECTION (PERCHLORATE) 75

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LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Photographie montrant l’installation des colonnes sur le support pour l’essai 1 en condition saturée ...............................................................................................................23

Figure 2 : Schéma illustrant les six (6) combinaisons d’amendements testés au cours de l’essai 2 en condition non-saturé ainsi que leur épaisseur (A) biochar Pyrovac; (B) biochar BlueLeaf; (F) tourbe brune; (J) charbon activé BC-AG; (K) charbon activé BC-AW; (L) bone char BCHR-830; (R) bran de scie; les flèches indiquent le sens d’écoulement de l’eau. ....33

Figure 3 : Photographie montrant l’installation des colonnes sur le support lors de l’essai 2 en condition non saturée ........................................................................................................36

Figure 4 : Étapes du calcul de la durée de vie d’une couche réactive ........................................42

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LISTE DE TABLEAUX

Tableau 1 : Matériaux adsorbants de type minéral sélectionnés pour l’essai 1. .........................14

Tableau 2 : Matériaux adsorbants de type organique sélectionnés pour l’essai 1. .....................15

Tableau 3 : Sels ajoutés pour doper l’eau souterraine en métaux..............................................18

Tableau 4 : Résultats d’analyse pour les métaux, les matériaux énergétiques et le perchlorate dans l’eau souterraine contaminée du baril durant les essais, et compositions moyennes des contrôles et des solutions initiales pour les essais 1 et 2 avec écart-type....................20

Tableau 5 : Masse, volume, volume des pores et porosité de l’amendement dans chaque colonne pour l’essai 1 ........................................................................................................21

Tableau 6 : Volume cumulatif total et volumes cumulatifs lors de la détection des métaux pour chacune des colonnes de l’essai 1 ....................................................................................25

Tableau 7 : Volume cumulatif total et volumes cumulatifs lors de la détection des matériaux énergétiques et du perchlorate pour chacune des colonnes de l’essai 1............................27

Tableau 8 : Capacité de stockage des amendements pour les métaux (amendements sélectionnés pour la poursuite de l’essai 1)........................................................................29

Tableau 9 : Capacité de stockage des amendements pour les matériaux énergétiques et le perchlorate (amendements sélectionnés pour la poursuite de l’essai 1) ............................29

Tableau 11 : Volume cumulatif total et volumes cumulatifs lors de la détection des métaux pour chacune des colonnes de l’essai 2 ....................................................................................37

Tableau 12 : Volume cumulatif total et volumes cumulatifs lors de la détection des matériaux énergétiques et du perchlorate pour chacune des colonnes de l’essai 2............................38

Tableau 13 : Résultat des calculs de la durée de vie des différents amendements dans les conditions de l’étude ..........................................................................................................42

Tableau 14 : Fournisseurs et prix budgétaires de différents amendements testés dans la présente étude...................................................................................................................45

Tableau 15 : Coûts en dollars par kg de contaminant enlevé pour les différents amendements 46

Tableau A1 : Limites de détection des analyses de métaux par ICP-AES et ICP-MS ................54

Tableau A2 : Résultats d’analyse pour la chimie générale dans l’eau souterraine du puits G1-1-5m dans le champ de tir à la grenade Vaucelles (BFC Valcartier) .....................................55

Tableau A3 : Résultats d’analyse pour les métaux dans l’eau souterraine du puits G1-1-5m dans le champ de tir à la grenade Vaucelles (BFC Valcartier) ...........................................56

Tableau A4 : Résultats d’analyse pour les matériaux énergétiques et le perchlorate dans l’eau souterraine du puits G1-1-5m dans le champ de tir à la grenade Vaucelles (BFC Valcartier)57

Tableau A5 : Critères applicables pour l’eau potable dans la province de Québec (MDDEP) ou recommandations pour l’eau potable (Santé Canada et US EPA). ....................................58

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Tableau A6 : Résultats d’analyse pour les métaux dans l’eau souterraine contaminée .............59

Tableau A7 : Données de laboratoire et calcul de la masse, du volume, du volume des pores et de la porosité de l’amendement dans chaque colonne pour l’essai 1.................................60

Tableau A8 : Résultats d’analyse pour les métaux pour les colonnes 1 à 9 de l’essai 2 ............61

Tableau A9 : Résultats d’analyse pour les métaux pour les colonnes 10 à 16 de l’essai 2 ........62

Tableau A10 : Résultats d’analyse pour les matériaux énergétiques de l’essai 2 ......................63

Tableau A11 : Résultats d’analyse pour le perchlorate de l’essai 2 ...........................................64

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1. PRÉFACE

Le présent rapport vise à comparer la performance de différents amendements pouvant être utilisés comme membrane réactive afin de décontaminer l’eau interstitielle du sol qui migre sous les champs de tir de grenades dans les secteurs d’entraînement des bases militaires. Une première partie présente les résultats d’essais en laboratoire effectués en petites colonnes (48 mL) avec les amendements en condition saturée en eau. La seconde partie du rapport présente les résultats d’essais où les meilleurs amendements obtenus à la partie 1 ont été combinés et testés dans des colonnes moyennes (324 mL) en condition non-saturée. Finalement, la dernière partie du rapport présente une comparaison des coûts basés sur l’efficacité, la durée de vie et le prix des différents matériaux.

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2. RÉSUMÉ

Des essais ont été réalisés dans les laboratoires de l’INRS-ETE dans le but d’identifier des matériaux pouvant être utilisés en couche dans des membranes réactives visant à enlever les métaux, les matériaux énergétiques et le perchlorate pouvant migrer dans le sol sous les champs de tir à la grenade. La première série d’essais en colonnes a été réalisée en condition saturée et chaque amendement a été testé individuellement. Les résultats ont permis d’identifier des amendements performants pour adsorber les métaux (Cd, Cu, Mn, Pb, Sb et Zn), les matériaux énergétiques (RDX, HMX, NG et TNT) et/ou l’ion perchlotate (ClO4). Les meilleurs amendements pour adsorber les matériaux énergétiques (RDX, HMX, NG, TNT) incluant le perchlorate ont été les deux charbons activés BC-AG et BC-AW. En fait, seuls ces deux amendements parmi ceux testés ont été capables d’adsorber efficacement le perchlorate. Les autres amendements performants pour adsorber les matériaux énergétiques excluant le perchlorate ont été le bone char BCHR-830 et dans une moindre mesure le biochar BLueLeaf puisque ce dernier a montré une capacité d’adsorption moindre. Le meilleur amendement pour adsorber tous les métaux (Cd, Cu, Mn, Pb, Sb, Zn) a été le bone char BCHR-830. Les biochars Pyrovac et Basques ainsi que la tourbe Brune ont aussi performé pour adsorber ces métaux à l’exception du Mn et Sb.

La seconde série d’essais en colonnes a été réalisée en condition non-saturée et en combinant deux ou trois amendements disposés en couches successives. L’objectif de ce second essai a été de vérifier les interactions possibles entre les matériaux pouvant influer sur l’adsorption des contaminants. Les amendements sélectionnés sont: le biochar Pyrovac, le biochar BlueLeaf, les charbons activés BC-AG et BC-AW, le bone char BCHR-830, la tourbe brune et finalement le bran de scie. Chacune des combinaisons a été conçue de façon à pouvoir adsorber tous les contaminants faisant parti du programme de suivi. De plus, la disposition des couches a été faite en tenant compte du coût des amendements. Ainsi l’amendement le plus coûteux se retrouve en fin de séquence comme procédé d’affinage de façon à augmenter sa durée de vie et à réduire la quantité nécessaire. Toutes les combinaisons testées ont performé pour adsorber les matériaux énergétiques (RDX, HMX, NG, TNT). Par contre, une seule des combinaisons testées, la combinaison tourbe Brune-charbon BC-AW a réussi à adsorber efficacement le perchlorate. La meilleure combinaison pour adsorber tous les métaux à l’exception du Sb (Cd, Cu, Mn, Pb, Zn) a été la combinaison tourbe Brune-biochar BlueLeaf-charbon BC-AW.

La durée de vie des amendements a été calculée à partir des données du premier essai en condition saturée. Les concentrations en contaminants utilisées lors des essais étant très élevées (~ 1 à 5 mg/L) les résultats sont donc conservateurs. Les durées de vie calculées pour les amendements ont été supérieures à 50 ans. Au niveau des coûts, la comparaison a été effectuée sur la base de leur efficacité à enlever les contaminants. Exprimé en dollars par kg de contaminant enlevé la tourbe Brune s’est avérée le plus économique des amendements testés pour les métaux. Dans le cas des matériaux énergétiques et du perchlorate, le charbon BC-AW s’est avéré le plus économique. Par contre, le coût réel de cet amendement n’a pu être déterminé car la capacité d’adsorption maximale n’avait pas été atteinte à la fin des essais.

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3. INTRODUCTION

En 2011-2012 des travaux préliminaires ont été effectués en laboratoire afin de comparer la capacité d’adsorption de différents matériaux sélectionnés pour adsorber des métaux (Cd, Cu, Mn, Pb, Sb, et Zn) et des matériaux énergétiques (RDX, HMX TNT et ClO4-) dissous dans l’eau d’infiltration d’un champ de pratique de tir à la grenade. Les résultats de cette étude ont permis d’identifier des matériaux très performants lesquels pouvaient être utilisés dans la conception d’un champ de grenade écologique, que ce soit comme amendements dans une barrière réactive enfouie sous le site ou dans des réservoirs lors d’un traitement secondaire des eaux d’infiltration récoltées. Les matériaux performants pour adsorber les matériaux énergétiques RDX, HMX et TNT sont le charbon activé, les mousses de tourbe et les biochars, et en particulier le BlueLeaf avec des taux d’adsorption de 99.9% et des teneurs de moins de 5 μg/L en RDX, HMX et TNT dans les solutions finales ayant circulés à travers celui-ci. Les matériaux performants pour adsorber le perchlorate (ClO4

-) sont le charbon activé et deux résines échangeuses d’anions avec des taux d’adsorption supérieurs à 97% et des teneurs de moins de 10 μg/L en ion perchlorate dans les solutions finales. La plupart des matériaux adsorbants testés se sont montrés très performants pour adsorber le Cd, Cu, Pb et Zn et généralement performant pour adsorber le Mn. Des taux d’adsorption de 99.9% et des teneurs inférieures aux critères environnementaux dans les solutions finales ont été obtenus pour les matériaux les plus performants, dont notamment le produit commercial EnviroBlend,. Les mousses de tourbe et les biochars se sont aussi révélés très performants pour adsorber ces métaux avec des taux d’adsorption généralement supérieurs à 97%. Par contre, le Sb fait exception étant moins bien adsorbé que les autres métaux par les matériaux testés à l’exception peut-être de l’oxyde de titane et d’une des résines échangeuses d’anion.

Le prix courant sur le marché pour les mousses de tourbe est de l’ordre de 30$ à 50$/m3 alors que celui pour le charbon activé granulaire tourne autour de 3,000$ /m3. Le prix des biochars varient de 1,000$ à 1,500$ la tonne métrique. En comparaison, la tonne métrique de fer zéro-valent granulaire vaut 1,150$/tonne métrique alors que celle de l’olivine synthétique vaut 200$. Le prix de l’EnviroBlend varie de 350$ à 550$ la tonne métrique pour les produits réguliers et de 750$ à 1,000$ la tonne métrique pour certains produits spécialisés dans le traitement de l’eau.

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4. OBJECTIFS

L’objectif de la présente étude est d’identifier la composition d’une barrière réactive permettant d’enlever les métaux, les matériaux énergétiques et le perchlorate dissous dans de l’eau souterraine contaminée. Pour ce faire, deux séries d’essais en colonnes ont été réalisées en laboratoire.

Une première série d’essai a été effectuée sur des petites colonnes de 48 mL remplies d’un amendement unique en condition saturée en eau afin de classer ces différents matériaux en termes de performance d’adsorption et de durabilité. Une deuxième série d’essais a été réalisée sur des colonnes de taille intermédiaire (324 mL) remplies d’une combinaison de deux ou trois couches d’amendements afin de déterminer les combinaisons les plus performantes et de vérifier s’il n’y avait pas d’effet antagoniste non désiré entre les couches. . Tous les essais visaient également à évaluer la durée de vie des différents systèmes d’amendement à l’étude. Finalement, une comparaison des coûts des différents matériaux testés a été réalisée afin de permettre le meilleur choix coût/bénéfice possible.

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5. MANDAT TECHNIQUE

L’atteinte des objectifs de la présente étude passait par la réalisation de tâches spécifiques, tel que décrit dans la proposition de travail. Les paragraphes suivant reprennent les tâches devant être effectuées.

(1) Essais en petite colonne en milieu saturé afin d’identifier les matériaux réactifs les plus performants pour adsorber/précipiter les métaux (ces matériaux ne seront pas optimisés en fonction de leur performance à traiter l’antimoine), le perchlorate et matériaux énergétiques. Pour ces essais il devait y avoir au moins 8 amendements testés dont certains en combinaison.

(2) Essais en moyenne colonne afin de déterminer l’épaisseur et la composition des couches constituant la barrière réactive. Ces essais simulent les conditions de terrain non saturées avec les différents matériaux réactifs et de l’eau souterraine contaminée par les métaux, le perchlorate et les matériaux énergétiques. Pour ces essais il devait y avoir au moins 5 combinaisons d’amendement testées en duplicata.

(3) Effectuer une évaluation de la durée de vie des membranes réactives; grâce aux résultats des tâches 1 et 2.

(4) Effectuer une étude économique en comparant les coûts des différents amendements et de leur combinaison.

13

6. ESSAIS EN LABORATOIRE – PARTIE 1: PERFORMANCE DES AMENDEMENTS EN CONDITION SATURÉE (ESSAI

1)

6.1 MÉTHODOLOGIE

6.1.1 Choix des paramètres

Les métaux analysés dans le cadre de l’essai 1 en milieu saturé sont Cd, Cu, Mn, Pb, Sb, et Zn,alors que les matériaux énergétiques sont RDX, HMX, NG, TNT ainsi que le perchlorate (ClO4

-).Deux métabolites de la NG, 1,2-DNG et 1,3-DNG, ont aussi été analysés. Ce sont des analyses de routine avec la NG car celle-ci a tendance à se dégrader rapidement et former ces deux produits de dégradation.

Il s’agit des mêmes paramètres que ceux analysés dans le cadre des travaux de la phase préliminaire du projet de membranes réactives en 2012 (Martel et al., 2012). Seule la NG a été ajoutée à la liste précédente des matériaux énergétiques. Le choix des métaux avait été dicté d’une part par le fait que les balles utilisées par les militaires lors des exercices de tir sur les sites de tir de petit calibre sont essentiellement composées de Cu, Pb, Sb et Zn, et d’autre part par leurs occurrences plus régulières dans les eaux souterraines et de surface des secteurs d’entraînement en concentrations supérieures aux teneurs de fond et dépassant parfois les critères environnementaux (Martel et al., 2009a; 2009b; 2009c; 2011a; 2011b; 2013). Quant aux matériaux énergétiques, les plus souvent détectés dans les eaux souterraines et de surface des secteurs d’entraînement, notamment dans les zones d’impact des champs de démolition et de grenade, sont le RDX et le HMX (Martel et al., 2009a; 2009b; 2009c; 2011a; 2011b; 2013). Ces même études ont de plus montré que l’ion perchlorate (ClO4

-) est aussi détecté en trace dans les eaux souterraines et de surface des secteurs d’entraînement.

6.1.2 Choix des matériaux adsorbants

Quatorze (14) matériaux adsorbants ont été choisis pour les essais en petites colonnes en condition saturée (essai 1). Le choix s’est fait d’abord à partir de matériaux déjà testés lors de travaux de la phase préliminaire en 2012 et ayant performé à adsorber les métaux et/ou les matériaux énergétiques, puis d’autres matériaux aux capacités d’adsorption soupçonnées ou démontrées dans la littérature scientifique se sont ajoutés. Les tableaux 1 et 2 présentent les différents amendements sélectionnés pour l’essai 1. Les photos de ceux-ci sont présentées à l’annexe 1.

