CHAPITRE 2 CARACTÉRISATIONS DES MÂCHEFERS: MATÉRIELS, MÉTHODES ET...

CHAPITRE 2 :

CARACTÉRISATIONS DES MÂCHEFERS:

MATÉRIELS, MÉTHODES ET RÉSULTATS

Chapitre 2 : Caractérisation des mâchefers : matériels, méthodes et résultats

SOMMAIRE

1 Introduction .......................................................................................77

2 Nature et origine des matériaux.......................................................78 2.1 Choix des échantillons .................................................................... 78 2.2 Origine des échantillons.................................................................. 78

2.2.1 Nature des déchets incinérés ...............................................................78 2.2.2 Caractéristique de l’incinération............................................................79 2.2.3 La gestion des sous-produits solides .....................................................81

2.2.3.1 Lyon Nord: .............................................................................81 2.2.3.2 Lons-Le-Saulnier:....................................................................81

2.2.4 Qualité des MIOM...............................................................................82 2.2.5 Mode de stockage ..............................................................................82

3 Méthodes............................................................................................84 3.1 Echantillonnage .............................................................................. 84

3.1.1 Echantillonnage sur site ......................................................................84 3.1.2 Echantillonnage au laboratoire .............................................................85

3.2 Caractérisation physique................................................................. 85 3.2.1 Taux d’humidité .................................................................................85 3.2.2 Taux d’imbrûlés ou perte au feu ...........................................................85

3.3 Caractérisation chimique ................................................................ 86 3.3.1 Analyse élémentaire ...........................................................................86 3.3.2 Fusion alcaline et dissolution................................................................86 3.3.3 Dosage des chlorures..........................................................................87 3.3.4 Dosage du mercure ............................................................................87 3.3.5 Dosage du soufre ...............................................................................87 3.3.6 Dosage du carbone.............................................................................87

3.4 Caractérisation minéralogique ........................................................ 88 3.4.1 Diffraction de rayons X........................................................................88 3.4.2 Analyse calorimétrique différentielle (ACD) et thermogravimétrie (TG) .......89

3.5 Caractérisation géotechnique ......................................................... 89 3.5.1 Granulométrie ...................................................................................89 3.5.2 Paramètres d’état...............................................................................90

3.5.2.1 Compactage Proctor modifié .....................................................90 3.5.2.2 Indice Portant immédiat (IPI)....................................................91

3.5.3 Valeur de bleu de méthylène (VBS).......................................................91

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3.6 Comportement à la lixiviation ......................................................... 91 3.6.1 Test de capacité de neutralisation acido-basique (CNAB)..........................92 3.6.2 Procédure opératoire ..........................................................................93

3.6.2.1 Préparation de l’échantillon.......................................................93 3.6.2.2 Mise en oeuvre du test.............................................................94

3.7 Analyse des solutions aqueuses...................................................... 94 3.7.1 Spectrométrie d’émission atomique a plasma inductif (ICP-AES) ...............94 3.7.2 Chromatographie ionique ....................................................................95

3.8 Etude de la toxicité des MIOM......................................................... 95 3.8.1 Mesure des activités enzymatiques phosphatases....................................96 3.8.2 Mesure des activités enzymatiques estérases .........................................96 3.8.3 Test de croissance algale.....................................................................96 3.8.4 Cytométrie de flux..............................................................................97

4 Résultats de caractérisation des échantillons ...............................98 4.1 Caractérisation physique................................................................. 98

4.1.1 Aspect ..............................................................................................98 4.1.2 Humidité...........................................................................................98

4.2 Caractérisation chimique ................................................................ 98 4.2.1 Contenu total ....................................................................................98 4.2.2 Eléments majeurs ............................................................................ 101 4.2.3 Eléments mineurs ............................................................................ 102 4.2.4 Les autres composés ........................................................................ 103

4.3 Caractérisation minéralogique par diffraction de rayons X............ 103 4.4 Caractéristiques géotechniques .................................................... 107

4.4.1 Granulométrie ................................................................................. 107 4.4.2 Essai PROCTOR et IPI ....................................................................... 108 4.4.3 Valeur de bleu de méthylène.............................................................. 109

