Valorisation des sols urbains faiblement polluées dans les travaux de terrassement : le devenir des polluants dans les sols traités compactés

par Katia Bellagh

Projet de thèse en Géotechnique

Sous la direction de Jean-Pierre Magnan.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec GERS Direction - Département Géothechnique , environnement, risques naturels et sciences de la terre (laboratoire) depuis le 01-10-2014 .


  • Résumé

    Récemment, le « guide de réutilisation hors site des terres excavées en technique routière et dans les projets d'aménagement » a été publié par le Ministère de l'Ecologie. Il a pour ambition de définir les modalités selon lesquelles certaines terres peuvent être réutilisées. Les opérations de terrassement sont particulièrement concernées puisque lors de ces chantiers, les terres excavées représentent des volumes importants de matériaux à déplacer le plus souvent hors de l'« unité foncière » définie par le guide. En effet, ces chantiers traversent des zones aux géologies variées (certains sols contiennent naturellement des éléments considérés comme polluants pour l'environnement comme par exemple l'arsenic), des zones contaminées par les activités humaines notamment en milieu urbain (pollutions accidentelles de type gasoil, pollutions industrielles de type fuites de cuves enterrées par exemple, pollutions lors de la rupture des réseaux d'eaux usées ou pollution diffuse comme le plomb issues de la combustion des carburants). Compte tenu de la réglementation française, les terres excavées déplacées au cours du chantier sont considérées comme des déchets et sont soumises à des tests pour déterminer la possibilité ou non de les réemployer hors de l'unité foncière. Le guide récemment édité propose une méthodologie ainsi qu'un outil appelé « Hydrotex » pour vérifier si la réutilisation des terres affecte ou non la qualité des ressources en eau souterraine du site récepteur. L'objet de la thèse sera d'apporter un regard critique sur la méthodologie et les outils proposés par ce nouveau guide. Il s'agit d'améliorer la méthodologie du guide en apportant des éléments prouvant soit en laboratoire, soit in situ (sur un ou plusieurs sites) que les terres faiblement polluées peuvent être valorisées plus largement qu'à l'heure actuelle. Montrer de quelle manière la nature des sols (argileuse, limoneuse sableuse…) et leur comportement en présence de polluants est prise en compte dans le guide, sera le premier point développé. Il est bien connu en effet que la mobilité (et donc la toxicité) des polluants dans les sols dépend en grande partie de la composition de ces sols (minéralogie mais également présence de matière organique…). Par ailleurs les sols utilisés dans les opérations de terrassements subissent des traitements (à la chaux par exemple) dont les effets sur la mobilité sont plus ou moins connus. On peut citer également le traitement aux liants hydrauliques qui ont pour effet habituellement de diminuer la mobilité. Or, l'application d'un traitement suivi d'un compactage du sol lors des opérations de terrassement n'est pas prise en compte dans le guide proposé, ce qui peut conduire à éliminer des terres qui seraient valorisables. Enfin, les aspects physico-chimiques et environnementaux doivent être couplés aux aspects géotechniques. Les effets de la fatigue mécanique subie par les infrastructures sur la mobilité des polluants restent en effet très mal connus. Des développements en laboratoire doivent montrer quel est le comportement des polluants contenus dans différents types de sols (plusieurs polluants seront testés : métaux lourds, hydrocarbures,…) traités à la chaux et/ou aux liants hydrauliques, compactés et fatigués mécaniquement. La microstructure (entre autre la porosité et l'organisation des particules du sol) sera associée aux mesures de perméabilité de ces matériaux. Ces mesures aideront à mieux comprendre le devenir des polluants dans les sols traités : sont-ils mobiles ou bien sont-ils retenus et dans ce cas peut-on considérer que le traitement de sol (au sens des terrassiers) a une action 'stabilisante' (à court terme et/ou à long terme). Pour cela, des tests de lixiviation et des essais en colonne couplés à des analyses chimiques seront réalisés. Les différents modèles géochimiques rencontrés dans la littérature traitant de transfert réactif pourront être comparés et discutés. Enfin, la réalisation de plots expérimentaux avec un suivi in situ des transferts couplés à la caractérisation des matériaux traités et compacté mis en place lors d'un ou de plusieurs chantiers (sur des sites de géologies variables) est envisagée pour valider ou montrer les failles ou les limites des mesures en laboratoire. Cette tâche sera réalisée avec un partenaire industriel associé au projet.

  • Titre traduit

    The recycling of low-contaminated urbain soils in earthworks: the behavior of pollutants in the treated and compacted soil.


  • Résumé

    Recently, the “Guide to reuse low-contaminated excavated soils in road construction and land development projects” was published by the Ministry of Ecology. It aims to define the conditions under which some soils can be reused. Earthmoving operations are especially concerned because on road cut sites, excavated soils represent large volumes of material to be moved more often out of the “land unit” as defined by the guide. Indeed, these sites cross areas with varied geologies (some soils contain naturally elements considered as environmental pollutants such as arsenic), with contamination by human activities particularly in urban areas (accidental diesel-type pollution, industrial pollution from leaks of underground tanks, pollution links to the breakdown of sewage networks or diffuse pollution such as lead from fuel combustion). Given the French regulations, the excavated soils displaced during the construction are considered as waste and are subject to tests to determine whether or not their reuse out of the land unit is possible. The recently published guide provides a methodology and a tool called “Hydrotex” to check whether or not the reuse of land affects the quality of the groundwater resources of the receptor site. The purpose of the thesis is to provide a critical look at the methodology and the tools proposed in new guide. The aim is to validate the methodology (or propose ways of improvement) and to provide evidence, either in the laboratory, or in situ (on one or more sites) that slightly polluted soils can be re-using more broadly. Show how the nature of soils (clay, silt, sand...) and their behavior in presence of pollutants is taken into the guide, will be the first developed item. It is indeed well known that the mobility (and therefore toxicity) of the pollutants in soil depends largely on the composition of the soil (mineralogy but also the content in organic matter…). In addition, the soils used in earthwork operations undergo treatment (e.g. lime) whose effects on mobility are more or less known. One can also cite the treatment with hydraulic binders that usually diminish mobility. However, the application of a treatment followed by soil compaction during earthwork operations is not really taken into account in the proposed guide, which can lead to the elimination of low-contaminated soils that could be reused. Finally, physicochemical and environmental aspects must be coupled to the geotechnical aspects. The effects on the mobility of pollutants of mechanical fatigue affecting infrastructures remain poorly understood. Developments in the laboratory must show which is the behavior of pollutants in different types of soil (several pollutants will be tested such as heavy metals, hydrocarbons...) treated with lime and/or hydraulic binders, mechanically compacted and stressed. The microstructure (described by porosity and soil particles organizations) will be associated with measurements of permeability of these materials. These measures will help to better understand the behavior of contaminants in treated soils: are they mobile or trapped and in this case, can we considered the soil treatment (as defined by earth workers) as a short and/or long-term ‘stabilizing' treatment. To confirm our idea, leaching tests and tests in column coupled with chemical analysis will be performed. The different geochemical models encountered in the literature (dealing with reactive pollutant transfer) will be compared and discussed. Finally, the realization of experimental plots with in situ monitoring coupled to the characterization of treated and compacted materials on one or several sites (with various geologies) is planned to validate or show the limits of the lab measurements. This will be done with an industrial partner involved in the project.