Les amendements de type minéral qui ont été testés dans la présente étude sont de l’oxyhydroxyde de fer, de la scorie de titane, de la zéolite et un produit d’alumine activé enrichi en fer. Une étude norvégienne récente sur les matériaux adsorbants pour traiter les eaux de

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ruissellement dans un champ de tir de petit calibre a démontré que l’hydroxyde de fer avait une bonne capacité d’adsorption pour le Pb, Cu et Sb (Mariussen et al., 2012). Le matériel utilisé dans cette étude consiste en une poudre fine d’oxyhydroxyde de fer (FeO(OH)) purifiée à 99.5%. Le dioxyde de titane s’était révélé un très bon adsorbant pour tous les métaux testés, incluant le Sb, lors des travaux préliminaires de 2012, la scorie de titane a donc été aussi choisie. La scorie de titane est un concentré de dioxyde de titane (TiO2) à 95% commercialisé par la compagnie Rio Tinto et vendue comme matière première aux producteurs de pigment detitane. La scorie contient aussi de l’oxyde de fer (Fe2O3 et FeO), de la silice et de l’alumine en quantités mineures, ainsi que des traces de métaux lourds, notamment du Cr, mais en concentrations en dessous du critère C du MDDEP pour les sols1. La zéolite et l’alumine utilisés pour l’essai 1 sont deux matériaux adsorbants commercialisés par la compagnie AC Carbone Canada. La zéolite est un alumino-silicate hydraté ayant une capacité d’échange cationique (CEC) élevée et reconnue comme bon adsorbant pour les métaux lourds. L’alumine activé enrichi en fer est un matériel adsorbant spécifiquement conçu pour l’adsorption des composés d’As(V) et As(III) de l’eau destinée à la consommation, mais potentiellement un bon adsorbant pour le Cu, Pb, Sb et Zn selon le fabricant.

Tableau 1 : Matériaux adsorbants de type minéral sélectionnés pour l’essai 1.

Matériauxadsorbants Source Composition Autres spécifications

Oxyhydroxyde de fer(III)

NOAH Technologies Corporation (Texas, É.U.) FeO(OH) purifié >99.5%

poudre 44 μm

Scorie de titane UGSTM

Les Poudres Métalliques du Québec Ltée (Rio Tinto)

Sorel-Tracy (Québec)TiO2, Fe2O3, FeO purifié 95%

granulaire 100-600 μm

Zeolite ZeoSorb-820AC Carbone Canada Inc.

St-Jean-sur-Richelieu (Québec)

(Ca, Na, Mg, K)[Si3AlO10].nH2O

alumino-silicate 100%granulaire 840-2380 μm

Iron enhanced activated Alumina

AAFS-50

AC Carbone Canada Inc.St-Jean-sur-Richelieu

(Québec)Al2O3, Fe, Na2O

alumine activé 90% granulaire 300-600 μm

Les matériaux de type organique qui ont été utilisés pour l’essai 1 sont deux types de charbons activés granulaires, cinq types de biochars, deux types de mousses de tourbe et du bran de scie (Tableau 2). Les charbons activés testés sont produits à partir de charbon d’origine fossile (lignite, houille, anthracite) qui estpurifié par lavage à l’acide et activé à la vapeur pour lui donner sa texture macroporeuse caractéristique. Les deux types de charbon testés sont commercialisés par la compagnie AC Carbone Canada. Le premier type (BC-AW) est le produit d’entrée de gamme communément utilisé pour le traitement des effluents industriels et la remédiation des eaux souterraines. Le second type (BC-AG) est un produit conçu pour avoir une meilleure performance et une meilleure durée de vie. Les biochars sont des charbons

1 Ministère du développement durable, de l’environnement, de la faune et des parcs (MDDEP), Gouvernement du Québec, Grille des critères génériques pour les sols http://www.mddep.gouv.qc.ca/sol/terrains/politique/annexe_2_tableau_1.htm (consulté le 14/03/2013)

15

produits par la carbonisation de la biomasse. Le terme biochar est employé pour distinguer ce charbon d’origine végétal (ou animal) du charbon d’origine fossile. De façon générale, la différence entre les types de biochar tient à la matière organique brulée (bois, résidus végétaux divers, os, etc.) et se traduit essentiellement par des pH et des ratios carbone / azote (C/N) différents que le charbon d’origine fossile ainsi que des teneurs variables en nutriments (N, P, K et Ca). Le bone char est un biochar produit par la calcination d’os de bétail et se compose principalement d’hydroxyapatite et de carbone. Le bone char testé dans le cadre de cette étude est aussi un produit commercialisé par la compagnie AC Carbone Canada. Le bone char aurait montré une bonne capacité d’adsorption pour le Pb, Cu et Sb lors du traitement des eaux de ruissellement dans un champ de tir de petit calibre norvégien (Mariussen et al., 2012). Les quatre autres types de biochar testés sont commercialisés par la compagnie BlueLeaf Inc.. Il s’agit des biochars Pyrovac, BlueLeaf, Dynamotive et Basques. Ils sont composés en partie de cendres fines et de matière organique calcinée de différentes tailles dans des proportions variables. Le Dynamotive, le Pyrovac et le Basques ont une texture plutôt homogène comportant peu de cendres, alors que le BlueLeaf a une texture hétérogène composée de cendres fines et de morceaux de matière organique carbonisée de différentes tailles; une texture qui rappelle celle du bois carbonisé. Les deux types de mousse de tourbe testés sont commercialisés par la compagnie Fafard et Frères Ltée. La mousse de tourbe « Détail » est de couleur brun-roux et fibreuse. C’est la tourbe régulière vendue dans les centres jardins de la région. La mousse de tourbe « Brune » est de couleur brun foncé, plus dense et plus décomposée (mature) que la première ayant la texture d’un terreau. Finalement, le bran de scie utilisé lors de l’essai 1 provient de la compagnie Les Industries du Territoire Nionwentsïo laquelle s’approvisionne exclusivement en billots bruts provenant de territoires forestiers au nord de la ville de Québec. Les essences de bois sont essentiellement de l’épinette noire (Picea mariana) et blanche (Picea glauca) et du sapin baumier (Abies balsamea) mais aussi accessoirement du peuplier faux-tremble et d’autres espèces de résineux tel que le pin et le mélèze.

Tableau 2 : Matériaux adsorbants de type organique sélectionnés pour l’essai 1.

Matériaux adsorbants Source Composition Autres spécifications

Charbon activé BC-AG serie

AC Carbone Canada Inc.St-Jean-sur-Richelieu

(Québec)charbon de bitume granulaire 840-1680 μm

Charbon activé BC-AW serie

AC Carbone Canada Inc.St-Jean-sur-Richelieu

(Québec)charbon de bitume granulaire 840-1680 μm

Bone char BCHR-830AC Carbone Canada Inc.

St-Jean-sur-Richelieu (Québec)

charbon d’os de bétail composé de 10% C et

90% Ca5(PO4)3(OH)granulaire 600-2380 μm

Biochar Pyrovac BlueLeaf Inc.Drummondville (Québec) charbon de biomasse -

Biochar BlueLeaf BlueLeaf Inc.Drummondville (Québec) charbon de biomasse -

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Biochar Dynamotive BlueLeaf Inc.Drummondville (Québec) charbon de biomasse -

Biochar Basques BlueLeaf Inc.Drummondville (Québec) charbon de biomasse -

Mousse de tourbe« Détail »

Fafard et Frères LtéeSaint-Bonaventure

(Québec)

tourbe de sphaigne(fibreuse) -

Mousse de tourbe« Brune »

Fafard et Frères LtéeSaint-Bonaventure

(Québec)

tourbe de sphaigne(terreau) -

Bran de scieLes Industries du

Territoire Nionwentsïo,Wendake (Québec)

bois de résineux (épinette et sapin baumier) -

6.1.3 Méthodes analytiques

Toutes les analyses ont été effectuées dans les laboratoires de l’INRS-ETE selon les méthodes analytiques standards de l’US EPA. Les teneurs en métaux dissous dans l’eau avant et après traitement ont d’abord été mesurées par spectrométrie d'émission atomique couplée à un plasma inductif (ICP-AES, Varian Vista AX CCD, méthode EPA 200.7). Les métaux analysés ont été : Al, As, B, Ba, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, S, Sb, Sc, Se, Si, Sn, Sr, Ti, Tl, U, V, W, Zn, Zr. Les limites de détection (LOD) varient de 0.00012 à 0.012 mg/L selon les métaux. Les LOD déterminées pour chaque métal sont présentés en annexe (Tableau A1). Certaines analyses de métaux ont été reprises par spectrométrie de masse couplée à un plasma inductif (ICP-MS, méthode EPA 200.8). Les métaux analysés ont été : Ag, As, Be, Cd, Cu, Co, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Tl, Zn. Les teneurs en 107Ag, 109Ag et 111Cd ont été corrigés pour les interférences avec 90Zr, 93Nb et 98Mo respectivement. Les limites de détection (LOD) varient de 0.0009 à 0.003 g/L selon les métaux. Les LOD déterminées pour chaque métal sont présentés en annexe (Tableau A1). L’ion perchlorate (ClO4

-) a été analysé par chromatographie ionique en phase liquide (Dionex ICS-2000 ion chromatography system,méthode EPA 314.0) avec une LOD de 0.03 mg/L lors de l’essai 1. Lors de l’essai 2, l’ion perchlorate (ClO4

-) a été analysé par chromatographie liquide couplé à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS-MS Thermo TSQ Quantum, méthode EPA 331.0) avec une LOD de0.5 g/L. Le RDX, HMX, TNT, NG et les deux métabolites 1,2-DNG et 1,3-DNG ont été analysés par chromatographie en phase liquide à haute performance (1200 series Quaternary HPLC System from Agilent Technologies) selon la méthode EPA 8330B. Les LOD déterminées pour le RDX, HMX, TNT, NG et les deux métabolites 1,2-DNG et 1,3-DNG sont respectivement de 0.026 mg/L, 0.024 mg/L, 0.021 mg/L, 0.037 mg/L, 0.049 mg/L et 0.048 mg/L, alors que les limites de quantification (LOQ) déterminées pour le RDX, HMX, TNT, NG, 1,2-DNG et 1,3-DNG sont respectivement de 0.078 mg/L, 0.072 mg/L, 0.071 mg/L, 0.123 mg/L, 0.166 mg/L et 0.160mg/L. Pour les faibles concentrations, la méthode utilisée est une extraction sur phase solide par cartouche SPE Waters HLB 500 mg 6cc. Cette méthode permet d’attendre des LOD variant de de 0.04 à 1 g/L selon les matériaux énergétiques. Le pH des solutions a été mesurée à l’aide de languettes test indicatrices de pH (Macherey-Nagel, pH fix 2.0 – 9.0, précision 0.5).

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6.1.4 Contrôle de la qualité des données

Pour minimiser la contamination, tout le matériel utilisé pour les colonnes des essais encondition saturée à être en contact avec les amendements, a été décontaminé selon la procédure suivante : 1) lavage à l’acétone; 2) rinçage à l’eau distillée; 3) lavage à l’acide HCl10%; 4) rinçage à l’eau distillée. Les solvants, acides et réactifs (sels de métaux) employés dans cette étude étaient de grade « Reagent » de l’American Chemical Society.

Des tests avaient préalablement été faits au laboratoire à l’INRS-ETE pour vérifier l’adsorption des matériaux énergétiques (RDX, HMX, TNT, NG) par différents types de plastique composant les vials destinés à contenir les échantillons. Les résultats ont montré que l’adsorption de ces matériaux énergétiques par le polypropylène (PP) est négligeable sur une période de 5 jours lorsque les échantillons sont conservés au frigo à 4°C. Des précautions particulières ont été prises durant les essais pour protéger les montages et les échantillons de la lumière. Les échantillons ont été conservés au frigo à 4°C.

Lors des essais, une (essai 1) à trois (essai 2) des colonnes ont été montées à vide et ontfonctionné comme les autres colonnes à des fins de contrôle pour s’assurer de la stabilité de la solution d’eau contaminée et vérifier s’il pouvait y avoir un gain (ex. contamination) ou une perte (ex adsorption) de métaux, matériaux énergétiques ou du perchlorate au cours des essais. Les résultats sont discutés dans la section 6.1.5 suivante. Les essais comportaient aussi des duplicata et triplicata pour vérifier la reproductibilité des résultats. A ce sujet, plus de détails sont donnés pour chacun des essais plus loin dans les sections 6.1.6 et 7.1.6 décrivant le protocole suivi pour les essais 1 et 2 respectivement.

Enfin les analyses effectuées dans les laboratoires de l’INRS-ETE respectent les normes de qualité et les procédures de contrôle de la qualité standard en vigueur dans les laboratoires accrédités.

6.1.5 Préparation de l’eau souterraine contaminée

Initialement, il était prévu d’échantillonner l’eau souterraine du même puits utilisé pour les essais du rapport de 2012, soit le puits E9-1-35m dans le secteur du Plateau (secteur d’essai)de la base militaire Valcartier. Cependant, ce puits était à sec lors de la visite en date du 18 janvier 2013 nous obligeant à changer de lieu d’approvisionnement. Ainsi, l’eau souterraine utilisée pour l’essai 1 et l’essai 2 décrite dans le présent rapport provient du puits G1-1-5mlocalisé en bordure est du champ de tir à la grenade Vaucelles (secteur 1) de la base. Le puitsa été échantillonné le 23 janvier 2013 au moyen d’une tubulure en polyéthylène haute densité(PEHD) de 9 mm de diamètre et d’une valve D25 connecté à une pompe à inertie Waterra. L’eau du puits a été directement pompée dans un grand baril de plastique de 200 L aussi enPEHD.

L’eau du puits échantillonnée n’a pas été analysée puisque celle-ci nécessitait l’ajout de contaminants afin de préparer l’eau pour les essais. Cependant, la qualité de l’eau de ce puits G1-1-5m étaient connue par des analyses antécédentes sur des échantillons de quatre campagnes de l’INRS-ETE entre 2007 et 2011. Les résultats sont présentés en annexe (Tableaux A2, A3 et A4). Les concentrations en métaux et en matériaux énergétiques ont été comparés aux critères du MDDEP pour l’eau potable lorsque disponibles, sinon aux recommandations de Santé Canada et de l’US EPA (voir Tableau A5 en annexe). Les matériaux énergétiques n’avaient pas été détectés dans les eaux du puits G1-1-5m en 2008 et

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2011 mais en 2010, du RDX à 1.85 μg/L et du HMX à 0.40 μg/L ont été détectés. Ces teneurs étaient sous les critères de l’US EPA pour l’eau souterraine qui sont respectivement de 2 μg/L et de 400 μg/L. La teneur en HMX était aussi sous la valeur de 400 μg/L recommandée pour l’eau potable par le MDDEP. Par contre celle en RDX était supérieure à la valeur de 0.3 μg/L recommandée pour l’eau potable par le MDDEP. Le perchlorate (ClO4) analysé en 2008 et 2011 a été détecté en 2008 avec une teneur de 0.13 μg/L soit largement sous la valeur de 6 μg/L recommandée par Santé Canada pour l’eau potable. Les teneurs en métaux ont été analysées en 2008, 2010 et 2011. Les teneurs en métaux d’intérêt (Cd, Cu, Mn, Pb, Sb, Zn) étaient sous les critères ou les valeurs recommandées pour l’eau potable du MDDEP. Par contre, les teneurs en Cd (0.8 à 2.5 μg/L), Mn (32 à 48 μg/L), Pb (1.0 à 2.8 μg/L) et Zn (273 à 790 μg/L) étaient significativement supérieures aux teneurs de fond observées sur la base (Martel et al.,2013)

Ainsi en raison du faible niveau de contamination de l’eau souterraine du puits, l’eau du baril servant aux essais 1 et 2 a dû initialement être contaminé en ajoutant des sels de Cd, Cu, Mn, Pb, Sb, Zn (Tableau 3) ainsi que du potassium de perchlorate (KClO4) en quantité suffisante pour obtenir des concentrations de l’ordre de 5 mg/L en ces métaux dissous et en ion perchlorate. Une solution concentrée en RDX, HMX, NG et TNT a aussi été ajouté à l’eau souterraine. Cette dernière avait été préalablement préparée en laboratoire en ajoutant de la composition B, (un mélange à 60% de RDX et 40% de TNT), de l’octol, (un mélange à 70% de HMX et 30% de TNT), et de la NG dans de l’eau ultrapure (Millipore, résistivité25°C) afin d’obtenir une eau contaminée dans le baril initialement de l’ordre de 2.5 mg/L en ces matériaux énergétiques. Le HMX étant faiblement soluble dans l’eau, du HMX en feuillets a aussi été ajouté directement dans l’eau du baril afin d’obtenir la concentration désirée. L’eau souterraine dopée du baril a ensuite été mélangée en utilisant un bras-mélangeur mécanique en acier inoxydable actionné à 60 rpm à l’intérieur du baril pendant une semaine à 20°C et à l’abri de la lumière. L’eau contaminée a ensuite été transférée dans un autre grand baril de plastique de 200 L en PEHD par pompage au moyen d’une tubulure en PEHD de 6 mm dediamètre en Tefon connecté via tubulure flexible en viton à une pompe péristaltique Cole-Parmer MasterFlex. L’eau contaminée a aussi été filtrée durant le transfert au moyen d’un filtre 0.45 m (Waterra FHT-45 avec filtre en polyethersulphone). Tous les rapports d’analyses originaux de cette étude sont disponibles en version électronique.