4.5 Comportement à la lixiviation ....................................................... 109 4.5.1 Capacité de neutralisation acido-basique (CNAB) .................................. 109 4.5.2 Relargage des éléments .................................................................... 111

4.5.2.1 Les alcalins et alcalino-terreux ................................................ 111 4.5.2.2 Relargage des métaux ........................................................... 112 4.5.2.3 Relargage des anions............................................................. 115

4.6 Evaluation du potentiel écotoxique ............................................... 115

5 Conclusion.......................................................................................117


1 Introduction

La valorisation des MIOM est réglementée par des textes, décrits dans le chapitre précédent, qui nécessitent un minimum de caractérisation des ces matériaux avant toute utilisation en temps que matières premières secondaires. Compte tenu des objectifs visés, la première étape de cette étude consiste à caractériser les MIOM choisis au-delà de ce seul aspect réglementaire. La caractérisation de ce type de résidu de procédé thermique a déjà fait l’objet de nombreuses études, souvent dispersées, et il nous a paru nécessaire d’en reprendre certains aspects dans une approche comparative. L’origine des MIOM sera tout d’abord présentée en précisant les spécificités des filières dont ils sont issus. Pour analyser les impacts liés aux modes de collecte des OM sur les résidus d’incinération, plusieurs méthodes et techniques de caractérisation ont été utilisées. Elles sont décrites dans la deuxième partie de ce chapitre. Les résultats comparatifs de ces diverses analyses sont présentés dans une troisième partie qui servira de support pour la discussion finale. Au travers des tests de caractérisation utilisés, nous avons souhaité:

préciser un état initial des deux MIOM identifier, par comparaison, les facteurs d’influence prépondérant

responsables des différences apporter un regard critique sur la pertinence des tests choisis au regard

des objectifs

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2 Nature et origine des matériaux

2.1 Choix des échantillons Cette étude a porté sur un mâchefer issu de l’usine d’incinération Valorly localisée à Rillieux-La-Pape (Rhône) qui a subi une collecte sélective partielle (MIOM A) et un mâchefer issu de l’usine d’incinération localisée à Lons-le–Saulnier qui a subi une collecte sélective très poussée (MIOM B). Le cas du MIOM B est intéressant car il est issu d’une région pouvant être considérée comme pilote dans l’organisation et la gestion de la collecte séparative. Ces deux échantillons ont donc été choisis car ils permettent de faire une étude comparative entre les mâchefers d’aujourd’hui (MIOM A) et des mâchefers pouvant être représentatifs de l’avenir (MIOM B). De plus, ces 2 mâchefers proviennent de deux usines d’incinération gérées par un des partenaires du projet (NOVERGIE). Par conséquent, l’accès aux usines et aux plateformes de maturation a été facilité.

2.2 Origine des échantillons

2.2.1 Nature des déchets incinérés Un des paramètres fondamentaux qui contrôle la qualité des mâchefers est la nature des déchets incinérés. Il est d’autant plus important que la politique de gestion des déchets s’oriente de façon plus prononcée vers le tri et le recyclage. La Figure 1 présente la composition des OM incinérées dans les deux usines d’incinération d’où proviennent les échantillons de MIOM étudiés. Concernant le MIOM issu de Valorly, la composition des OM énoncée correspond en fait à la composition moyenne française car aucune donnée n’est disponible sur la composition des déchets entrant réellement dans cette usine. De plus, la collecte des déchets incinérés dans cette usine est considérée comme analogue à celle réalisée, en général, en France.

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Déchets putrescibles papiers/cartons plastiques verre metaux autres

Valorly Lons-Le-Saulnier

Figure 1: Composition des ordures ménagères incinérées dans les deux UIOM

2.2.2 Caractéristique de l’incinération Usine de Lyon Nord: VALORLY:

L’usine d’incinération de Lyon Nord est propriété de la communauté urbaine de lyon et exploitée par NOVERGIE. Elle a été mise en service en 1989 et est dotée de deux lignes de traitement de 12 tonnes/heure chacune. La capacité annuelle d’incinération est de 180.000 tonnes et le tonnage traité de 160.000 tonnes (Figure 2). L’usine est certifiée ISO 14001 et ISO 9002. Elle fait partie des unités de valorisation énergétique qui permettent de transformer l’énergie calorifique. Chaque année 30.000 MWh (électrique) et 100.000 MWh (thermique) sont produits. De ce fait, l’usine permet d’assurer son propre fonctionnement et d’alimenter le réseau de chaleur de la ville de Rillieux-La-Pape (69). Les deux unités de traitement sont équipées d’un four à 6 rouleaux (TUNZINI). La température dans la zone de combustion atteint environ 1000°C et les fumées atteignent 900°C. La technologie de dépoussiérage utilisée est l’électro-filtration et la technologie de traitement des fumées est la voie humide par lavage au lait de chaux.

