Face à l’urgence environnementale, la désorption thermique se révèle être un allié redoutable dans la bataille contre la pollution des sols.
Ce procédé innovant, à la fois puissant et adaptable, ouvre des voies prometteuses pour la dépollution de sols pollués et la valorisation des terrains contaminés.
Dans cet article, explorez :
- La technique sophistiquée de la désorption thermique In Situ et Ex Situ
- Ses applications diversifiées
- Ses avantages économiques et écologiques
La désorption thermique fait partie des techniques de dépollution proposées par les ingénieurs SSP et les chefs de projets spécialisés en sites et sols pollués.
Comprendre la Désorption Thermique
Définition et Principe
La Désorption Thermique est une technique avancée de traitement des sols qui opère sur un principe simple mais puissant :
- Élimination des Polluants : La chaleur est utilisée pour dégrader ou volatiliser les molécules de polluants présentes dans le sol, les transformant ainsi en gaz qui peuvent ensuite être capturés et traités.
- Adaptabilité : Elle s’attaque efficacement aux composés volatils, semi-volatils et à certains composés organiques moins volatils. Ceci rend cette technique particulièrement adaptable à divers scénarios de pollution.
- Mécanisme : La chaleur est introduite dans le sol via des sondes ou des systèmes de chauffage, augmentant ainsi la température du sol à un point où les polluants se volatilisent.
Types de Polluants Traités
La désorption thermique est particulièrement efficace pour traiter une variété de polluants organiques présents dans les sols. Voici quelques exemples de composés que cette technique peut cibler :
Composés Organiques Volatils (COV)
Benzène, Toluène, Éthylbenzène, et Xylènes (BTEX) : Ces composés sont souvent associés à la contamination pétrolière et sont connus pour leur toxicité.
Chlorure de Vinyle : Un composé chimique utilisé dans la fabrication du PVC et autres matières plastiques.
Chloroforme : Un solvant organique volatil souvent trouvé dans les sites industriels.
Méthane : Un gaz à effet de serre qui peut être émis par des sites d’enfouissement ou des opérations industrielles.
Composés Organiques Semi-Volatils (COSV)
Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) : Des composés chimiques souvent associés à la combustion incomplète de matières organiques.
Phtalates : Des plastifiants couramment utilisés dans une variété de produits en plastique.
Biphényles Polychlorés (BPC) : Des composés chimiques industriels autrefois utilisés comme isolants électriques.
Dioxines et Furanes : Des contaminants environnementaux persistants qui peuvent être formés lors de la combustion de matières organiques contenant du chlore.
Applications : désorption thermique In Situ et Ex Situ
- Traitement In-Situ :
La désorption thermique in-situ permet de traiter les sols sur site sans excavation. Le traitement In Situ réduit ainsi les coûts et les perturbations associées au transport des matériaux contaminés. Idéale pour les sites où l’excavation est impraticable ou trop coûteuse.
- Traitement Ex-Situ
Lorsque l’excavation est possible, la désorption thermique ex-situ permet un traitement plus contrôlé des sols dans des installations dédiées. Adaptée aux sites avec des niveaux de contamination élevés nécessitant un traitement intensif.
Domaines d’Application du traitement sur site et hors site : Sites industriels, zones d’enfouissement, friches urbaines et autres sites contaminés par des hydrocarbures ou des composés organiques dangereux.
Températures de Désorption Thermique
La désorption thermique peut être classée en deux catégories principales selon la température utilisée :
- Désorption à Basse Température (90 à 320 °C) : Principalement utilisée pour les composés volatils et semi-volatils. Moins énergivore et souvent préférée pour les projets de moindre envergure.
- Désorption à Haute Température (320 à 560 °C) : Adaptée aux composés moins volatils et aux polluants plus persistants. Plus coûteuse en termes d’énergie, mais peut atteindre des taux de dépollution plus élevés.