Tableau 3 : Sels ajoutés pour doper l’eau souterraine en métaux.

Métaux Sels ajoutés

Cd Cd(NO3)2 . 4H2O

Cu CuCl2Mn MnCl2 . 4H2O

Pb PbCl2Sb K2H2Sb2O7 . 4H2O

Zn ZnCl2

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Trois échantillons de l’eau contaminée du baril ont été pris aux cours des essais pour être analysés: le premier en début d’essai (BI-1), le suivant à la fin de l’essai 1 (BI-2), puis un dernier à la fin de la poursuite de l’essai 1 et de l’essai 2 (BI-3). Le tableau 4 présente ces résultats d’analyse pour les métaux et les matériaux énergétiques d’intérêt ainsi que pour le perchlorate. Les résultats pour les autres métaux analysés sont disponibles en annexe (Tableau A6). Étant donné le court délai alloué pour effectuer les essais, le temps de brassage n’a pas été assez long pour d’obtenir une meilleure dissolution et des concentrations élevées en HMX qui est peu soluble dans l’eau, ainsi qu’en Pb et Sb dont les sels utilisés sont aussi faiblement soluble dans l’eau.

Quant à la stabilité de la solution d’eau contaminée durant les essais, les résultats montrent que les teneurs en métaux qui ont été ajoutés à l’eau souterraine, soit Cd, Cu, Mn, Pb, Sb et Zn,semblent avoir légèrement augmenté de +7% à +12% selon les métaux entre le début et la fin des essais (Tableau 4), alors que les autres métaux originellement présents dans l’eau souterraine n’ont pas varié de façon significative (Tableau A6). Par contre, les résultats des contrôles2 ont montré que les teneurs en métaux n’ont pas varié de façon significative durant la première partie de l’essai 1 ainsi que durant l’essai 2.

Les teneurs RDX, HMX et TNT ont légèrement varié dans l’eau du baril entre le début et la fin des essais. Cependant ces variations sont faibles (<5%) de sorte qu’il soit hasardeux d’y définir une tendance. Par contre, les teneurs en NG dans l’eau du baril ont significativement baissées (-17%) entre le début et la fin des essais. Le fait de ne pas avoir détecté lors de l’analyse les métabolites 1,2-DNG et 1,3-DNG suggèrerait que la perte en NG ne serait pas causée par sa dégradation. Il pourrait y avoir eu perte par volatilisation de la NG. Une autre hypothèse plausible pour cette perte en NG pourrait être son adsorption par le plastique composant le barilet les tubulures baignant dans l’eau du baril. Cette dernière hypothèse est renforcée par le fait que les teneurs du contrôle en NG, mais aussi en TNT, étaient significativement plus faibles (-21% et -28% respectivement) que celles de l’eau du baril lors de l’essai 1 durant lequel un système de pompage avec tubulures en plastique avait été installé, alors qu’on n’observe pas de différence significative lors de l’essai 2 qui ne comportait aucun système de pompage.

Les teneurs en perchlorate ont peu varié entre les échantillons d’eau du baril BI-1 et BI-2 mais la teneur du BI-3 est significativement plus basse. Par contre dans le contrôle de l’essai 1, les teneurs en perchlorate ont variées d’un minimum de 4.49 à un maximum de 5.58 mg/L au cours de l’essai mais de façon non systématique en relation avec le temps écoulé entre le début et la fin. De plus, les derniers échantillons du contrôle de l’essai 2 ont aussi variées d’un minimum de 4.50 à un maximum de 5.58 mg/L.

À partir de ces observations, une composition moyenne de l’eau souterraine contaminée a ainsi été déterminée comme solution initiale pour chacun des essais. Pour l’essai 1, la moyenne comprend tous les échantillons des contrôles (essais 1 et 2) et du baril (BI-1, BI-2 et BI-3), sauf pour la NG et le TNT pour lesquels la moyenne comprend seulement les échantillons du contrôle de l’essai 1. Pour l’essai 2, la moyenne comprend les échantillons du contrôle3 avec BI-

2 Le contrôle de l’essai 1 consistait en une colonne monté à vide et celui de l’essai 2 consistait en trois colonnes montées à vide. Ces colonnes ont fonctionné comme les autres colonnes au cours de l’essai (voir les sections 6.1.6 et 7.1.6 décrivant le protocole suivi pour les essais 1 et 2 respectivement).3 N.B. Pour le perchlorate et les matériaux énergétiques seuls trois échantillons du contrôle de l’essai 2ont été analysés; il s’agit du dernier échantillon de chacune des trois colonnes du contrôle.

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2 et BI-3. Le pH de l’eau du baril et des contrôles était de l’ordre de 7.0 et n’a pas varié au cours des essais.

Tableau 4 : Résultats d’analyse pour les métaux, les matériaux énergétiques et le perchloratedans l’eau souterraine contaminée du baril durant les essais, et compositions moyennes des contrôles et des solutions initiales pour les essais 1 et 2 avec écart-type.

6.1.6 Méthodologie des essais en colonnes en condition saturés (Essai 1)

L’essai 1 s’est déroulé en deux parties. La première partie de l’essai 1 s’est déroulée aux laboratoires lourds de l’INRS-ETE du 8 février au 13 février. Les pompes ont été arrêtées puis remises en marche pour la poursuite de l’essai 1 pour huit des seize colonnes contenant les meilleures amendements, en même temps que se déroulait l’essai 3 du 12 mars. Pour les deux parties de l’essai 1, l’eau contaminée a circulé dans les colonnes de façon continue sur chaque période, 24 heures sur 24. Ces essais ont été effectués pour tester différents amendements servant à traiter de l’eau contaminée par des métaux, des matériaux énergétiques et du perchlorate issue d’activités d’entraînements militaires. La première partie de l’essai 1 a servi àsélectionner les amendements qui ont été utilisés en combinaison dans les essais en colonnenon-saturée en eau (essai 2) alors l’essai 1 s’est poursuivi durant que se déroulait l’essai 2 afin de vérifier la performance et longévité des meilleurs amendements.

Les 16 colonnes utilisées pour ces essais sont constituées de deux bouchons en Téflon, d’un cylindre en polypropylène de 5 cm de hauteur et de 3.67 cm de diamètre intérieur et recouvert à l’intérieur d’une membrane en Téflon de 0.8 mm d’épaisseur et de 4.2 cm de hauteur (Groupe Polyalto, Québec) diminuant ainsi le diamètre intérieur à 3.51 cm. Les deux bouchons sont constitués d’une partie perforée et d’une partie avec une sortie en son centre pour former un réservoir servant à distribuer les liquides à l’entrée et à la sortie de la colonne. Une rainure

Échantillon BI-1 BI-2 BI-3 Contrôle Contrôle Solution SolutionDate 2013-02-09 2013-02-12 2013-03-12 essai 1 essai 2 essai 1 essai 2

HMX (mg/L) 0.394 0.386 0.382 0.386 ± 0.003 0.397 ± 0.008 0.388 ± 0.005 0.392 ± 0.009RDX 2.882 2.852 2.758 2.827 ± 0.044 2.843 ± 0.034 2.831 ± 0.041 2.828 ± 0.046TNT 2.320 2.276 2.210 1.664 ± 0.111 2.250 ± 0.023 1.664 ± 0.111 2.247 ± 0.029NG 0.990 0.892 0.818 0.783 ± 0.040 0.814 ± 0.059 0.783 ± 0.040 0.830 ± 0.0541,2-DNG ND ND ND ND ND ND ND1,3-DNG ND ND ND ND ND ND ND

Cd (mg/L) 5.21 5.40 5.82 5.37 + 0.03 5.52 + 0.32 5.44 ± 0.23 5.53 ± 0.31Cu 4.34 4.51 4.66 4.46 + 0.04 4.65 + 0.17 4.54 ± 0.15 4.64 ± 0.16Mn 5.17 5.29 5.74 5.33 + 0.07 5.66 + 0.23 5.47 ± 0.24 5.64 ± 0.23Pb 2.70 2.66 2.94 2.70 + 0.03 2.88 + 0.15 2.78 ± 0.13 2.87 ± 0.15Sb 0.09 0.10 0.10 0.09 + 0.01 0.10 + 0.00 0.10 ± 0.01 0.10 ± 0.00Zn 5.84 5.84 6.25 5.97 + 0.13 6.28 + 0.27 6.10 ± 0.25 6.25 ± 0.27

4.99 ± 0.42 5.00 ± 0.51ClO4 (mg/L) 5.09 ± 0.524.93 ± 0.414.405.335.34

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entourant la zone perforée permet l’insertion d’un joint torique en Viton pour étancher la jonction entre le bouchon et le cylindre de la colonne. Une tubulure en Viton de 6 mm de diamètre et d’environ 10 cm de longueur a été installée à l’entrée et à la sortie des colonnes. Le tout est maintenu par des tiges filetées et des écrous. Tout le matériel des colonnes a été préalablement nettoyé en 4 étapes : 1) lavage à l’acétone; 2) rinçage à l’eau distillée; 3) lavage à l’acide HCL 10%; 4) rinçage à l’eau distillée. Par la suite, les pièces de chaque colonne ont été pesées à l’aide d’une balance (Sartorius LP 62005 ± 0.01g) pour obtenir la masse totale de chacune des colonnes vides. L’assemblage des colonnes s’est effectué de la base vers le sommet. Avant de déposer les amendements dans les colonnes, un grillage en nylon de 35 μm de maille a été placé sur la base perforée en Téflon. Les amendements ont été déposés par couche successives de 0.5 cm compactées en le laissant tomber d’une hauteur de chute de 5 cm et à 12 reprises un cylindre en acier inoxydable de 556 g ayant une hauteur de 10 cm et un diamètre de 3 cm. La surface de l’amendement a été scarifiée sur une profondeur de 2 mm entre chaque couche à l’aide d’une tige en acier inoxydable. Ces étapes ont été répétées jusqu’à ce que la colonne soit remplie. Une fois le bouchon du sommet de la colonne installé, la colonne contenant l’amendement a été pesée. La masse d’amendement dans chaque colonne a été obtenue en soustrayant la masse de la colonne vide à la masse de la colonne avec l’amendement. Le volume des amendements est le volume de l’espace entre les deux bouchons de Téflon et a été calculé par la formule suivante (volume du cylindre) :

volume = h r2 où h = hauteur et r le rayon internes de la colonne

La hauteur moyenne interne des colonnes, en tenant compte de l’espace occupé par les bouchons à l’intérieur des colonnes, était de 42.05 mm et le rayon moyen, en soustrayant l’épaisseur de la feuille de Téflon insérée dans la colonne, était de 17.53 mm. Le calcul a donnéun volume d’amendement moyen dans la colonne de 40.6 mL.

Les colonnes ont préalablement été conditionnées avant de débuter l’essai en injectant du CO2pendant 10 minutes à faible pression (5 psi) pour évacuer l’air puis en les saturant avec de l’eau désaérée. Les colonnes saturées en eau désaérée ont ensuite été pesées. Le volume des pores de l’amendement dans chaque colonne a été obtenu en soustrayant la masse de la colonne avec l’amendement sec à la masse de la colonne avec l’amendement saturé en eau en tenant compte de l’eau dans les bouchons. La porosité des amendements a ensuite été calculée en divisant le volume des pores obtenu par le volume de l’amendement pour chaque colonne. Le tableau 5 présente les résultats pour la masse, le volume des pores et la porosité de l’amendement dans chaque colonne. Les données complètes sont disponibles en annexe (Tableau A7).

Tableau 5 : Masse, volume, volume des pores et porosité de l’amendement dans chaque colonne pour l’essai 1

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Pour les essais, l’eau contaminée a été injectée dans les colonnes en utilisant deux pompespéristaltiques Gilson à huit canaux à un débit de 15 mL/h avec une tubulure de PVC de 3 mm.La tubulure de la pompe était reliée à la tubulure en Viton installée à l’entrée de la colonne par un connecteur en PP, et au baril d’eau contaminée avec une tubulure en Téflon de 6 mm de diamètre. Les 16 colonnes ont été identifiées de A, B, C, D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q et R(Tableau 5). La colonne Q a été montée à vide et a fonctionnée comme les autres colonnes à des fins de contrôle. Les autres colonnes contenaient chacune un amendement différent à l’exception de la colonne G qui est un duplicata de la colonne F (tourbe brune). Les colonnesont été installées à la verticale sur un support métallique conçu à cet effet (Figure 1). L’eau contaminée a circulé dans les colonnes du bas vers le haut. L’eau a été échantillonnéedirectement à la tubulure en Viton installée à la sortie des colonnes.

masse (g) volume (mL) volume des pores (mL)**

porosité

A - Pyrovac 19.8 40.6 18.0 0.44

B - BlueLeaf 10.0 40.6 24.7 0.61

C- Dynamotive 15.5 40.6 22.2 0.55

D - Basques 26.6 40.6 18.1 0.45

Bone char L - BCHR-830 40.4 40.6 27.7 0.68

J - BC-AG 22.6 40.6 23.2 0.57

K - BC-AW 29.3 40.6 23.2 0.57

E -Détail 17.6 40.6 11.5 0.28

F - Brune 30.6 40.6 19.6 0.48

G* - Brune 30.7 40.6 13.4 0.33

Bran de scie

R 17.3 40.6 25.8 0.64

FeO(OH) H 56.9 40.6 22.8 0.56

Zeolite M - ZeoSorb-820 45.5 40.6 21.7 0.53

Al2O3

enrichi FeN - AAFS-50 54.6 40.6 17.0 0.42

Scorie de Ti P - UGSTM 93.9 40.6 15.9 0.39

(-) sans objet; *duplicata de la colonne F; ** pour 1 g d'eau = 1mL

AmendementBi

ocha

rsCh

arbo

ns

activ

ésTo

urbe

s

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Pour la première partie de l’essai 1 qui s’est déroulée du 8 au 12 mars, l’eau échantillonnée aété récoltée à tous les 30 mL dans des contenants en PP. Les échantillons ont été pesés (balance Sartorius LP 62005 ± 0.01g) afin de pouvoir calculer les volumes d’eau utilisés au cours de l’essai. Entre 40 et 50 échantillons pour chaque colonne ont été prélevés au cours de l’essai. Dans chaque échantillon, 24 mL ont été prélevés à l’aide d’une seringue (Terumo, 20 mL, avec embout Luer Lock) puis filtrés à 0.45 μm (VWR filtre à seringue avec membrane ennylon) en deux sous échantillons de 12 mL chacun. Le premier 12 mL a été récolté dans une éprouvette en polypropylène de 15 mL préalablement conditionnée avec 24 μL de HNO3 pour l’analyse des métaux, alors que le deuxième sous échantillon a été récolté dans une éprouvette en polypropylène de 15 mL utilisée pour l’analyse des perchlorates et des matériaux énergétiques. Le 6 mL d’eau restant a été utilisé pour mesurer le pH à tous les dix (10) échantillons pour chaque colonne. Tous les échantillons ont été réfrigérés à 4°C avant d’être apportés au laboratoire pour analyse à la fin des essais.