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Valorisation matière

180 000 tonnes de déchets

Valorisation énergétique

Chaleur vendue : 100 000 MWh Electricité vendue : 30 000 MWh

Mâchefers : 43 000 t/an Métaux ferreux : 3 600 t/n

Métaux non ferreux : 360 t/an

Figure 2: Les sous-produits de l’incinération des OM à Lyon Nord (www.valorly.fr)

Usine de Lons-Le-Saulnier L’usine d’incinération de Lons-Le-Saulnier est propriété du SYDOM (SYndicat Départemental de traitement des Ordures Ménagères) du Jura et exploitée par JURATROM et SOCCRAM (société d’exploitation de chauffage urbain). Elle a été mise en service en 1994 et est dotée d’une ligne de traitement de 5 tonnes/heure. Le tonnage traité annuellement est d’environ 40.000 tonnes (Figure 3). L’usine fait aussi partie des unités de valorisation énergétique. Chaque année 5.000 MW.h (électrique) et 25.000 MWh (thermique) sont fournis. De ce fait, l’usine permet d’assurer son propre fonctionnement et d’alimenter le réseau de chaleur de 2 quartiers de Lons. L’unité de traitement est équipée d’un four à grilles (MARTIN). Les ordures ménagères sont criblées (enlèvement des fines) avant leur entrée dans le four, seules les fractions supérieures à 35 mm sont incinérées. La température dans la zone de combustion atteint environ 1000°C et les fumées atteignent 850°C. La technologie de dépoussiérage utilisée est l’électro-filtration et la technologie de traitement des fumées est la voie semi-humide par le lavage au lait de chaux et injection de charbon actif.

Valorisation matière

40 000 tonnes de déchets

Valorisation énergétique

Chaleur vendue : 25 000 MWh Electricité vendue : 5 000 MWh

Mâchefers : 5 400 t/an Métaux ferreux : 1600t/an

Métaux non ferreux : non triés

Figure 3: Les sous-produits de l’incinération des OM à Lons-le-Saulnier (www.letri.com)

A partir des données répertoriées précédemment, nous pouvons déjà faire un commentaire sur le ratio MIOM/OM des deux usines. En effet, pour Lyon Nord, le ratio est d’environ 24% alors qu’il est d’environ 14% pour Lons. Or, dans la bibliographie (Chap. 1, fig. 16), le ratio moyen en France est indiqué aux alentours

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de 24%. Nous voyons alors que Lyon Nord se trouve dans la moyenne tandis que Lons, où la collecte sélective est optimum a un ratio beaucoup plus faible. Ce chiffre montre donc qu’il existe une réelle différence dans la nature des déchets incinérés entre les deux usines.

2.2.3 La gestion des sous-produits solides

2.2.3.1 Lyon Nord: Mâchefers : les mâchefers sont récupérés sous les rouleaux, criblés à

31,5 mm et trempés à l’eau. Ils sont ensuite stockés dans une fosse, après avoir séparé les ferrailles, en attente d’être transportés. D’après le Plan Assurance Qualité (circulaire du 9 mai 1994), les mâchefers sont analysés et dirigés vers des plateformes de maturation de 2 entreprises de travaux publics de la région lyonnaise.

Ferrailles : Séparées des mâchefers par un système de tapis roulants magnétiques, les ferrailles sont stockées dans des bennes qui sont ensuite chargées sur camion à l’aide d’un grappin. Les ferrailles sont vendues à des repreneurs agréés Eco Emballage, aciéries SOLLAC à Fos sur mer.

Aluminium : métal non ferreux séparé des mâchefers par courants de Foucault, l’aluminium est valorisé par AFFIMET à Compiègne.