Aspects Techniques et Financiers de la désorption thermique
Équipements Utilisés
Fours de désorption (unité rotative, unité à vis, ou unité à tapis)
Unités de prétraitement : broyage, séchage, émottage, mélange, homogénéisation
Unités de traitement des gaz : échangeurs thermiques, dépoussiéreurs, chambres de post-combustion, condenseurs, adsorption sur charbon actif
Paramètres de Suivi
La mise en œuvre réussie de la désorption thermique nécessite une surveillance et un contrôle rigoureux de plusieurs paramètres :
- Granulométrie : La taille et la distribution des particules influencent la capacité du sol à transmettre la chaleur.
- Turbulence : Une agitation suffisante peut faciliter la désorption des polluants.
- Température : La température optimale doit être atteinte pour assurer la volatilisation des polluants.
- Teneurs en Matière Organique : Les matières organiques peuvent affecter la capacité du sol à retenir ou à libérer des polluants.
- Concentrations en Polluants : Une surveillance continue des niveaux de pollution dans le sol et les rejets atmosphériques avant, pendant et après le traitement est cruciale.
- Temps de séjour
- Dépression au niveau du four et flux aérauliques associés
Coûts de la Désorption Thermique
L’aspect financier est un élément crucial dans l’évaluation de la désorption thermique comme solution de dépollution :
- Coût par Tonne : Les coûts peuvent varier largement en fonction de la localisation, de la nature de la contamination et de la méthode de désorption choisie.
- Investissement Initial : L’acquisition d’équipements et l’installation de systèmes de chauffage peuvent représenter un investissement initial significatif.
- Économies à Long Terme : Bien que l’investissement initial puisse être élevé, les économies réalisées en termes de coûts de transport et de gestion des déchets peuvent compenser ces coûts sur le long terme.
Concrètement, voici quelques estimations de coût :
Désorption sur site
- Coût moyen en 2019 : 80-100 €/t, max 150 €/t.
- Avantageux pour des volumes > 25 000 tonnes.
- Coûts de maintenance et suivi environnemental élevés.
Désorptionhors site : - Coût moyen en 2019 : 80-125 €/t, max 170 €/t.
- Avantageux pour des volumes < 25 000 tonnes.
- Coûts de maintenance et suivi environnemental également élevés.
Avantages et Inconvénients de la désorption thermique
Les Atouts de la Désorption Thermique
- Efficacité :
- Capable de traiter une large gamme de polluants, notamment les composés volatils et semi-volatils.
- Efficace même dans les sols à granulométrie fine et hétérogène, où d’autres techniques peinent à performer.
- Rapidité :
- Processus de traitement rapide comparé à d’autres méthodes de dépollution, réduisant ainsi le temps nécessaire pour la réhabilitation des sites.
- Économie :
- Moins coûteuse que d’autres formes de traitement thermique, surtout lorsqu’elle est appliquée in-situ.
- Réduction des coûts associés au transport et à la gestion des déchets grâce au traitement sur site.
- Valorisation des Terres :
- Possibilité de réutiliser les sols traités sur place, contribuant ainsi à la valorisation des terrains.
- Par-delà ses multiples avantages :
- La désorption thermique se distingue par sa capacité à traiter efficacement les polluants présents dans différents environnements géologiques. La complexité des sols, des friches urbaines aux sites industriels, demande une approche adaptée aux conditions variées, tels que les sols argileux ou hétérogènes.
Un autre aspect essentiel est l’intégration de procédures de refroidissement des gaz avant leur traitement, ce qui est indispensable pour protéger les infrastructures de traitement en aval.
Finalement, la désorption thermique ne se limite pas à l’extraction des polluants, mais elle inclut également la récupération et la valorisation éventuelle des substances extraites, optimisant ainsi la gestion des déchets et contribuant à l’économie circulaire.
Limitations et Défis
- Excavation et Transport :
- Nécessité d’excaver les sols pour le traitement ex-situ, ce qui peut être coûteux et logistiquement complexe.
- Transport des sols contaminés vers des installations de traitement, ajoutant une étape supplémentaire et des coûts.
