Transfert advectif et diffusif de polluants inorganiques dans les barrières d'étanchéité minérales présentes dans les centres de stockage de déchets

par António José Pereira Mendes Roque

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Gérard Didier.


  • Résumé

    Le présent travail vise à contribuer à une meilleure connaissance de la performance hydro-géochimique des sols dont les caractéristiques géotechniques sont proches de celles des sols habituellement utilisés pour la construction des barrières d'étanchéité minérales présentes dans les Centres de Stockage de Déchets (CSD), et ainsi à une meilleure conception et à un meilleur dimensionnement des dispositifs d'étanchéité sur la base de la détermination de la conductivité hydraulique, du coefficient de diffusion effective et de la capacité de rétention des sols. Nous présentons l'étude de la phénoménologie des interactions sol-eau-électrolyte, dans le but de contribuer à une meilleure compréhension du fonctionnement du système sol-lixiviat. Nous décrivons les principaux processus physiques, chimiques et biologiques de rétention des polluants inorganiques dans les sols et présentons pour quelques polluants inorganiques les mécanismes de rétention responsables de leur retardement dans les sols. Nous indiquons les principaux processus de transport des polluants à travers les barrières d'étanchéité minérales ainsi que la formulation mathématique correspondante. Les principes fondamentaux de la perméabilité et de la diffusion dans les sols ainsi que les méthodes de mesure en laboratoire de la conductivité hydraulique et du coefficient de diffusion effective sont présentés. Les caractéristiques des lixiviats produits dans les CSD de déchets ménagers et assimilés sont données ainsi qu'une base de données relative à la composition chimique de ces lixiviats. Ces données ont permis de sélectionner les espèces chimiques inorganiques et les concentrations chimiques représentatives de la composition chimique des lixiviats réels afin de préparer des lixiviats synthétiques : acide et neutre à légèrement alcalin. Nous décrivons la méthodologie qui a conduit au prélèvement de trente échantillons dans les principales formations argileuses portugaises et procédons à la caractérisation des sols. Les résultats obtenus dans les essais sont analysés ainsi que leur traitement statistique à travers des méthodes de corrélation linéaire et d'analyses multivariées, dans le but de sélectionner les échantillons représentatifs de l'échantillonnage global. Les essais de perméabilité en laboratoire ont été réalisés avec des équipements et dispositifs spécialement conçus pour la détermination de la conductivité hydraulique des éprouvettes et du temps de transfert d'espèces chimiques inorganiques à travers les sols par advection et pour l'étude des effets des lixiviats acide et neutre à légèrement alcalin sur l'intégrité des sols à long terme. Nous avons procédé, en plus de l'étude du transport d'espèces chimiques par advection, à l'étude du transport d'espèces chimiques à travers les sols par diffusion. Pour ce faire, des équipements et dispositifs spécifiques pour l'étude du transport des polluants par diffusion pure ont été conçus.

  • Titre traduit

    = Advective and diffusive transport of inorganic pollutants through compacted clay liners existing in the landfills : Application to portuguese fine-grained soils : application aux sols fin portugais


  • Résumé

    This work is intended to contribute to understand better the hydro-geochemical performance of fine-grained soils with geotechnical properties similar to those of soils that are currently used in the construction of compacted clay liners existing in the landfills. Therefore, the work is expected to contribute to improve the design and dimensioning of confinement systems based on the determination of the hydraulic conductivity, the effective diffusion coefficient and the capacity of retention of fine-grained soils. We begin by studying of the phenomenology of soil-water-electrolyte interactions, with a view to contribute to understand better the operation of the soil-leachate system. Subsequently, we describe the main physical, chemical and biological processes of retention of inorganic pollutants in the soils, and we present for some inorganic pollutants the mechanisms of retention that are responsible for their retardation in the soils. In addition, we indicate the main processes of pollutant transport through compacted clay liners, as well as the corresponding mathematical formulation. W e also refer to the fundamental principles of permeability and diffusion in the soils as well as the methods used in laboratory for measuring the hydraulic conductivity and the effective diffusion coefficient. W e present the characteristics of leachates produced in municipal solid landfills, as well as a data base concerning the chemical composition of these leachates. These data were used as supporting basis to the selection of inorganic chemical species and of chemical concentrations representative of the chemical composition of real leachates, with a view to prepare both acid and neutral to moderately alkaline leachates. We present the methodology that has led to collecting thirty samples from the main Portuguese clayey formations and we characterise the soils. The results obtained in the tests are analysed and we perform their statistical processing using linear regression and multivariate analysis methods, in order to select representative samples of the overall sampling. W e carry out permeability tests in laboratory with equipment and apparatuses that were specifically designed for: i) determining the hydraulic conductivity of specimens; ii) determining the time of advective transport of inorganic chemical species through the sampling soils; iii) studying the effects of both ac id and neutral to moderately alkaline leachates on the long-term integrity of soils. We carry out, other than the study on the advective transport of chemical species, a study on the diffusive transport of inorganic chemical species through the sampling soils. For the purpose, we designed equipment and apparatuses that were specifically intended to study the transport of pollutants by pure diffusion.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (LIX-697 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 675-697

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