REFIOM : les suies (poussières fines) issues de l’électrofiltre et les "gâteaux" issus du laveur et du traitement des eaux associées, sont stockés séparément sur site et évacués au Centre de stockage de déchets ultimes (CSDU) de classe I de la société ECOSPACE, à Vaivres. Les suies sont stockées en silo hermétique et transférées par voie pneumatique dans des camions citernes. Les "gâteaux" issus du pressage sont stockés en benne et évacués par camions.

2.2.3.2 Lons-Le-Saulnier: Mâchefers : les mâchefers sont trempés en sortie de four puis stockés

dans une fosse, après déferraillage. Ensuite, les mâchefers sont dirigés vers la plateforme de maturation de Courlaoux (39). Lorsque leur composition le permet, les MIOM sont réutilisés par le SYDOM du Tourec (71) sinon ils sont envoyés en CET à la Grande Levanchée (39).

Ferrailles : Séparées des mâchefers par un système de tapis roulants magnétiques, les ferrailles sont stockées dans des bennes qui sont ensuite chargées sur camion à l’aide d’un grappin. Les ferrailles sont vendues à la société KERN (Frasnois, 39).

Aluminium : l’aluminium n’est pas séparé du mâchefer. REFIOM : les REFIOM sont stabilisés grâce à un liant hydraulique par

la société SITA avant stockage (classe I).

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2.2.4 Qualité des MIOM Les mâchefers des deux usines sont soumis au test de lixiviation normalisé NF X31-210 pour déterminer leur devenir. L’analyse de la qualité des sous-produits décrite dans ce paragraphe a été réalisée à partir des résultats obtenus sur les années 2001 et 2002. Les mâchefers de Lons-le-Saulnier et de Valorly sont très souvent classés M en sortie de four mais se retrouvent presque toujours en catégorie V dès les 3 premiers mois de maturation. Le taux d’imbrûlés et le COT sont des paramètres souvent pénalisant pour les MIOM de Lons. Ce sont les deux principaux paramètres qui déclassent les mâchefers en catégorie M. La teneur de la fraction soluble et de sulfates est toujours inférieure aux seuils autorisés par la circulaire, pour les deux usines. Cependant, le taux de sulfates fluctue assez fortement d’un mois à l’autre. En ce qui concerne les teneurs en métaux lourds, elles se situent le plus souvent en dessous des limites autorisées par la circulaire. Seul le plomb voit parfois sa concentration augmenter brutalement. C’est un paramètre qui, comme le taux d’imbrûlés, est souvent discriminant pour le déclassement des mâchefers en catégorie M. Ce dernier point est d’ailleurs très souvent observé dans les usines d’incinération. Outre son caractère amphotère, les raisons de la fluctuation des teneurs en plomb mesurée par l’essai de lixiviation demeurent actuellement inexpliquées autrement que par la variabilité des OM incinérées.

2.2.5 Mode de stockage En sortie d’usine d’incinération, le mâchefer de Lyon Nord est transporté et stocké en tas (3000 à 4000 tonnes) à l’air libre sur deux plateformes de maturation: soit chez Moulin TP à Bourgoin-Jaillieu (38) soit chez Perrier TP à Saint-Priest (69). Après un mois de stockage, les MIOM subissent un criblage (31,5mm) ainsi qu’une séparation complémentaire des ferreux et non-ferreux, puis sont remis en tas jusqu’à leur utilisation en travaux routiers ou leur mise en décharge. Afin d’assurer la traçabilité, les tas sont répertoriés par lot mensuellement (affichage sur le tas par une pancarte). Concernant les MIOM de Lons, ceux-ci sont transportés et stockés sur la plateforme de maturation de Courlaoux (39). Le stockage est effectué sous hangar avec toiture, les deux extrémités étant ouvertes. Les MIOM sont donc à l’abri des intempéries (en particulier, lessivage par la pluie). Concernant la traçabilité, les tas

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de MIOM sont placés les uns à côtés des autres. Chaque tas correspondant à une production mensuelle. L’emplacement des lots est répertorié sur cahier.