- Traitement des Gaz Récupérés :
- Les gaz récupérés lors du processus doivent être traités avant leur rejet ou leur réutilisation, ce qui peut engendrer des coûts et des défis techniques supplémentaires.
- Conditions du Sol :
- L’efficacité de la désorption peut être affectée par la granulométrie, la teneur en eau et d’autres facteurs physico-chimiques du sol.
- Coût Initial :
- L’investissement initial pour l’équipement et l’installation peut être élevé, bien que compensé dans de nombreux cas par les économies réalisées au fil du temps.
Conclusion
La désorption thermique émerge comme une solution puissante dans le combat contre la pollution des sols. Sa capacité à traiter une variété de polluants, combinée à sa flexibilité d’application, en fait un outil précieux dans l’arsenal des techniques de dépollution.
Quelques entreprises de dépollution proposent ces solutions de traitement.
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FAQ
Quels sont les principaux polluants que la désorption thermique peut traiter ?
La désorption thermique peut traiter principalement des composés organiques volatils et semi-volatils, tels que :
- les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP),
- le benzène,
- le toluène,
- l’éthylbenzène,
- les xylènes (BTEX),
- le chlorure de vinyle,
- le chloroforme,
- le méthane.
Elle peut également traiter quelques polluants inorganiques comme le mercure.
Quelles sont les différences entre la désorption thermique in situ et la désorption thermique conventionnelle ex situ ?
La désorption thermique in situ et la désorption thermique conventionnelle ex situ présentent plusieurs différences clés:
- Localisation du traitement :
- La désorption thermique in situ se déroule directement dans le sol, en chauffant le sol en place à l’aide de vapeur, d’air chaud, ou d’électrodes.
- Tandis que la désorption thermique ex situ implique l’excavation des terres contaminées pour les traiter dans une unité de désorption (four) en surface .
- Températures de traitement :
- Les températures pour la désorption in situ sont généralement plus basses, souvent entre 100 et 300°C.
- Alors que la désorption ex situ peut atteindre des températures plus élevées, allant de 150 à 540 °C.
- Application et flexibilité :
- La désorption in situ est particulièrement utile pour les sols imperméables ou les contaminants semi-volatils, et peut être appliquée sous des bâtiments.
- La désorption ex situ est plus adaptée pour les terres excavées et peut être utilisée pour traiter une large gamme de contaminants, y compris des métaux volatils.
Quels sont les avantages et les inconvénients de la désorption thermique dans le traitement des sols pollués ?
Les avantages de la désorption thermique incluent sa capacité de traitement importante, sa vitesse de traitement, et la certitude du résultat, permettant d’atteindre des teneurs résiduelles très faibles voire non détectables pour les polluants.
Cette technique est robuste et applicable à tout type de sol et de polluant organique. Elle est également environnementalement plus vertueuse que les solutions de traitement des sols par terrassement et élimination hors site.
Lorsque l’énergie électrique est utilisée, cela réduit significativement les émissions de gaz à effets de serre.
Les inconvénients peuvent inclure des risques environnementaux, notamment lors de l’application in-situ, et la nécessité d’installations spécifiques pour traiter les gaz produits contenant les polluants, qui doivent être oxydés, filtrés, neutralisés ou adsorbés avant rejet à l’atmosphère.
Comment la désorption thermique affecte-t-elle la structure et la perméabilité du sol, notamment en présence d’humidité ou de matière organique ?
La désorption thermique affecte la structure et la perméabilité du sol de plusieurs manières.
Le chauffage du sol provoque la volatilisation de l’eau, ce qui entraîne un assèchement des sols et augmente leur perméabilité. Cette volatilisation de l’eau et la vaporisation des polluants améliorent le passage des gaz, parfois favorisant même la fracturation du sol.
Même dans les sols peu perméables ou argileux, la conductivité thermique, peu sensible aux hétérogénéités géologiques, permet une efficace transmission de la chaleur, augmentant ainsi la perméabilité et facilitant l’extraction des polluants .