Figure 1 : Photographie montrant l’installation des colonnes sur le support pour l’essai 1 en condition saturée

Pour la seconde partie de l’essai 1 qui s’est déroulée du 3 au 12 mars pour huit des seize colonnes contenant les meilleures amendements, l’échantillonnage a été fait à chaque 500 mL de la façon suivante : 1) un premier échantillon de 500 mL a été directement collecté à la sortie de la colonne dans une bouteille en verre ambrée de 500 ml pour l’analyse éventuelle des matériaux énergétiques en concentration trace par la méthode utilisant l’extraction sur phase solide; 2) un deuxième échantillon de 30 mL a ensuite été collecté, divisé et filtré pour l’analysedes matériaux énergétiques, du perchlorates et des métaux de la même manière que lors de la première partie de l’essai 1. Cinq nouveaux échantillons, à chaque 500 mL + 30 mL d’eau, ont ainsi été récoltés au cours de cette seconde partie de l’essai. Tous les échantillons ont été réfrigérés à 4°C avant d’être apportés au laboratoire pour analyse à la fin des essais.

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6.2 RÉSULTATS

Les résultats des deux parties de l’essai 1 en condition saturée sont résumés dans le tableau 6 pour les métaux et le tableau 7 pour les matériaux énergétiques et le perchlorate. Les tableaux présentent les volumes cumulatifs totaux d’eau contaminée qui ont circulé dans chaque colonne ainsi que les volumes cumulatifs jusqu’au moment où, pour les matériaux énergétiques et le perchlorate, le paramètre a commencé à être détecté ou bien, pour les métaux, jusqu’au moment où la concentration du paramètre, auparavant non détecté ou détecté en très faible teneur, commence à augmenter significativement et dépasse le critère du MDDEP pour l’eau potable4. Au total, entre 1.3 L et 1.8 L d’eau contaminée a circulé dans chacune des seize (16) colonnes de la première partie de l’essai 1, et entre 1.9 L et 2.1 L de plus pour les huit colonnes de la seconde partie de l’essai 1, pour un total variant entre 3.3 L et 3.8 L selon les colonnes. Les graphiques de la concentration (mg/L) des métaux, des matériaux énergétiques et du perchlorate en fonction des volumes cumulatifs pour chaque colonne sont présentés en annexe (Annexes 3, 4 et 5). Les pH des effluents pour les premiers échantillons ont varié de 2.0 pour la tourbe Détail, à 5.5-6.0 pour la tourbe Brune et le bran de scie, à 7.0-8.0 pour les charbons activés, les biochars et les autres amendements de type minéral, à 8.5 pour le bone char. Par contre, dès la mesure suivante vers un volume de 400 mL à 500 mL d’eau contaminée passée dans les colonnes et jusqu’à la fin des essais, le pH des effluents est demeuré stable autour de7.0-7.5 pour tous les amendements à l’exception du bone char qui montrait un pH de 7.5-8.0. Le pH de l’eau contaminée du baril était stable à 7.0.

En ce qui concerne l’adsorption des métaux (Tableau 6), les résultats ont montré que le bone char BCHR-830 a été l’amendement le plus performant pour adsorber le Cd, Cu, Mn, Pb, Sb et Zn, les teneurs en ces métaux n’étant toujours pas détectables ou en très faibles concentrations sous les critères du MDDEP dans les derniers échantillons des essais après la circulation de 3.6 L d’eau contaminée. Parmi les autres amendements de type organique, les quatre biocharstestés se sont montrés très performants à adsorber le Cu. À l’inverse, aucun des biochars n’a pu adsorber le Sb. Les biochars Pyrovac et Basques ont aussi performé à adsorber le Cd, Pb et Zn. Seul le biochar Pyrovac a adsorbé le Mn. Cependant, les résultats de l’essai 1 qui s’est poursuivi pour le biochar Pyrovac ont montré que ces métaux (Cd, Mn, Pb et Zn)commenceraient à être détectés à partir d’un volume de 2.8 L d’eau contaminée pour le Pb et de 3.8 L d’eau contaminée pour le Cd, Mn et Zn. Les deux charbons activés testés, BC-AG et BC-AW, ont aussi performé à adsorber le Cu. Le charbon BC-AG s’est montré plus performant que le charbon BC-AW à adsorber le Pb ainsi que le Sb mais dans une moindre mesure car commençant à être détecté à un volume de 2.9 L d’eau contaminée. Cependant, les deux charbons n’ont pas adsorbé le Cd, Mn et Zn. La tourbe Détail ne s’est pas montré performante à adsorber les métaux. À l’inverse, la tourbe Brune a montré une bonne performante à adsorber le Cd, Cu, Pb, Sb et Zn, en particulier le Cu, ainsi que le Mn mais dans une moindre ayantcommencé à être détecté à partir d’un volume de 1.7 L d’eau contaminée. Aussi, le Cd, Pb, Sbet Zn commenceraient à être détectés à partir d’un volume de 3.1 à 3.2 L pour la tourbe Brune.Enfin, le bran de scie s’est avéré peu performant à adsorber les métaux pour obtenir des concentrations dans les effluents sous les critères du MDDEP. Cependant, le bran de scie s’est avéré capable d’adsorber le Pb et le Sb. Parmi les amendements de type minéral, la zéolite a montré la meilleure performance à adsorber les métaux à l’exception du Sb et dans une 4 C’est-à-dire que les concentrations en métaux sont considérées « non détectées » si elles restent largement sous les critères pour l’eau potable du MDDEP qui sont pour le Cd, Cu, Mn, Pb, Sb et Zn respectivement de 5 L, 1000 L, 50 L, 10 L, 6 L et 5000 L (Tableau A5 en annexe)

25

moindre mesure pour le Mn qui a commencé à être détecté à un volume de 1.25 L d’eau contaminée. L’alumine enrichi en fer s’est avéré moyennement performant à adsorber seulement le Pb et Sb, ces métaux commençant probablement à être détectés à un volume de 1.4 L d’eau contaminée. La scorie de titane s’est montrée très performante à adsorber le Sbmais peu performante à adsorber les autres métaux. Enfin, l’oxyhydroxyde de fer n’a pas performé à adsorber les métaux pour obtenir des concentrations dans les effluents sous les critères du MDDEP mais comme le bran de scie, il s’est avéré capable d’adsorber le Sb.

Tableau 6 : Volume cumulatif total et volumes cumulatifs lors de la détection des métaux pour chacune des colonnes de l’essai 1

26

En ce qui concerne l’adsorption des matériaux énergétiques et du perchlorate (Tableau 7), les résultats ont montré que les deux charbons activés BC-AG et BC-AW ont été les amendements les plus performants pour adsorber le RDX, HMX, NG, TNT et le perchlorate, une analyse des matériaux énergétiques par extraction ayant confirmé que les teneurs en ces paramètres n’étant toujours pas détectables dans les derniers échantillons des essais après la circulation de 3.3 L d’eau contaminée. En fait, seuls ces deux charbons activés testés se sont avérés capable d’adsorber efficacement le perchlorate. Parmi les amendements de type organique, le bone char BCHR-830 s’est aussi avéré très performant pour adsorber ces matériaux

Volume cumulatif lors de la détection (mL)

Essai 1Essai 1 suite

Cd Cu Mn Pb Sb Zn

A - Pyrovac 1797 3808 3808? ND 3808 2823? X 3808

B - BlueLeaf 1789 3819 580 ND X 1622 X 653

C- Dynamotive 1309 - 592 ND X 745? X 351

D - Basques 1499 - 1079 ND X ND X ND

Bone char L - BCHR-830 1527 3586 ND ND ND ND ND ND

J - BC-AG 1401 3292 X ND X ND 2924 X

K - BC-AW 1363 3265 X ND X X 885 X

E -Détail 1679 - X X X 1108 X X

F - Brune 1683 3819 3172 ND 1713 3201? 3172 3201?

G* - Brune 1649 3721 3187? ND 2205 3224? 3187 ND

Bran de scie

R 1755 3834 X X X X X X

FeO(OH) H 1729 - X X X X X X

Zeolite M - ZeoSorb-820 1589 - ND ND 1250 ND X ND

Al2O3

enrichi FeN - AAFS-50 1593 - X 773 X 1400 1400? X

Scorie de Ti P - UGSTM 1640 - X 506 X X ND X

Contrôle Q 1759 - CT CT CT CT CT CT

(-) sans objet; (ND) non détecté ou détecté en très faible teneur jusqu'à la fin de l'essai; (X) détecté depuis le début de l'essai; (CT) contrôle; (NA) non déterminé (interférences); (?) incertitude sur le début de la détection; *duplicata de la colonne F

Volume total (mL)

AmendementBi

ocha

rsCh

arbo

ns

activ

ésTo

urbe

s

27

énergétiques, une analyse des matériaux énergétiques par extraction ayant aussi confirmé que les teneurs en ces paramètres n’étant toujours pas détectables dans le dernier échantillon de cette colonne après la circulation de 3.6 L d’eau contaminée mais le perchlorate a commencé à être détecté à partir d’un volume de seulement 0.36 L d’eau contaminée. Le biochar BlueLeaf a aussi performé à adsorber les matériaux énergétiques mais le RDX a commencé à être détectédès un volume de 1.3 L d’eau contaminée. De plus, une analyse par extraction des matériaux énergétiques a montré que le HMX, NG et TNT étaient aussi détectés dans le dernier échantillon de cette colonne après un volume de 3.8 L d’eau contaminée. La 1,2-DNG a aussi été détectée en concentration non quantifiable lors de l’analyse par extraction pour cet échantillon suggérant une certaine dégradation de la NG. Le biochar Basques a aussi performé à adsorber le HMX, NG et TNT alors que le biochar Pyrovac a performé à adsorber seulement la NG et le TNT. Le biochar Dynamotive s’est révélé peu performant à adsorber les matériaux énergétiques. La tourbe Détail n’a pas adsorbé aucun matériel énergétique alors que la tourbe Brune a adsorbé partiellement le HMX, NG et TNT qui ont commencé à être détecté à partir d’un volume de 0.65 L, 0.37 L et 1.1 L respectivement. Le bran de scie n’a pas adsorbé le RDX et l’analyse des autres matériaux énergétiques n’a pu être faite à cause d’interférences causéespar la présence de composés organiques non déterminés dans les effluents de cette colonne.Parmi les amendements de type minéral, seul l’oxyhydroxyde de fer a adsorbé partiellement un des matériaux énergétiques, soit le HMX, mais a commencé à être détecté à partir d’un volume de seulement 0.45 L d’eau contaminée. Il faut noter que des analyses de matériaux énergétiques ont été faites pour les derniers échantillons de seulement quatre amendements :les charbons activés BC-AG, BC-AW, le bone char BCHR-830 et le biochar BlueLeaf. Il faut retenir de ceci que les limites de détection sont significativement plus élevées pour les matériaux énergétiques analysés sans extraction dans les autres amendements (voir section 6.1.3).

Tableau 7 : Volume cumulatif total et volumes cumulatifs lors de la détection des matériaux énergétiques et du perchlorate pour chacune des colonnes de l’essai 1

28

Enfin, pour les meilleurs amendements sélectionnés pour la poursuite de l’essai 1, nous avons fait aussi l’exercice de calculer la capacité de stockage des amendements pour chaque paramètre analysé. La capacité de stockage est déterminée au moment où le contaminant filtré par l’amendement commence à être détecté dans l’effluent (ou si la concentration commence à augmenter significativement dans le cas d’un métal), autrement dit au point de saturation de l’amendement pour ce contaminant. Lorsqu’aucune détection n’a été observée pour un contaminant donné, la capacité de stockage a été calculée en utilisant le volume cumulatif total

Essai 1Essai 1 suite

RDX HMX NG TNT ClO4

A - Pyrovac 1797 3808 801 1301 ND ND X

B - BlueLeaf 1789 3819 1304 3819 3819 3819 X

C- Dynamotive 1309 - X X 592 1068 X

D - Basques 1499 - 621 ND ND ND X

Bone char L - BCHR-830 1527 3586 ND ND ND ND 357

J - BC-AG 1401 3292 ND ND ND ND ND

K - BC-AW 1363 3265 ND ND ND ND ND

E -Détail 1679 - X X X X X

F - Brune 1683 3819 X 705 438 1092 X

G* - Brune 1649 3721 X 648 366 1095 X

Bran de scie

R 1755 3834 X NA NA NA X

FeO(OH) H 1729 - X 453 X X X

Zeolite M - ZeoSorb-820 1589 - X X X X X

Al2O3

enrichi FeN - AAFS-50 1593 - X X X X X

Scorie de Ti P - UGSTM 1640 - X X X X X

Contrôle Q 1759 - CT CT CT CT CT

(-) sans objet; (ND) non détecté jusqu'à la fin de l'essai; (X) détecté depuis le début de l'essai; (CT) contrôle;(NA) non déterminé (interférences); (?) incertitude sur le début de la détection; *duplicata de la colonne F;N.B. Seuls les derniers échantillons des colonnes B, J, K et L ont étéanalysés pour les matériaux énergétiques en utilisant la méthode par extraction

Volume total (mL)

AmendementBi

ocha

rsCh

arbo

ns

activ

ésTo

urbe

s

29

d’eau contaminée passée dans la colonne à la fin des essais et a été exprimée comme étantsupérieure à cette valeur de capacité. La capacité de stockage s’exprime en masse de contaminant sur la masse d’amendement (mg/g ou kg/tonne; N.B. 1 mg/g = 1 kg/tonne) et a été calculée de la manière suivante :

Cstockage = ( C0*VD ) / MA

où Cstockage = capacité de stockage (mg/g)C0 = concentration du contaminant dans la solution contaminée (mg/L)VD = volume cumulatif de solution contaminée lors de la détection (L)MA = masse de l’amendement dans la colonne (g)

La concentration en contaminant dans la solution qui a été utilisée pour les calculs est celle déterminée pour l’essai 1 à la section 6.1.5 et présentée au tableau 4 (solution initiale essai 1). Les résultats sont présentés au tableau 8 pour les métaux et au tableau 9 pour les matériaux énergétiques et le perchlorate. Peu de capacités de stockage réelles ont pu être déterminées car la plupart des paramètres n’étaient pas encore détectés à la fin de l’essai 1. Ces données ont été utilisées pour évaluer la durée de vie des membranes réactives qui a été traitée au chapitre 8.

Tableau 8 : Capacité de stockage des amendements pour les métaux (amendements sélectionnés pour la poursuite de l’essai 1)

Tableau 9 : Capacité de stockage des amendements pour les matériaux énergétiques et le perchlorate (amendements sélectionnés pour la poursuite de l’essai 1)

MA (g) VT (mL) Cd Cu Mn Pb Sb Zn

A - Pyrovac 19.8 3808 1.05? > 0.87 1.05 0.40? - 1.17

B - BlueLeaf 10.0 3819 0.32 > 1.73 - 0.45 - 0.40

Bone char L - BCHR-830 40.4 3586 > 0.48 > 0.40 > 0.49 > 0.25 > 0.009 > 0.54

J - BC-AG 22.6 3292 - > 0.66 - > 0.40 0.013 -

K - BC-AW 29.3 3265 - > 0.51 - - 0.003 -

F - Brune 30.6 3819 0.56 > 0.57 1.05 0.29 0.010 0.64?