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3 Méthodes

Une partie des analyses de caractérisation dont les résultats sont présentés dans cette partie a été réalisée dans des laboratoires spécialisés. Néanmoins, nous trouvons nécessaire de décrire un minimum les matériels et protocoles opératoires utilisés afin de connaître les conditions dans lesquelles les analyses ont été effectuées.

3.1 Echantillonnage Le mâchefer est un matériau qui est complexe et hétérogène de part sa constitution et sa distribution granulométrique. Le but de l’échantillonnage est donc de conduire au prélèvement d’une fraction la plus représentative de tout le matériau étudié.

3.1.1 Echantillonnage sur site Le prélèvement a été effectué après les phases de criblage et de déferraillage (MIOM A et B). Dans le cas du MIOM A, les non-ferreux sont également enlevés. Les prélèvements ont été effectués sur tas conique. L’échantillon global, mâchefer frais datant de moins de 8 jours, a été prélevé à l’aide d’un chargeur à godet. Il est constitué de plusieurs prises élémentaires prélevées suivant la verticale du tas à différentes hauteurs (Figure 4 et Figure 5). Une fois le brassage effectué par le chargeur, le prélèvement est réalisé par pelletés alternées. Ceci a pour avantage d’augmenter la probabilité des différents éléments constitutifs d’être sélectionnés, et ainsi d’améliorer la représentativité de l’échantillon par rapport au lot initial.

Figure 4: Photo d’un prélèvement de mâchefer

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Figure 5: Protocole d’échantillonnage

3.1.2 Echantillonnage au laboratoire Le protocole d’échantillonnage est expliqué dans le chapitre 3, paragraphe 2.5.2, lors de la mise en place des MIOM dans les pilotes de maturation instrumentés.

3.2 Caractérisation physique

3.2.1 Taux d’humidité L’humidité relative du matériau représente la quantité d’eau libre qu’il contient. Elle est déterminée afin de calculer la masse sèche de l’échantillon. Le principe de détermination du taux d’humidité consiste à sécher en parallèle, à 105°C, plusieurs échantillons de masse connue de matériau humide (masse initiale) jusqu’à obtenir une masse finale constante, la masse sèche étant la masse finale. En général, un séchage durant 24 heures est suffisant. L’humidité relative (Hr) est alors déterminer par l’équation suivante :

Hr (%) = [(masse initiale - masse finale) / masse initiale] * 100

3.2.2 Taux d’imbrûlés ou perte au feu Le principe de détermination du taux d’imbrûlés, selon la circulaire de 1994, consiste à déterminer la perte de masse du matériau, exprimée en pourcentage du poids sec de l’échantillon initial après 4 heures de calcination à 500°C. La calcination est réalisée après une étape préalable de séchage à 105°C. Cependant, cette technique peut donner des résultats très éloignés de la valeur réelle du taux de matières organiques. En effet, la perte au feu mesure une perte de masse sans distinction de la nature des phénomènes mis en jeu. Elle ne permet pas de différencier les phénomènes d’oxydation de la matière organique des autres processus chimiques tels que la décomposition d’hydrates, de carbonates et la

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volatilisation de certains sels, ce qui peut d’ailleurs se traduire par une augmentation aberrante du taux d’imbrûlés dans le temps (pendant la maturation).

3.3 Caractérisation chimique

3.3.1 Analyse élémentaire La composition chimique élémentaire est définie par la nature et la proportion des éléments chimiques contenus dans le déchet. Différentes techniques existent pour préparer les échantillons pour l’analyse de leur contenu en éléments inorganiques telles que la fusion alcaline, la mise en solution par attaques acides ou la digestion par micro-ondes. L’ensemble de ces techniques vise à mettre en solution la totalité du matériau ou des éléments spécifiques à doser. La solution ainsi obtenue est ensuite analysée par une méthode spécifique de l’élément à doser. Ci-après sont décrites, la méthode de mise en solution par fusion alcaline utilisée ainsi que les méthodes d’analyses utilisées pour déterminer les teneurs en chlorures, mercure, soufre et carbone. Les autres éléments de la classification périodique ont été déterminés par ICP-AES et ICP-MS. Ces deux dernières techniques sont décrites dans le paragraphe 3.7.

3.3.2 Fusion alcaline et dissolution A partir d’un échantillon homogène, une première opération de séchage à 105°C permet de déterminer le teneur en eau des échantillons. Le matériau séché est ensuite très finement broyé pour obtenir une poudre d’une granulométrie inférieure à 80µm. Le principe de cette technique consiste à réaliser un verre alcalin, en portant à 980°C pendant 1 heure, l’échantillon solide mélangé avec un fondant, du tétraborate de lithium (Li2B2O4). Ce verre est ensuite dissous dans de l’acide nitrique 1M, à froid, sous agitation. Cette technique est classique pour l’analyse spécifique des éléments présents en faibles teneurs (métaux lourds en particulier). Toutefois l’étape de fusion et dissolution par HNO3 peut entraîner la perte de certains composés (Hg, As, Se par exemple) par volatilisation lorsqu’ils sont dans des états d’oxydation élevée.

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3.3.3 Dosage des chlorures Le principe de dosage consiste à réaliser une fusion alcaline du matériau au carbonate de sodium (Na2CO3) à 1000°C. Les chlorures sont ensuite dosés par colorimétrie.

3.3.4 Dosage du mercure Le principe de dosage consiste à réaliser une attaque sulfonitrique oxydante (HNO3, H2SO4, KMnO4) afin d’obtenir du mercure Hg0, celui-ci est alors piégé pour former un amalgame mercure-platine-or. L’amalgame est ensuite chauffé à 600°C pour que le mercure puisse être volatilisé. Le mercure volatilisé est alors dosé par absorption atomique sans flamme.

3.3.5 Dosage du soufre Le soufre total est dosé grâce à un Doseur Soufre-Carbone LECO SC144 DRPC. Cet appareil utilise une méthode qui fonctionne par titrage du dioxyde de soufre (SO2) après vaporisation du soufre dans un four à induction, sous flux d’oxygène.

3.3.6 Dosage du carbone Le dosage des différentes formes du carbone est également déterminé par le Doseur Soufre-Carbone LECO SC144 DRPC. L’appareil permet de doser quantitativement le carbone contenu dans des échantillons solides. On distingue le carbone organique total COT et le carbone inorganique total CIT (carbonates, hydrogénocarbonates, …). Le carbone total CT est la somme des 2. L’analyse du carbone dans un échantillon solide s’effectue par combustion dans un four à 1400°C en présence d’un catalyseur et d’un flux d’O2. Le four est traversé par le flux d’oxygène qui permet la combustion de la totalité du carbone C présent dans l’échantillon selon la réaction:

C + O2(g) CO2 (g) Le CO2 gazeux obtenu est entraîné par le flux d’oxygène et amené jusqu’à une cellule infrarouge qui permet la mesure du taux de CO2 directement proportionnel à la quantité de carbone total initial. Pour la mesure du COT, on ajoute, avant la combustion, une quantité d’acide chlorhydrique (1M) afin de transformer le carbone minéral (CIT) en CO2 gazeux (décomposition des carbonates).

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L’échantillon exempt de carbone minéral est ensuite analysé, la mesure du COT est réalisée. Le CIT est alors obtenu par le calcul: CIT = CT – COT.

3.4 Caractérisation minéralogique

3.4.1 Diffraction de rayons X La diffraction des rayons X (DRX) est une technique classiquement utilisée pour l’identification des phases cristallines qui apportent des informations sur les espèces minérales présentes dans le matériau. La DRX des composés réduits en poudre (dite "diffraction X sur poudre") est utilisée couramment pour la caractérisation des solides. La méthode consiste à soumettre le composé en poudre à un faisceau de rayons X monochromatique et à recueillir le spectre de diffraction qu'il émet. Les conditions de diffraction d’un rayonnement X par une famille de plans réticulaires sont définies par la loi de BRAGG :

nλ = 2dhkl sin θ où n : nombre entier désignant l’ordre de la réflexion

λ : longueur d’onde du rayonnement X dhkl : distance entre les plans réticulaires d’une même famille désignée conventionnellement par les indices de Miller h, k, l θ : angle de diffraction

Le spectre de diffraction X d'un composé cristallisé a les caractéristiques suivantes:

La valeur des dhkl dépend des paramètres de la maille et du mode de réseau.