G* - Brune 30.7 3721 0.56? > 0.55 1.05 0.29 0.010 > 0.74

Bran de scie

R 17.3 3834 - - - - - -

(MA) masse de l'amendement dans la colone; (VT) volume total d'eau contaminée passée dans la colonne;(-) pas d'adsorption; (?) incertitude sur le début de la détection; *duplicata de la colonne F

Char

bons

ac

tivés

Tour

bes

Capacité de stockage (kg/tonne)Amendement

Bioc

hars

30

6.3 CONCLUSION

En conclusion, l’essai 1 nous a permis de déterminer plusieurs amendements qui ont performé à adsorber les métaux, les matériaux énergétiques et/ou le perchlorate et qui pourraient éventuellement être utilisés dans la construction de membranes réactives.

Les meilleurs amendements pour adsorber les matériaux énergétiques (RDX, HMX, NG, TNT)incluant le perchlorate ont été les deux charbons activés BC-AG et BC-AW. En fait, seuls ces deux amendements parmi ceux testés ont été capables d’adsorber efficacement le perchlorate.Les autres amendements performants pour adsorber les matériaux énergétiques excluant le perchlorate ont été le bone char BCHR-830 et dans une moindre mesure le biochar BLueLeaf puisque ce dernier a montré une capacité d’adsorption moindre pour le RDX et les autres matériaux énergétiques sont détectés dans le dernier échantillon après 3.8 L d’eau contaminée.Ces quatre amendements, soient les charbons activés BC-AG et BC-AW, le bone char BCHR-830 et le biochar BLueLeaf, ont donc été retenus pour l’essai 2 en condition non-saturée et la poursuite de l’essai 1 en raison de leur bonne performance à adsorber les matériaux énergétiques. Étant les seuls capables d’adsorber le perchlorate, toutes les combinaisons d’amendement testées dans l’essai 2 devront comprendre une couche d’un des deux charbons activés.

Le meilleur amendement pour adsorber tous les métaux (Cd, Cu, Mn, Pb, Sb, Zn) a été le bone char BCHR-830. Les biochars Pyrovac et Basques ont aussi performé à adsorber ces métaux à l’exception du Sb alors que la tourbe Brune a performé à adsorber ces métaux à l’exception du Mn. Le bone char, la tourbe Brune et un des deux biochars performants, le biochar Pyrovac, ont

MA (g) VT (mL) RDX HMX NG TNT ClO4

A - Pyrovac 19.8 3808 0.11 0.026 > 0.15 > 0.32 -

B - BlueLeaf 10.0 3819 0.37 0.148 0.30 0.64 -

Bone char L - BCHR-830 40.4 3586 > 0.25 > 0.034 > 0.07 > 0.15 0.04

J - BC-AG 22.6 3292 > 0.41 > 0.057 > 0.11 > 0.24 > 0.73

K - BC-AW 29.3 3265 > 0.32 > 0.043 > 0.09 > 0.19 > 0.56

F - Brune 30.6 3819 - 0.009 0.011 0.06 -

G* - Brune 30.7 3721 - 0.008 0.009 0.06 -

Bran de scie

R 17.3 3834 - NA NA NA -

(MA) masse de l'amendement dans la colone; (VT) volume total d'eau contaminée passée dans la colonne;(-) pas d'adsorption; (?) incertitude sur le début de la détection; *duplicata de la colonne F(NA) non déterminé (interférences); N.B. Seuls les derniers échantillons des colonnes B, J, K et L ont étéanalysés pour les matériaux énergétiques en utilisant la méthode par extraction

Char

bons

ac

tivés

Capacité de stockage (kg/tonne)Amendement

Bioc

hars

31

donc été retenus pour l’essai 2 en condition non-saturée et pour la poursuite de l’essai 1 en raison de leur bonne performance à adsorber les métaux. Le bran de scie, performant pour adsorber seulement le Pb et le Sb a aussi été choisi pour la suite des essais afin de tester s’il pourrait remplacer la tourbe Brune, le biochar ou le bone char dans une des combinaisons, car il est de loin le matériel testé le moins coûteux.

32

7. ESSAIS EN LABORATOIRE – PARTIE 2: PERFORMANCE DE COMBINAISONS D’AMENDEMENTS EN CONDITION

NON-SATURÉE (ESSAI 2)

7.1 MÉTHODOLOGIE

7.1.1 Choix des paramètres

Les paramètres analysés dans l’eau pour les essais en condition non-saturée (essai 2) ont été les mêmes que ceux analysés dans la première série d’essais en colonne en condition saturée (essai 1).

7.1.2 Choix des amendements et leurs combinaisons

Parmi les amendements testés pour leur performance lors de l’essai 1 en condition saturée, huit (8) d’entre eux ont été retenus pour être testés en combinaison dans des colonnes en condition non-saturée (essai 2). Les huit amendements sélectionnés sont: le biochar Pyrovac, le biochar BlueLeaf, les charbons activés BC-AG et BC-AW, le bone char BCHR-830, la tourbe brune et finalement le bran de scie.

En relation avec l’adsorption des métaux, les résultats de l’essai 1 ont démontré que le biochar Pyrovac, le bone char et la tourbe brune se sont révélés particulièrement performants pour adsorber tous les métaux d’intérêt, soit Cd, Cu, Mn, Pb, Sb, et Zn, sauf le Sb dans le cas du biochar Pyrovac. Les deux charbons activés testés étaient moins performants pour adsorber le Cd, Mn et Zn mais se sont révélés très performants pour adsorber le Cu, Pb et Sb. Le biochar BlueLeaf s’est révélé performant pour adsorber le Cu et le Pb alors que le bran de scie a réussi à adsorber le Pb et le Sb. Pour les matériaux énergétiques, les deux charbons activés et le bone char se sont révélés particulièrement performants pour adsorber tous les matériaux énergétiques analysés; RDX, HMX, NG et TNT. Le biochar BlueLeaf a aussi réussi à adsorber le HMX, NG et TNT et le biochar Pyrovac, la NG et le TNT. Enfin, seuls les deux charbons activés BC-AG et BC-AW ont réussi à adsorber le perchlorate.

Basé sur les résultats de l’essai présentés au paragraphe précédent, six (6) combinaisons de 2 ou 3 couches superposées d’amendements ont été sélectionnées pour l’essai 2 (Figure 1). Chacune des combinaisons a été conçue de façon à pouvoir adsorber tous les paramètresfaisant parti du programme de suivi. Ainsi, chacune des combinaisons comprenait un des deux charbons activés, les seuls amendements pouvant adsorber le perchlorate. De plus, la disposition des couches a été faite en tenant compte du coût des amendements. Ainsi l’amendement le plus coûteux se retrouve en fin de séquence comme procédé d’affinage de façon à augmenter sa durée de vie et à réduire la quantité nécessaire. Une discussion plus détaillée sur la durée de vie des amendements et leurs coûts se trouve aux sections 8 et 9

33

respectivement. Ainsi, pour chacune des combinaisons le charbon activé, très dispendieux, est placé en fin de séquence au bas de la colonne, l’écoulement étant de haut en bas, sauf dans la combinaison charbon activé – bone char où le bone char, encore plus coûteux, a été mis en fin de séquence. Dans cette même optique de réduction des coûts le bran de scie, de loin le matériel testé le moins coûteux, a remplacé le biochar Pyrovac, le bone char ou la tourbe brune dans une des combinaisons pour adsorber les métaux.

Figure 2 : Schéma illustrant les six (6) combinaisons d’amendements testés au cours de l’essai 2 en condition non-saturé ainsi que leur épaisseur (A) biochar Pyrovac; (B) biochar BlueLeaf; (F) tourbe brune; (J) charbon activé BC-AG; (K) charbon activé BC-AW; (L) bone char BCHR-830; (R) bran de scie; les flèches indiquent le sens d’écoulement de l’eau.

7.1.3 Méthodes analytiques

Une description des méthodes analytiques utilisées est présentée plus haut à la section 6.1.3.

7.1.4 Contrôle de la qualité des données

Une description des mesures utilisées pour assurer le contrôle de la qualité des données est présentée plus haut à la section 6.1.4.

7.1.5 Préparation de l’eau souterraine contaminée

La même eau souterraine contaminée utilisée pour l’essai 1 a été prise pour l’essai 2. Une description de sa fabrication est présentée plus haut à la section 6.1.5.

7.1.6 Méthodologie des essais en colonnes en condition non-saturée (Essai 2)

Les essais en colonne non-saturée se sont déroulés aux Laboratoires Lourds de l’INRS-ETE,du 3 au 13 mars 2013. Seize (16) colonnes ont été montées avec une combinaison des meilleurs amendements disposés en deux ou trois couches successives (Figure 1). Ces essais ont été réalisés en triplicata ou duplicata. Trois colonnes supplémentaires ont été montées à vide et ont fonctionné comme les autres colonnes à des fins de contrôle. L’arrosage des colonnes s’effectuait à tous les 4 heures et ce 24 heures sur 24. Ces essais ont été effectués

1 2 3 4 5 6

1.5 cm

1 cm

B 1.5 cm

F

J

K

L

F

K

F

K

R

K

2 cm

2 cm

A

K

34

pour vérifier l’efficacité des combinaisons d’amendements sélectionnées suite aux essais en colonne saturée.

Les 19 colonnes utilisées pour l’essai 2 en condition non-saturée sont constituées d’un cylindre en PVC de 20 cm de haut et de 10 cm de diamètre intérieur (Réno Dépôt, Québec) recouvert d’une pellicule de Téflon (Groupe Polyalto, Québec) de 0.8 mm d’épaisseur réduisant ainsi le diamètre intérieur à 9,84 cm. Un bouchon en PVC de 10 cm de diamètre (type slip cap) recouvert dans sa partie intérieure plate de la même pellicule en Téflon de 0.8 mm d’épaisseur ferme la base du cylindre. Un trou de 2 mm de diamètre a été percé au centre du bouchon inférieur pour évacuer l’eau. Avant leur assemblage, chacune des pièces de la colonne a été préalablement nettoyée selon la procédure suivante : (1) lavage à l’acétone; (2) rinçage à l’eau déminéralisée; (3) lavage au HCl 10%; (4) rinçage à l’eau déminéralisée. Deux bandes faites de ruban de Téflon blanc de 5 cm de long de 1.27 cm de large et 0.075 mm d’épaisseur ont été passé par l’ouverture à la base de la colonne et s’étire à l’intérieur du bouchon selon deux directions opposées à 180° permettant ainsi de diriger l’eau à la sortie de la colonne vers lecontenant d’échantillonnage. Les colonnes ont été remplies avec les amendements sélectionnés en les déposant par couches successives de 0,5 cm puis compacté en laissant tomber d’une hauteur de chute de 5 cm un cylindre plein en acier inoxydable pesant 5,68 kg (usiné par Mécanique Boivin) ayant 10 cm de haut et 9,5 cm de diamètre. La hauteur totale d’amendement dans les colonnes était de 4 cm; soit 2 couches de 2 cm pour les combinaisons à 2 amendements ou soit deux couches de 1,5 cm et une de 1 cm pour les combinaisons de 3 amendements. Les colonnes ont été pesée (balance Sartorius 62005 ± 0,01g.) entre chaque couche pour déterminer la masse de chaque amendement déposé dans les colonnes et le volume de chaque couche a été calculée de la manière suivante (Tableau 10) :

volume = h r2 où h = hauteur de la couche et r le rayon interne de la colonne

La hauteur des couches d’amendement était de 1.0, 1.5 ou 2.0 cm selon la combinaison, et le rayon moyen des colonnes, en soustrayant l’épaisseur de la feuille de Téflon insérée dans la colonne, était de 4.92 cm. Le calcul a donné un volume d’amendement de 76 mL, 114 mL ou 152 mL selon l’épaisseur de la couche dans la combinaison.

Tableau 10 : Masse, épaisseur et volume des couches d’amendement dans chaque colonne de l’essai 2

35

Les colonnes ont été numérotées de 1 à 19 et placées à la verticale sur un support conçu à cet effet. Tout le montage comprenant le support, les colonnes et le baril d’eau contaminée de 200L en HDPE a été recouvert d’une bâche pour être à l’abri de la lumière. L’arrosage des colonnes s’est effectué à tous les 4 heures de façon manuelle avec la même eau contaminée utilisée pour l’essai 1. Pour chaque colonne, un volume de 100 mL d’eau contaminée était prélevé dans

Colonne Amendement Masse (g) Épaisseur (cm) Volume (mL)A - Biochar Pyrovac 30.86 2.0 152K - Charbon BC-AW 172.80 2.0 152A - Biochar Pyrovac 48.97 2.0 152K - Charbon BC-AW 129.05 2.0 152A - Biochar Pyrovac 48.34 2.0 152K - Charbon BC-AW 146.99 2.0 152F - Tourbe Brune 62.97 2.0 152K - Charbon BC-AW 139.97 2.0 152F - Tourbe Brune 58.95 2.0 152K - Charbon BC-AW 143.60 2.0 152F - Tourbe Brune 55.34 2.0 152K - Charbon BC-AW 142.20 2.0 152R - Bran de scie 22.29? 2.0 152K - Charbon BC-AW 132.86 2.0 152R - Bran de scie 18.68 2.0 152K - Charbon BC-AW 134.03 2.0 152R - Bran de scie 25.89 2.0 152K - Charbon BC-AW 170.76 2.0 152F - Tourbe Brune 56.69 2.0 152J - Activated carbon BC-AG 87.03 2.0 152F - Tourbe Brune 51.15 2.0 152J - Activated carbon BC-AG 84.66 2.0 152K - Charbon BC-AW 93.04 2.0 152L - Bone char BCHR-830 100.07 2.0 152K - Charbon BC-AW 89.38 2.0 152L - Bone char BCHR-830 113.14 2.0 152F - Tourbe Brune 64.06 1.5 114B - Biochar BlueLeaf 39.71 1.5 114K - Charbon BC-AW 69.36 1.0 76F - Tourbe Brune 84.63 1.5 114B - Biochar BlueLeaf 36.62 1.5 114K - Charbon BC-AW 62.72 1.0 76F - Tourbe Brune 86.65 1.5 114B - Biochar BlueLeaf 35.05 1.5 114K - Charbon BC-AW 71.46 1.0 76

(?) incertitude sur la donnée

6

1

2

3

4

5

13

14

15

16

7

8

9

10

11

12

36

le baril à l’aide d’un bécher en verre puis versé dans un contenant d’arrosage en PP muni d’un couvercle percé de 4 trous de 2 mm de diamètre. La colonne était arrosée par le haut en plusieurs fois pour éviter la formation d’une lame d’eau. L’opération entière pour l’arrosage des 19 colonnes durait environ 20 minutes. L’eau s’infiltrait ensuite dans les amendements et coulait assez rapidement, de quelques secondes à quelques minutes, dépendamment de la saturation et de la conductivité hydraulique des amendements. L’effluent des colonnes a été échantillonné à tous les 240 mL dans des contenants en PP. Les échantillons ont été pesés (balance Sartorius LP 62005 ± 0.01g) pour déterminer les volumes d’eau utilisés au cours de l’essai. Au total, 20 échantillons d’environ 240 ml ont été prélevés pour chaque colonne.

Figure 3 : Photographie montrant l’installation des colonnes sur le support lors de l’essai 2 en condition non saturée

Dans chaque échantillon, 120 mL d’eau ont d’abord été prélevés à l’aide d’un cylindre gradué en verre (lavé entre chaque utilisation) puis versés dans une bouteille en verre ambrée de 500 mL, de sorte que chaque bouteille de 500 mL contienne 480 mL d’un mélange à part égale de 4 échantillons consécutifs de la même colonne. Ces sous-échantillons ont été pris pour l’analyse éventuelle des matériaux énergétiques en concentration trace par la méthode utilisant l’extraction sur phase solide. Ensuite, de la même manière que pour l’essai 1, 24 mL ont été prélevés à l’aide d’une seringue (Terumo, 20 mL, avec embout Luer Lock) puis filtré à 0.45 μm (VWR filtre à seringue avec membrane en nylon) en deux sous échantillons de 12 mL chacun. Le premier 12 mL a été récolté dans une éprouvette en PP de 15 mL préalablement conditionnée avec 24 μL de HNO3 pour l’analyse des métaux, alors que le deuxième sous échantillon a été récolté dans une éprouvette en PP de 15 mL utilisée pour l’analyse des perchlorates et des matériaux énergétiques. L’eau restante a été utilisée pour mesurer le pH àtous les cinq échantillons. Tous les échantillons ont été réfrigérés à 4°C avant d’être apportés au laboratoire pour analyse à la fin des essais.

37

7.2 RÉSULTATS

Les résultats d’analyse de l’essai 2 en condition non-saturée sont présentés en annexe (Tableaux A8 à A11) et résumés dans le tableau 11 pour les métaux et le tableau 12 pour les matériaux énergétiques et le perchlorate. Comme pour l’essai 1, les tableaux présentent les volumes cumulatifs totaux d’eau contaminée qui ont circulé dans chaque colonne ainsi que les volumes cumulatifs jusqu’au moment où, pour les matériaux énergétiques et le perchlorate, le paramètre a commencé à être détecté ou bien, pour les métaux, jusqu’au moment où la concentration du paramètre, auparavant non détecté ou détecté en très faible teneur, commence à augmenter significativement et dépasse le critère du MDDEP pour l’eau potable5.Au total, entre 4.6 L et 4.7 L d’eau contaminée a circulé dans chacune des dix-neuf (19)colonnes de l’essai 2. Le pH des effluents est demeuré stable au cours des essais autour de 7.5-8.0 pour les combinaisons des colonnes 1 à 11, autour de 8.0-8.5 pour la combinaison charbon-bone char (colonnes 12 et 13) et autour de 7.5-8.5 pour la combinaison tourbe-biochar-charbon (colonnes 14 à 16). Le pH de l’eau contaminée du baril était stable à 7.0.

En ce qui concerne l’adsorption des métaux (Tableau 11), toutes les combinaisons testées ont performé à adsorber le Cu et le Pb quoiqu’un des triplicatas de la combinaison bran de scie-charbon ait moins performé. Cependant ces résultats montrent que le bran de scie, à l’instar de la tourbe brune, des biochars Pyrovac, BLueLeaf et du bone char, aurait significativementamélioré les performances du charbon activé BC-AW à réduire le Pb dans les effluents sous le critère du MDDEP de 10 g/L. Le Zn a aussi été bien adsorbé par les combinaisons testées à l’exception de celle bran de scie-charbon. À l’inverse, aucune des combinaisons testées n’a été capable d’adsorber efficacement le Sb. Seules les combinaisons tourbe-charbon BC-AW(colonnes 4 à 6) et bone char-charbon (colonnes 12 et 13) ont au début adsorbé le Sb jusqu’à un volume de 2.3-2.4 L d’eau contaminée. De même, à l’exception de la combinaison tourbe-biochar-charbon, aucune des autres combinaisons testées n’a performé à adsorber le Cd et le Mn. Les combinaisons tourbe-charbon BC-AW et tourbe-charbon BC-AG ont au début adsorbé le Cd jusqu’à un volume respectivement de 2.3 L et 3.5 L d’eau contaminée. La combinaison tourbe-charbon BC-AG a au début adsorbé le Mn jusqu’à un volume de 3.5 L d’eau contaminée.Ainsi, la combinaison tourbe Brune-biochar BlueLeaf-charbon BC-AW a montré la meilleure performance pour adsorber les métaux à l’exception du Sb.

Tableau 11 : Volume cumulatif total et volumes cumulatifs lors de la détection des métaux pour chacune des colonnes de l’essai 2

5 Comme pour les résultats de l’essai 1, les concentrations en métaux sont considérées « non détectées » si elles restent largement sous les critères pour l’eau potable du MDDEP qui sont pour le Cd, Cu, Mn, Pb, Sb et Zn respectivement de 5 L, 1000 L, 50 L, 10 L, 6 L et 5000 L (Tableau A5 en annexe)

38

Pour le RDX, HMX, NG et TNT, seuls les derniers échantillons des colonnes de l’essai 2 ont été analysés. Il en est de même pour le perchlorate pour les colonnes 4, 5, 6, 11 et 12. En ce qui concerne l’adsorption des matériaux énergétiques (Tableau 12), les résultats ont montré que toutes les combinaisons testées ont performé à adsorber le RDX, HMX, NG et TNT. Lacombinaison bran de scie-charbon (colonne 8) a montré un début de détection du RDX en fin d’essai à un volume de 4.67 L d’eau contaminée. Cette valeur correspond vraisemblablement à la capacité d’adsorption du charbon BC-AW, le bran de scie s’étant montré non performant à adsorber le RDX lors de l’essai 1. De façon surprenante, il y aurait peut-être aussi un début de détection de RDX en fin d’essai aussi pour la combinaison charbon-bone char (colonne 13) mais la concentration était sous la limite de détection et non quantifiable. À l’inverse, seule la combinaison tourbe Brune-charbon BC-AW a performé pour adsorber le perchlorate, les concentrations étant toujours non détectées à la fin des essais. Pour toutes les autres combinaisons testées, le perchlorate commence à être détecté à partir d’un volume de 2.3-2.4 L.

Tableau 12 : Volume cumulatif total et volumes cumulatifs lors de la détection des matériaux énergétiques et du perchlorate pour chacune des colonnes de l’essai 2

Cd Cu Mn Pb Sb Zn1 4655 X ND X ND X ND2 4633 X ND X ND X ND3 4636 X ND X ND X ND4 4718 4718 ND X ND 2328 ND5 4670 2361 ND X ND 2361 ND6 4693 3513 ND X ND X ND7 4670 X ND X ND X X8 4673 X ND X X X X9 4661 X ND X ND X X10 4641 3487 ND 3487 ND X ND11 4633 3505 ND 3505 ND X ND12 4689 X ND X ND 2367 ND13 4616 X ND X ND 2359 ND14 4702 ND ND ND ND X ND15 4708 ND ND ND ND X ND16 4697 ND ND ND ND X ND17 4678 CT CT CT CT CT CT18 4570 CT CT CT CT CT CT19 4711 CT CT CT CT CT CT

(ND) non détecté ou détecté en très faible teneur jusqu'à la fin de l'essai; (X) détecté depuis le début de l'essai;(CT) contrôle

A - Biochar Pyrovac K - Charbon BC-AW

F - Tourbe Brune K - Charbon BC-AW

Volume cumulatif lors de la détection (mL)Colonne

Combinaison d'amendements

Volume total (mL)

R - Bran de scie K - Charbon BC-AW

F - Tourbe Brune J - Charbon BC-AGK - Charbon BC-AG L - Bone char BCHR-830

Contrôle

F - Tourbe Brune B- Biochar BlueLeaf K - Charbon BC-AW

39

7.3 CONCLUSION

En conclusion, l’essai 2 nous a permis de déterminer plusieurs combinaisons d’amendements ayant montré les meilleures performances lors de l’essai 1 pour adsorber efficacement les métaux, les matériaux énergétiques et/ou le perchlorate de façon à maintenir les teneurs dans l’effluent sous les critères du MDDEP. Ces combinaisons pourraient éventuellement être utilisées dans la construction de membranes réactives.

Toutes les combinaisons testées ont performé pour adsorber les matériaux énergétiques (RDX, HMX, NG, TNT). À partir des résultats de la combinaison bran de scie-charbon BC-AW, nous avons pu déterminer que le point de saturation de la couche de charbon BC-AW pour le RDX serait vraisemblablement atteint à partir d’un volume de 4.67 L d’eau contaminée. Par contre, une seule des combinaisons testées, la combinaison tourbe Brune-charbon BC-AW a réussi à adsorbé efficacement le perchlorate. Pour toutes les autres combinaisons testées le perchlorate commence à être détecté à partir d’un volume de 2.3-2.4 L.

La meilleure combinaison pour adsorber tous les métaux à l’exception du Sb (Cd, Cu, Mn, Pb, Zn) a été la combinaison tourbe Brune-biochar BlueLeaf-charbon BC-AW. Toutes les autres

RDX HMX NG TNT ClO4

1 4655 ND ND ND ND 23292 4633 ND ND ND ND 23203 4636 ND ND ND ND 23404 4718 ND ND ND ND ND5 4670 ND ND ND ND ND6 4693 ND ND ND ND ND7 4670 4670? ND ND ND 23678 4673 4673 ND ND ND 23489 4661 4661? ND ND ND 234410 4641 ND ND ND ND 234111 4633 ND ND ND ND 463312 4689 ND ND ND ND 468913 4616 4616? ND ND ND 235914 4702 ND ND ND ND 234415 4708 ND ND ND ND 235316 4697 ND ND ND ND 236417 4678 CT CT CT CT CT18 4570 CT CT CT CT CT19 4711 CT CT CT CT CT

(ND) non détecté jusqu'à la fin de l'essai; (X) détecté depuis le début de l'essai; (CT) contrôle;(?) possible détection mais non quantifiable; N.B. Seuls les derniers échantillons de chaque colonne ont été analysés pour le RDX, HMX, NG et TNT et pour le perchlorate des colonnes 4 à 6, 11 e 12

ColonneCombinaison

d'amendementsVolume

total (mL)Volume cumulatif lors de la détection (mL)

A - Biochar Pyrovac K - Charbon BC-AW

F - Tourbe Brune K - Charbon BC-AW

R - Bran de scie K - Charbon BC-AW

F - Tourbe Brune J - Charbon BC-AGK - Charbon BC-AW L - Bone char BCHR-830F - Tourbe Brune B- Biochar BlueLeaf K - Charbon BC-AW

Contrôle

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combinaisons testées ont aussi performé pour adsorber le Cu et le Pb, incluant la combinaison bran de scie-charbon. Ceci a démontré que les autres amendements employés en combinaison avec le charbon activé BC-AW, soient la tourbe Brune, les biochars Pyrovac, BLueLeaf, le bone char BCHR-830 ainsi que le bran de scie, ont pu améliorer significativement sa performance à réduire les teneurs en Pb dans l’effluent sous le critère du MDDEP pour l’eau potable. Le Zn a aussi été adsorbé efficacement par la plupart des combinaisons à l’exception de celle avec le bran de scie. Par contre, seule la combinaison tourbe-biochar-charbon s’est avérée capable d’adsorber efficacement le Cd et Mn.

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8. ÉVALUATION DE LA DURÉE DE VIE DES MEMBRANES

RÉACTIVES

La durée de vie est un des critères importants dans le choix des matériaux composant une membrane réactive. En effet, les coûts de mise en place sont importants et la durée de vie doit entrer dans le calcul des coûts. La longévité d’une membrane est fonction de la capacité d’adsorption du matériel, mais également de son épaisseur. Ainsi, il peut s’avérer plus intéressant d’augmenter l’épaisseur d’une couche afin d’augmenter sa durée de vie. Pour ce faire, lorsque le choix des matériaux sera arrêté, un calcul d’optimisation devra être réalisé.

La durée de vie d’une membrane réactive est définie comme étant la période de temps entre la mise en place de la couche et le moment ou les concentrations en contaminants dans l’eau quittant la couche dépassent les critères de qualité.

Afin d’estimer la durée de vie des matériaux testés, nous avons basés nos calculs sur les résultats du premier essai où une seuls couche d’amendement était utilisée. Il est à noter qu’une synergie ou des effets antagonistes peuvent se produire dans le cas d’un système multicouches. Malheureusement, le temps accordé pour faire les essais ne nous a pas permis de faire circuler un volume d’eau contaminé suffisant pour atteindre les conditions permettant d’évaluer la durée de vie des systèmes multicouches.

Les volumes cumulatifs d’eau contaminée injectés dans les colonnes de l’essai 1 au moment où les concentrations à la sortie ont atteint les critères de potabilité du MDDEP sont donnés dans les tableaux 6 et 7 (section 6.2). À la fin des essais, les concentrations en contaminant à la sortie des colonnes étaient toujours sous le seuil maximal permis. Le volume injecté représenterait alors un volume minimum et un signe plus grand que « > » précède donc les valeurs.

La durée de vie des amendements a été calculée de la façon suivante: le volume d’eau contaminé (mL) ayant passé dans la colonne d’essai (surface 10.75 cm2) au moment du dépassement d’un critère est ramené à une surface unitaire (m2). Le volume exprimé en ml est alors converti en litre. Sachant que 1 L s’infiltrant sur 1 m2 correspond à 1 mm d’infiltration, la hauteur d’infiltration a été calculée. Les travaux de Martel et al. (2009) ont permis d’estimer une infiltration moyenne dans le champ de tir Arnhem de la base de Valcartier de 350 mm par année. La durée de vie des colonnes est obtenue en divisant donc la hauteur d’eau permise par l’infiltration annuelle de 350 mm/an. Finalement, pour faciliter et uniformiser la mise en place d’une couche réactive, il est posé que celle-ci devrait avoir 30 cm d’épaisseur. En faisant l’hypothèse qu’une variation d’épaisseur de couche a un effet linéaire sur l’adsorption, la vie utile d’une couche de 30 cm est obtenue en multipliant le résultat par 30 cm/4.2 cm, 4.2 cm étant la hauteur d’amendement dans la colonne. La figure 4 reprend les étapes du calcul de la durée de vie d’une couche réactive.

42

Figure 4 : Étapes du calcul de la durée de vie d’une couche réactive

Le tableau 13 présente le résultat des calculs de la durée de vie des différents matériaux dans les conditions de l’étude. Les résultats sont présentés pour chacun des contaminants suivis. Il est important de souligner que la solution d’eau contaminée utilisée dans le cadre de la présente étude avait une charge plus élevée en contaminant que sur un site réel afin d’accélérer les essais. Les calculs de la durée de vie sont néanmoins basés sur ces résultats car aucune donnée de terrain sur les concentrations en contaminant transitant dans la zone vadose des champs de démolition ou de tir de grenade n’est disponible. L’approche utilisée est donc très conservatrice.

Les résultats obtenus indiquent que la vie utile d’une couche de tourbe brune de 30 cm d’épaisseur serait d’environ 60 années pour le Cd, Pb, Sb et Zn. Elle serait de plus de 71 années pour le Cu et de 33 à 42 années pour le Mn. Une couche de 30 cm d’épaisseur de charbon activé aurait une vie utile de plus de 62 années pour les matériaux énergétiques et le perchlorate. A la fin des essais, les concentrations étaient toujours sous les critères. Il faudrait poursuivre les essais de laboratoire afin de déterminer le volume au moment de la saturation des amendements pour les contaminants suivis. Ceci permettrait d’avoir de meilleurs critères de conceptions et de minimiser les coûts comme par exemple si le charbon actif qui est très dispendieux était retenu comme amendement.