Les intensités des raies dépendent du contenu atomique de la maille (nature et positions des atomes),

Dans ces conditions, chaque composé cristallin a un spectre de diffraction caractéristique. Les échantillons ont été analysés au Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC) commun à l'université Paul Sabatier et à l'INSA de Toulouse. L’analyse a été réalisée après broyage des matériaux au mortier, à l’aide d’un diffractomètre D5000.

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3.4.2 Analyse calorimétrique différentielle (ACD) et thermogravimétrie (TG)

L’appareil utilisé est: TG-DSC LABSYS de Sétaram. Il permet de suivre le comportement thermique d’un matériau en programmation de température, entre l’ambiante et 1600°C. L’analyse calorimétrique différentielle est une technique permettant de déterminer la variation du flux de chaleur entre un échantillon et une référence dans un domaine de température défini et sous atmosphère contrôlée, en général, inerte d’argon ou azote. Il est également possible de fonctionner sous atmosphère réactive (O2, CO2). La fusion, la cristallisation, la décomposition comme toute autre transformation qui se produit au sein d’un matériau s’accompagne d’un échange de chaleur, l’ACD permet de déterminer la température de cette transformation et de quantifier l’effet thermique associé. La température à laquelle s’effectue une transformation donnée est caractéristique d’un composé, il est alors possible d’identifier ce dernier à l’aide de tables. L’analyse thermogravimétrique (TG) couplée à une analyse calorimétrique différentielle permet de déterminer les variations de masse d’un échantillon et de les identifier à partir de la mesure du flux de chaleur dégagé. Cette technique permet par exemple de déterminer la perte ou le gain de masse lors d’une transformation (déshydratation, oxydation…) et de mesurer les enthalpies correspondantes. Ce couplage d’informations physico-chimiques permet d’obtenir la signature thermique du matériau.

3.5 Caractérisation géotechnique La détermination des caractéristiques géotechniques d’un mâchefer est indispensable pour son utilisation dans le domaine des travaux publics, notamment en technique routière car son utilisation est soumise à un cahier des charges.

3.5.1 Granulométrie Le but de cette analyse est de déterminer la répartition en masse puis en pourcentage des fractions granulométriques d’un matériau. Les résultats de cette étude permettent de prévoir certaines propriétés du matériau comme la perméabilité, l’aptitude au compactage ou l’utilisation comme filtre. De plus, la courbe granulométrique est un élément fondamental de la classification des matrices solides (granulats, sols…), indispensable aux acteurs du BTP.

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L’analyse granulométrique des deux mâchefers a été déterminée par tamisage et par pesée des fractions retenues dans les tamis. Elle a été réalisée à sec à l’aide de tamis dont les mailles sont comprises entre 100µm et 31,5mm. Afin de mieux estimer le taux de fines, une technique d’analyse granulométrique par arrosage à l’eau était prévue mais les échantillons étudiés étaient tellement hydrophobes que cette solution a été abandonnée.

3.5.2 Paramètres d’état

3.5.2.1 Compactage Proctor modifié

Un matériau non saturé peut être compacté en expulsant l’air contenu. Sa teneur en eau restera constante mais sa densité sèche augmentera. Le compactage par expulsion d’air se produit lorsque le matériau est soumis à des efforts répétés (chocs, passages de véhicules, vibrations…). Si le matériau est trop sec, les particules auront du mal à s’agglomérer. D’autre part, s’il est trop humide, il y aura déplacement des grains du matériau sans tassement. Entre ces deux extrêmes, il existe une teneur en eau optimale qui assure un compactage maximal. Lors de la mise en place d’un matériau de remblai ou de couche de forme, l’opération de compactage permet alors de diminuer :

La sensibilité future à l’eau en réduisant, d’une part le volume de vides dans lequel l’eau peut s’infiltrer et, d’autre part en diminuant la perméabilité du matériau.

Les déformations ultérieures dues à l’application d’une surcharge ou uniquement sous l’action du poids du matériau.