Tableau 13 : Résultat des calculs de la durée de vie des différents amendements dans les conditions de l’étude

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Cd Cu Mn Pb Sb Zn RDX HMX NG TNT ClO4

A - Pyrovac 72 > 72 72 54 - 72 15 25 >72 >72 -

B - BlueLeaf 11 > 73 - 31 - 12 25 73 73 73 -

C- Dynamotive 11 > 25 - 14 - 7 - - 11 20 -

D - Basques 20 > 28 - > 28 - > 28 12 > 28 > 28 > 28 -

Bone char

L - BCHR-830 > 68 > 68 > 68 > 68 > 68 > 68 > 68 > 68 > 68 > 68 7

J - BC-AG - > 62 - > 62 56 - > 62 > 62 > 62 > 62 > 62

K - BC-AW - > 62 - - 17 - > 62 > 62 > 62 > 62 > 62

E -Détail - - - 21 - - - - - - -

F - Brune 60 > 73 33 61 60 61 - 13 8 21 -

G* - Brune 61 > 71 42 61 60 > 71 - 12 7 21 -

Bran de scie

R - - - - - - - - - - -

FeO(OH) H - - - - - - - 9 - - -

Zeolite M - ZeoSorb-820 > 30 > 30 24 > 30 - > 30 - - - - -

Al2O3

enrichi FeN - AAFS-50 - 15 - 27 27 - - - - - -

Scorie de Ti

P - UGSTM - 10 - - > 31 - - - - - -

(-) pas d'adsorption; *duplicata de la colonne F; 1 une année d'infiltration correspond à 350 mm/an

Nombre d'années d'inflitration1 pour une couche d'amendement de 30 cm épaisseurAmendement

Bioc

hars

Char

bons

ac

tivés

Tour

bes

44

9. COMPARAISON DES COÛTS DES AMENDEMENTS

Les essais réalisés dans le cadre de cette étude ont permis d’établir la capacité d’adsorption en contaminant pour chacun des types d’amendements. Pour un contaminant donné, la capacité maximale d’adsorption a été considérée comme atteint lorsque les concentrations à l’effluent des colonnes d’essais atteignaient le critère de qualité pour l’eau potable du MDDEP. Les valeurs calculées de l’adsorption des amendements testés lors de l’essai 1 en condition saturée, et exprimées en kg de contaminant par tonne d’amendement, sont données dans lestableaux 8 et 9 (section 6.2). Le signe « > » placé devant les valeurs signifie que les concentrations à l’effluent étaient toujours inférieures au critère de potabilité du MMDEP lorsque l’essai a été arrêté.

Le tableau 14 présente la liste des prix budgétaires en dollars canadiens la tonne métrique et des fournisseurs pour les différents amendements testés. Dans le but d’établir une base de comparaison, le coût de chacun des amendements a été établi en dollars par kg de contaminant adsorbés. Les calculs sont basés sur le prix des amendements et sur la capacité totale d’adsorption des amendements obtenus avec les essais en colonnes saturées. Le tableau 15 présente les résultats où les coûts d’enlèvement ($/kg) ont été calculés en divisant le prix la tonne par le nombre de kg enlevé par tonne. Les valeurs en bleu correspondent à un prix maximum par tonne car la capacité maximale d’adsorption n’avait pas été atteinte.

L’examen du tableau 15 démontre que la tourbe brune semble la moins chère pour enlever les métaux. Les coûts sont en centaines de dollars pour le Cd, Cu, Mn, Pb, et Zn alors qu’il se chiffre en milliers de dollars pour les autres amendements. Dans le cas de l’antimoine, les coûts de traitement sont beaucoup plus élevés. Ils sont de l’ordre de 10 900$ avec la tourbe brune et dans les centaines de milliers de dollars le kg pour les autres amendements. Dans le cas des matériaux énergétiques, il est difficile d’identifier le meilleur choix économique car pour la plupart des amendements, la capacité maximale d’adsorption n’a pas été atteinte. La majorité des prix ($/kg) présentés au tableau 15 sont donc des coûts maximum mais il n’est pas possible de savoir jusqu’à quel point ces coûts peuvent baisser. Finalement, pour les perchlorates, les résultats indiquent que peux d’amendements fonctionnent. Le charbon activé BC-AG est le moins cher avec des prix inférieurs à 4219 $ le kg de perchlorate enlevé alors que les coûts sont à 178 750 $/kg pour le bone char.

Le calcul des coûts présentés au tableau 15 est basé sur les résultats des essais réalisés avec un seul amendement. Les coûts peuvent être différents dans le cas d’un système multicouche où il peut avoir y interaction entre les couches. Il est possible d’envisager un système multicouche dont le gros du travail serait réalisé à l’aide d’un matériau moins cher, suivi d’un second amendement servant à polir l’effluent. En effet, l’analyse des coûts est basée sur le volume d’eau passé dans l’amendement avant que la concentration à l’effluent ne dépasse le critère de qualité. Un matériel comme le bran de scie, bien que peu efficace pour diminuer les concentrations sous les critères de qualité, pourrais servir à enlever une partie importante descontaminants. Il devrait cependant être suivi d’une couche servant à abaisser davantage les concentrations, sous les critères de potabilité du MDDEP et Santé Canada.

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Tableau 14 : Fournisseurs et prix budgétaires de différents amendements testés dans la présente étude

Amendement Source Prix le mètre-cube Prix la tonne métrique (CA$/t)

Charbon activé BC-AG serie

AC Carbone Canada Inc. St-Jean-sur-Richelieu (Québec)

3 (densité = 500 kg/m3) 3080$/t + transport

Charbon activé BC-AW serie

AC Carbone Canada Inc. St-Jean-sur-Richelieu (Québec)

3 (densité = 600 kg/m3) 2530$/t + transport

Zeolite ZeoSorb-820AC Carbone Canada Inc.St-Jean-sur-Richelieu (Québec)

- 650$/t + transport

Iron enhanced activated Alumina AAFS-50

AC Carbone Canada Inc.St-Jean-sur-Richelieu (Québec)

- 2650$/t + transport

Bone char BCHR-830

AC Carbone Canada Inc. St-Jean-sur-Richelieu (Québec)

3 (densité = 800 kg/m3) 7150$/t + transport

Biochar Pyrovac BlueLeaf Inc. Drummondville (Québec)

3

(densité = 488 kg/m3)

800$/t à 1200$/t(tonne sèche) +

transport

Biochar BlueLeaf BlueLeaf Inc. Drummondville (Québec)

3

(densité = 246 kg/m3)

800$/t à 1200$/t(tonne sèche) +

transport

Mousse de tourbe Détails

Fafard et Frères Ltée Saint-Bonaventure (Québec)

55$/m3 + surchage de carburant de 54$/voyage

(prix 2012) (densité = 385 kg/t)

Mousse de tourbe Brune

Fafard et Frères Ltée Saint-Bonaventure (Québec)

42$/m3 + surchage decarburant de 54$/voyage

(prix 2012) (densité = 385 kg/t)

Bran de scieLes Industries du Territoire Nionwentsïo, Wendake (Québec)

9.25$/m3 = 1100$/van(1 van = 4200pi3) -35 t)

N.B. Taxes en sus

46

Tableau 15 : Coûts en dollars par kg de contaminant enlevé pour les différents amendements

Cd Cu Mn Pb Sb Zn RDX HMX NG TNT ClO4

A - Pyrovac 952 < 1 149 952 2 500 - 855 9 091 38 462 <6 667 <3 125 -

B - BlueLeaf 3 125 < 578 - 2 222 - 2 500 2 703 6 757 3 333 1 563 -

C- Dynamotive 4 762 < 2 632 - 7 692 - 7 143 - - 33 333 9 091 -

D - Basques 4 545 < 3 846 - < 6 250 - < 2 941 14 286 < 45 455 < 25 000 < 11 111 -

Bone char

L - BCHR-830 < 14 896 < 17 875 < 14 592 < 28 600 < 794 444 < 13 240 < 28 600 < 210 294 < 102 143 < 47 667 178 750

J - BC-AG - < 4 667 - < 7 700 236 923 - < 7 512 < 54 035 < 28 000 < 12 833 < 4 219

K - BC-AW - < 4 961 - - 843 333 - < 7 906 < 58 837 < 28 111 < 13 316 < 4 518

E -Détail - - - 765 - - - - - - -

F - Brune 193 < 191 104 376 10 900 170 - 12 111 9 909 1 817 -

G* - Brune 195 < 198 104 376 10 900 < 1 477 - 13 625 12 111 1 817 -

Bran de scie

R - - - - - - - - - - -

FeO(OH) H - - - - - - - 9 - - -

Zeolite M - ZeoSorb-820 < 3 421 < 4 063 619 < 6 500 - < 3 095 - - - - -

Al2O3

enrichi FeN - AAFS-50 - 44 167 - 37 857 883 333 - - - - - -

Scorie de Ti

P - UGSTM - ND - - ND - - - - - -

(-) pas d'adsorption; (ND) non déterminé; *duplicata de la colonne F

Coût d'enlèvement (CA$/tonne métrique)Amendement

Bioc

hars

Char

bons

ac

tivés

Tour

bes

47

10. CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS

Des essais ont été réalisés dans les laboratoires de l’INRS-ETE dans le but de d’identifier des amendements pouvant être utilisés en couche dans des membranes réactives visant à enlever les contaminants pouvant migrer dans le sol sous les champs de tir à la grenade. Plusieurs amendements ont été identifiés comme étant performants, pris seuls ou en combinaisons, pour adsorber les métaux (Cd, Cu, Mn, Pb, Sb, Zn), les matériaux énergétiques (RDX, HMX, NG, TNT) et le perchlorate (ClO4).

La tourbe brune est l’amendement le plus intéressant pour traiter les métaux étant donné son efficacité, son faible coût et longue durée de vie. Pour les matériaux énergétiques et le perchlorate les charbons actifs sont les plus intéressants. Mais puisque la capacité d’adsorption maximale n’a pas été atteinte, la durée de vie et les coûts ne peuvent pas être établis.

Compte tenu du peu de temps alloué pour effectuer les essais et malgré le fait que les essais ont été effectués en accéléré, c’est-à-dire que de fortes concentrations en contaminants et de forts débits ont été utilisés, la capacité maximale d’adsorption n’a pas été atteinte pour plusieurs amendements. Ainsi, il serait souhaitable de continuer les essais afin de déterminer la capacité d’adsorption maximale pour optimiser les critères de conception telle que l’épaisseur des couches, leur durée de vie et indirectement les coûts.

Dans un objectif d’application de terrain et pour limiter les coûts, il serait nécessaire de tester d’autres combinaisons en trois couches. Ces essais seraient effectués en condition saturée. Un temps minimal d’essai de six mois serait requis afin d’atteindre les capacités maximales d’adsorption des amendements et d’avoir un temps de contact représentatif des conditions de terrain entre l’eau contaminée et les amendements.

Dans le but d’optimiser la conception, il serait aussi nécessaire d’obtenir des informations sur la qualité de l’eau migrant sous un champ de grenade. Ceci pourrait être réalisé par l’installation de cases lysimétriques sous un champ de grenade en opération.

De plus, il serait aussi souhaitable de vérifier comment se comportent les propriétés hydrauliques d’une couche de tourbe sous contrainte (enfouie). S’il y a une diminution importante de la conductivité hydraulique de la couche de tourbe, il faudrait tester l’utilisation d’un agent structurant (un solide réactif ou non) mélangé à la tourbe.

48

11. RÉFÉRENCES

Mariussen, E., Ljønes, M., Strømseng, A.E. (2012) Use of sorbents for purification of lead, copper and antimony in runoff water from small arms shooting ranges. Journal of Hazardous Materials, 243, pp. 95-104.

Martel, R., Boulianne, V., Varfalvy, V., Trépanier, L., Lamarche, L., Parent, M., Francoeur-Leblond, N., Ballard, J.-M., Drolet, J.-P. (2011a) Environmental fate of munition resisues:characterization of groundwater in the training areas of Valcartier garrison (Quebec),Phase II-III. Rapport de recherche, Institut national de la recherche scientifique -Centre Eau, Terre et Environnement (Québec).

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Martel, R., Comeau, G., Lamarche L., Boulianne, V., Varfalvy, V., Brochu, S. (2009b) Groundwater and surface water study for potential contamination by energetic materials, metals and related compounds at the Canadian Forces base Petawawa (Ontario).Phase V. Rapport de recherche R-1053. Institut national de la recherche scientifique-Centre Eau, Terre et Environnement (Québec) et DRDC Valcartier (Québec).

Martel, R., Gabriel, U., Ait-Ssi, L., Ross, M., Parent, M., Diaz, E. (2009c) Evaluation of surface and ground water quality at the WACT Wainwright, Alberta. Phase III. Rapport de recherche R-980. Institut national de la recherche scientifique -Centre Eau, Terre et Environnement (Québec).

Martel, R., Gabriel, U., Parent, M., Pugin, A., Pullan, S., Francoeur-Leblond, N., Castellazzi, P., Lefrançois, G., Jacques, L. (2011b) Evaluation of surface and ground water quality at the WACT Wainwright, Alberta. Phase IV. Rapport de recherche R-1245. Institut national de la recherche scientifique -Centre Eau, Terre et Environnement (Québec).

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Martel, R., Tranquille, A.-G., Varfalvy, V., Jouveau, M.-J., Boulianne, V., Trépanier, L., Lamarche, L., Parent, M., Deschenes- Rancourt, C., Francoeur-Leblond, N., Ballard, J.-M., Drolet, J.-P. (2013) Environmental fate of munition resisues: characterization of groundwater in the training areas of Valcartier garrison (Quebec), Phase IV. Rapport de recherche, Institut national de la recherche scientifique -Centre Eau, Terre et Environnement (Québec) – à paraître

49

MDDEP (2012a) Ministère du développement durable, environnement, faune et parcs du Québec - Critères de qualité de l'eau de surface. http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/criteres_eau/index.asp (consulté le 15/10/2012)

MDDEP (2012b) Ministère du développement durable, environnement, faune et parcs du Québec - Politique de protection des sols et de réhabilitation des terrains contaminés -Annexe 2 : Les critères génériques pour les sols et pour les eaux souterraines. http://www.mddep.gouv.qc.ca/sol/terrains/politique/annexe_2_grille_eaux.htm (consulté le 15/10/2012)

MDDEP (2012c) Règlement sur la qualité de l’eau potable, Ministère du développement durable, environnement, faune et parcs du Québec http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/potable/brochure/index.htm (consulté le 15/10/2012)

Santé Canada (2012) Canadian Drinking Water Guidelines - Perchlorate and Human Health. http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/water-eau/perchlorate-eng.php (consulté le 15/10/2012)

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50

ANNEXE 1 : Photos des amendements

51

52

53

ANNEXE 2 : Tableaux

54

Tableau A1 : Limites de détection des analyses de métaux par ICP-AES et ICP-MS

ICP-AES LOD ICP-MS LODAl (mg/L) 0.0013 Ag ( g/L) 0.0009As 0.004 As 0.019B 0.0004 Be 0.0026Ba 0.00012 Cd 0.0014Be 0.00013 Cu 0.005Ca 0.007 Co 0.003Cd 0.00022 Hg 0.003Co 0.0007 Mo 0.006Cr 0.00022 Ni 0.004Cu 0.0006 Pb 0.003Fe 0.005 Sb 0.005K 0.0029 Tl 0.003Mg 0.005 Zn 0.03Mn 0.0004Mo 0.0009Na 0.012Ni 0.001P 0.007Pb 0.0022S 0.007Sb 0.006Sc 0.00026Se 0.009Si 0.0018Sn 0.004Sr 0.0008Ti 0.00019Tl 0.005U 0.0024V 0.0006W 0.004Zn 0.0006Zr 0.0009

55

Tableau A2 : Résultats d’analyse pour la chimie générale dans l’eau souterraine du puits G1-1-5m dans le champ de tir à la grenade Vaucelles (BFC Valcartier)

Campaigne INRS-ETEe Phase II Phase II Phase III Phase IV -Date d'échantillonnage 2008-07-21 2008-09-23 2010-09-02 2011-07-08 2013-01-23Temperature (°C) 19.24 11.95 11.63 9.01 0.85Conductivité (mS/cm) 0.1 0.062 0.065 0.037 0.041DO (%) 16.3 107.3 87.5 93.5 100.3pH (pH) 5.35 4.33 4.86 4.92 7.1ORP (mV) 107.2 -93.1 242.2 404.1 160.2Eh (mV) 307.2 106.9 442.2 604.1 360.2Dureté (CaCO3 mg/L) 9.2 6.4 9.8 5.5 -Alcalinité (CaCO3 mg/L) ND - - - -C organique total (mg/L ) 1.3 - - - -NH4-N (mg/L ) 0.03 - - - -NO2-N (mg/L ) ND - - - -NO3-N (mg/L ) 3.5 - - - -Br (mg/L ) ND - - - -Cl (mg/L ) 2.1 - - - -CO3 (CaCO3 mg/L) ND - - - -F (mg/L ) ND - - - -HCO3 (CaCO3 mg/L) ND - - - -OH (mg/L ) ND - - - -PO4-P (mg/L ) ND - - - -SO4 (mg/L ) 5.2 - - - -(ND) non-détecté; (-) non analysé

56

Tableau A3 : Résultats d’analyse pour les métaux dans l’eau souterraine du puits G1-1-5m dans le champ de tir à la grenade Vaucelles (BFC Valcartier)

Campaigne INRS-ETEe Phase II Phase II Phase III Phase IV -Date d'échantillonnage 2008-07-21 2008-09-23 2010-09-02 2011-07-08 2013-01-23

Al ( g/L) 500 360 419 338 -Ag ND ND ND ND -As ND ND ND 0.039 -B ND ND 2.2 ND -Ba 170 140 160 73.4 -Be ND ND 0.216 - -Bi ND ND ND ND -Ca 3300 2300 3480 1930 -Cd 2.5 1.8 2.505 0.798 -Co 1.9 1.7 2.1 0.77 -Cr ND ND 0.3 0.024 -Cu ND 2.3 ND 0.9 -Fe 86 57 52 340 -Hg 0.04 ND ND ND -K 660 410 620 380 -Li ND ND - - -Mg 240 160 258 176 -Mn 48 32 38.5 38 -Mo ND ND 1.2 ND -Na 3100 1500 4940 3010 -Ni 2.5 3.6 5 0.7 -Pb 2.8 2.6 1.908 0.98 -Sb ND ND ND 0.04 -Sc - - 0.537 - -Se ND 5.3 ND 0.02 -Si 2500 2300 2360 2130 -Sn ND ND ND 0.018 -Sr 26 19 30.7 17.9 -Ti ND ND - 0.28 -Tl ND ND ND ND -U ND ND ND ND -V ND ND 0.327 0.071 -W 6 ND - ND -Zn 790 770 474 273 -

(ND) non-détecté; (-) non analysé

57

Tableau A4 : Résultats d’analyse pour les matériaux énergétiques et le perchlorate dans l’eau souterraine du puits G1-1-5m dans le champ de tir à la grenade Vaucelles (BFC Valcartier)

Campaigne INRS-ETEe Phase II Phase II Phase III Phase IV -Date d'échantillonnage 2008-07-21 2008-09-23 2010-09-02 2011-07-08 2013-01-23

HMX ( g/L) ND - 0.40 ND -RDX ND - 1.85 ND -TNT ND - ND ND -2,4-DNT ND - ND ND -2,6-DNT ND - ND ND -2-A-4,6-DNT ND - ND ND -4-A-2,6-DNT ND - ND ND -2-NT + 4-NT ND - ND ND -3-NT ND - ND ND -1,3-DNB ND - ND ND -1,3,5-TNB ND - ND ND -Tetryl ND - ND ND -(ND) non-détecté; (-) non analysé

- ND -ClO4 ( g/L) 0.13 -

58

Tableau A5 : Critères applicables pour l’eau potable dans la province de Québec (MDDEP) ou recommandations pour l’eau potable (Santé Canada et US EPA).

MDDEP1 Santé Canada2 US EPA3

HMX ( g/L) 400 400RDX 0.3 2TNT 12,6-DNT 0.051,3,5-TNB - 11,3-DNB 1NG 2 5

ClO4 ( g/L) - 6

NO2-N (mg/L) 1NO3-N 10

Al ( g/L) 100Ag 100As 10B 5000Ba 1000Be 4Cd 5Cr 50Cu 1000Fe 300Hg 1Mn 50Na 200000Ni 70Pb 10Sb 6Se 10Sr 4000U 20Zn 50001 MDDEP (2012a,2012b,2012c); 2 Santé Canada (2012); 3 US EPA (2011)

59

Tableau A6 : Résultats d’analyse pour les métaux dans l’eau souterraine contaminée

LOD BI-1 BI-2 BI-3Al (mg/L) 0.0013 0.0133 0.0148 0.0134As 0.004 ND ND NDB 0.0004 0.0042 0.004 0.0049Ba 0.00012 0.119 0.121 0.122Be 0.00013 0.00014 0.00015 0.00013Ca 0.007 2.88 2.86 3.24Cd 0.00022 5.21 5.4 5.82Co 0.0007 0.0018 0.0015 0.0022Cr 0.00022 ND ND 0.00025Cu 0.0006 4.34 4.51 4.66Fe 0.005 0.007 0.009 0.013K 0.0029 4.13 4.2 4.35Mg 0.005 0.22 0.22 0.25Mn 0.0004 5.17 5.29 5.74Mo 0.0009 ND ND NDNa 0.012 2.65 2.76 2.84Ni 0.001 0.0084 0.007 0.009P 0.007 0.017 0.018 NDPb 0.0022 2.7 2.66 2.94S 0.007 2.14 2.16 2.26Sb 0.006 0.09 0.101 0.096Sc 0.00026 ND ND NDSe 0.009 ND ND NDSi 0.0018 2.33 2.27 2.36Sn 0.004 ND ND NDSr 0.0008 0.0192 0.0199 0.021Ti 0.00019 0.00021 0.00021 0.0003Tl 0.005 0.005 0.005 0.004U 0.0024 ND ND NDV 0.0006 ND ND NDW 0.004 0.146 0.126 0.159Zn 0.0006 5.84 5.84 6.25Zr 0.0009 ND ND NDNon détecté (ND); Limite de détection (LOD ) par ICP-AES

60

Tableau A7 : Données de laboratoire et calcul de la masse, du volume, du volume des pores et de la porosité de l’amendement dans chaque colonne pour l’essai 1

masse (g) volume (mL)

vide + E + A +E + A A A = colonne montage bouchons pores

A - Pyrovac 960.7 1007.8 980.5 1005.0 19.8 40.6 47.1 6.5 18.0 0.44

B - BlueLeaf 961.5 1007.2 971.5 1001.3 10.0 40.6 45.7 5.1 24.7 0.61

C- Dynamotive 1002.2 1050.5 1017.7 1047.6 15.5 40.6 48.3 7.7 22.2 0.55

D - Basques 947.7 993.7 974.3 997.8 26.6 40.6 46.0 5.4 18.1 0.45

Bone char L - BCHR-830 991.9 1040.0 1032.3 1067.5 40.4 40.6 48.1 7.5 27.7 0.68

J - BC-AG 878.8 924.6 901.4 929.8 22.6 40.6 45.8 5.2 23.2 0.57

K - BC-AW 1108.1 1148.2 1137.4 1160.6 29.3 40.6 40.1 0.01 23.2 0.57

E -Détail 963.1 1011.9 980.7 1000.4 17.6 40.6 48.8 8.2 11.5 0.28

F - Brune 955.3 1003.2 985.9 1012.8 30.6 40.6 47.9 7.3 19.6 0.48

G* - Brune 979.5 1025.4 1010.2 1028.9 30.7 40.6 45.9 5.3 13.4 0.33

Bran de scie

R 1014.8 1059.0 1032.1 1061.5 17.3 40.6 44.2 3.6 25.8 0.64

FeO(OH) H 882.6 932.6 939.5 971.7 56.9 40.6 50.0 9.4 22.8 0.56

Zeolite M - ZeoSorb-820 952.1 997.3 997.6 1023.9 45.5 40.6 45.2 4.6 21.7 0.53

Al2O3

enrichi FeN - AAFS-50 1072.22 1118.8 1126.8 1149.8 54.6 40.6 46.63 6.0 17.0 0.42

Scorie de Ti P - UGSTM 994.1 1040.3 1088.0 1109.5 93.9 40.6 46.2 5.6 15.9 0.39

Contrôle Q 1184.1 1230.8 - 1228.9 - 40.6 46.7 6.1 - -

(-) sans objet; *duplicata de la colonne F; ** pour 1 g d'eau = 1mL ; 1 le volume d'eau dans les bouchons a été fixé à 0 mL car le calcul donne une valeur négative (-0.5 mL); 2 donnée manquante, la masse de la colonne à vide a été calculée à partir de la moyenne du volume d'eau dans lescolonnes; 3 moyenne du volume d'eau dans les colonnes.

Char

bons

ac

tivés

Tour

bes

masse des montage (g) volume E (mL)** dansporosité

Amendement

Bioc

hars

61

Tableau A8 : Résultats d’analyse pour les métaux pour les colonnes 1 à 9 de l’essai 2

Volume Cd Cu Mn Pb Sb Zn

(mL) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L)1157 0.0007 < 0.0004 0.0728 0.006 0.021 0.1832329 0.0263 0.0017 0.152 0.002 0.027 0.1623487 0.0146 0.0024 0.12 < 0.0019 0.041 0.1684655 0.0137 0.0016 0.145 < 0.0026 0.05 0.1651164 0.0257 0.0027 0.164 < 0.0019 0.015 0.1512320 0.0657 0.0057 0.302 0.0029 0.042 0.1753481 0.0555 0.0044 0.317 0.003 0.043 0.1784633 0.0546 0.0052 0.347 < 0.0026 0.041 0.1951161 0.0253 0.0017 0.176 0.005 0.025 0.1742340 0.0292 0.0018 0.236 < 0.0019 0.036 0.1693499 0.0353 0.0024 0.302 < 0.0019 0.042 0.1924636 0.0408 0.0032 0.369 < 0.0026 0.045 0.1971176 0.0006 0.0006 0.132 0.0024 0.004 0.2162328 0.00018 0.0008 0.13 < 0.0019 0.008 0.1943493 0.0006 0.0013 0.176 < 0.0019 0.013 0.1714718 0.0005 < 0.0006 0.323 < 0.0026 0.016 0.1591192 0.00012 < 0.0004 0.116 0.0029 0.005 0.1692361 0.0077 0.0018 0.117 < 0.0019 0.013 0.1383510 0.014 0.002 0.235 < 0.0019 0.017 0.1274670 0.0104 0.0014 0.317 < 0.0026 0.024 0.1361180 0.0004 0.0007 0.109 < 0.0019 0.029 0.1222350 0.00069 0.0008 0.136 < 0.0019 0.021 0.1183513 0.0045 0.0008 0.254 < 0.0019 0.025 0.1114693 0.0043 < 0.0006 0.356 < 0.0026 0.027 0.1121166 0.516 0.0068 2.27 < 0.0019 0.023 0.7612367 1.81 0.034 4.53 0.0022 0.036 2.33514 2.6 0.027 5.16 0.004 0.042 3.044670 3.53 0.034 5.56 0.0027 0.042 3.951180 1.26 0.0647 2.93 0.0177 0.037 1.452348 2.38 0.109 4.62 0.02 0.04 2.613505 2.68 0.0417 4.81 0.011 0.044 2.764673 3.25 0.0668 4.88 0.011 0.045 3.251168 0.444 0.0012 1.89 0.003 0.017 0.6052344 1.6 0.0089 3.83 < 0.0019 0.024 1.83505 2.75 0.0157 4.83 0.004 0.037 2.894661 3.42 0.0179 5.1 0.003 0.038 3.47

7

8

9

1

2

3

4

5

6

Colonne

62

Tableau A9 : Résultats d’analyse pour les métaux pour les colonnes 10 à 16 de l’essai 2

Volume Cd Cu Mn Pb Sb Zn

(mL) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L)1177 < 0.00012 0.0006 0.0086 < 0.0019 0.043 0.0012341 0.00147 0.0007 0.0153 < 0.0019 0.046 0.00263487 0.0121 0.0024 0.0829 < 0.0019 0.046 0.01294641 0.006 0.0019 0.0997 < 0.0026 0.045 0.00731178 0.0004 0.0007 0.0126 0.002 0.045 0.001712332 0.0006 0.0009 0.0171 < 0.0019 0.051 0.001753505 0.0032 0.0008 0.0353 < 0.0019 0.049 0.00564633 0.0268 0.0023 0.282 < 0.0026 0.053 0.03011184 0.0261 0.0061 0.15 0.0022 0.005 0.01852367 0.0914 0.0064 0.638 < 0.0019 0.014 0.0193534 0.287 0.0037 1.07 < 0.0019 0.02 0.03274689 0.592 0.0028 1.24 < 0.0026 0.016 0.06981187 0.0359 0.0063 0.117 < 0.0019 0.006 0.04942359 0.0534 0.0098 0.373 < 0.0019 0.013 0.01723509 0.183 0.0057 0.731 < 0.0019 0.016 0.03194616 0.484 0.0079 1.23 0.003 0.022 0.03871173 < 0.00012 < 0.0004 0.024 < 0.0019 0.021 0.0222344 < 0.00012 0.0004 0.0117 0.0019 0.032 0.01173542 < 0.00012 < 0.0004 0.008 < 0.0019 0.039 0.00824702 < 0.00017 < 0.0006 0.0071 < 0.0026 0.043 0.00751181 < 0.00012 < 0.0004 0.0346 < 0.0019 0.011 0.01552353 < 0.00012 < 0.0004 0.0186 < 0.0019 0.02 0.00893539 < 0.00012 < 0.0004 0.0137 < 0.0019 0.025 0.00654708 < 0.00017 < 0.0006 0.0147 < 0.0026 0.026 0.00711196 < 0.00012 < 0.0004 0.0406 < 0.0019 0.014 0.0232364 < 0.00012 < 0.0004 0.026 < 0.0019 0.018 0.01533536 < 0.00012 < 0.0004 0.0194 < 0.0019 0.026 0.01064697 < 0.00017 < 0.0006 0.0183 < 0.0026 0.037 0.0106

13

14

15

16

Colonne

10

11

12

63

Tableau A10 : Résultats d’analyse pour les matériaux énergétiques de l’essai 2

Volume RDX HMX NG TNT

(mL) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L)1 4655 BDL BDL BDL BDL2 4633 BDL BDL BDL BDL3 4636 BDL BDL BDL BDL4 4718 BDL BDL BDL BDL5 4670 BDL BDL BDL BDL6 4693 BDL BDL BDL BDL7 4670 DTC BDL BDL BDL8 4673 0.158 BDL BDL BDL9 4661 DTC BDL BDL BDL10 4641 BDL BDL BDL BDL11 4633 BDL BDL BDL BDL12 4689 BDL BDL BDL BDL13 4616 DTC BDL BDL BDL14 4702 BDL BDL BDL BDL15 4708 BDL BDL BDL BDL16 4697 BDL BDL BDL BDL

(BDL) sous la limite de détection; (DTC) détection non quantifiable

Colonne

64

Tableau A11 : Résultats d’analyse pour le perchlorate de l’essai 2

Volume ClO4 Volume ClO4

(mL) ( g/L) (mL) ( g/L)1-10 10 10-10 8.81-15 13 10-15 181-20 25 10-20 182-10 100 11 11-20 9.32-15 92 12 12-20 102-20 50 13-10 133-10 51 13-15 213-15 44 13-20 833-20 37 14-10 26

4 4-20 <0.5 14-15 915 5-20 <0.5 14-20 2906 6-20 <0.5 15-10 43

7-10 340 15-15 667-15 260 15-20 1307-20 260 16-10 8.58-10 355 16-15 198-15 140 16-20 508-20 3509-10 449-15 619-20 87

16

10

13

14

15

Colonne

3

7

8

9

Colonne

1

2

65

ANNEXE 3 : Graphiques de détection (métaux)

Graphiques de la concentration du Cd, Cu, Mn, Pb, Sb et Zn en fonction du volume d’eau contaminée passée dans chaque colonne de l’essai 1. Les données dans la boîte sont les concentrations de la solution initiale de l’essai 1 (eau contaminée du baril).

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ANNEXE 4 : Graphiques de détection (matériaux énergétiques)

Graphiques de la concentration du RDX, HMX, NG et TNT en fonction du volume d’eau contaminée passée dans chaque colonne de l’essai 1. Les données dans la boîte sont les concentrations de la solution initiale de l’essai 1 (eau contaminée du baril).

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ANNEXE 5 : Graphiques de détection (perchlorate)

Graphiques de la concentration du perchlorate en fonction du volume d’eau contaminée passée dans chaque colonne de l’essai 1. Les données dans la boîte sont les concentrations de la solution initiale de l’essai 1 (eau contaminée du baril).

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