Le principe de l’essai de compactage Proctor est le suivant: un même lot de mâchefer est humidifié à plusieurs teneurs en eau croissantes. Il est ensuite compacté dans un volume fixé selon un procédé et une énergie identiques et normalisés. Pour chacune des teneurs en eau, la densité sèche obtenue après compactage est déterminée. La courbe Proctor est alors obtenue en traçant le densité sèche en fonction de la teneur en eau. La teneur en eau optimale est alors déduite, elle correspond à «l’Optimum Proctor». A cet optimum, les propriétés mécaniques se trouvent améliorées (diminution de la perméabilité, amélioration de la portance, meilleure résistance à la compression). C’est pourquoi, il est intéressant de se placer à cet optimum lors de la mise en œuvre du mâchefer, en particulier dans le cas de sous-couches routières.

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3.5.2.2 Indice Portant immédiat (IPI)

Cet indice exprime la force nécessaire pour enfoncer un poinçon dans une éprouvette de matériau compacté. Plus l’indice portant immédiat est faible, moins le matériau est résistant et moins bonne sera sa portance. Le cahier des charges d’un matériau utilisable en technique routière préconise un IPI>20.

3.5.3 Valeur de bleu de méthylène (VBS) La détermination de la valeur de bleu permet de caractériser la fraction argileuse d’un sol d’un point de vue global. Le résultat dépend à la fois de la quantité et de la nature des particules d’argile présentes dans le sol. La valeur de bleu ou VBS correspond à la masse de bleu de méthylène pouvant s’adsorber sur les faces externes et internes des particules d’un matériau. Cette technique mise au point pour un sol est appliquée aux mâchefers lors d’utilisation en travaux publics. En pratique, on détermine la VBS à partir du test au bleu de méthylène sur la fraction 0/2 mm. Le bleu de méthylène est versé goutte à goutte sur le matériau placé sur un buvard. Lorsqu’une auréole bleue apparaît, le bleu n’est plus adsorbé par le matériau. On détermine la quantité de bleu de méthylène (en grammes) adsorbée pour 100g de matériau. La valeur préconisée parle cahier des charges doit être inférieure à 0,1. Dans ce cas, on peut considérer que l’adsorption est faible et par conséquent que le matériau est insensible à l’eau. Ce critère doit toutefois être complété par la vérification de la valeur du tamisat à 80 µm qui doit être inférieure à 12% (en masse).

3.6 Comportement à la lixiviation Le caractère polluant et dangereux d’un déchet pour l’environnement ne dépend pas seulement de son contenu en polluant. En effet, pour une même teneur, la disponibilité des polluants varie en fonction de paramètres intrinsèques au déchet et des conditions imposées par le milieu extérieur. Le comportement des MIOM et la disponibilité des polluants ont donc été étudiés dans des contextes chimiques plus ou moins agressifs signifiés en terme de pH. Le test pratiqué pour cette étude est inspiré du projet en cours de normalisation CEN/TC292/WG6/N148 intitulé «essai d’influence du pH en conditions stationnaires – ANC».

91


3.6.1 Test de capacité de neutralisation acido-basique (CNAB) Ce test habituellement nommé ANC (Acide Neutralisation Capacity) vise à caractériser deux paramètres du comportement des déchets/matériaux étudiés :

Leur capacité de neutralisation acido-basique La disponibilité des polluants en fonction du pH

La capacité de neutralisation acido-basique caractérise la stabilité physico-chimique du matériau et sa résistance aux agressions acido-basique. Le résultat se concrétise sous la forme de la courbe de neutralisation acido-basique représentant le pH stationnaire obtenu à 48 h en fonction des ajouts d’acide ou de base exprimés en mmol H+/g de matériau. Ces courbes peuvent faire apparaître plusieurs caractéristiques du matériau :

Le pH naturel correspondant au contexte chimique imposé par le matériau lui-même dans de l’eau déminéralisée.

Le comportement dans la zone alcaline (dans le cas des matériaux contenant un minimum de chaux ou de composés alcalins, cette partie n’existe pas puisque le pH naturel est déjà supérieur ou égal à 12). Certains matériaux relativement rares possèdent une capacité de neutralisation basique notable, mais dans l’ensemble les courbes ont généralement une branche acide plus développée.

Un ou plusieurs plateaux alcalins correspondant aux différentes capacités tampons des matériaux : un plateau aux environs de 12 est très courant pour les matériaux riches en chaux, un autre plus près de 10 se rencontre également pour des matériaux cimentiers. Pour les matériaux riches en carbonates un plateau entre 6 et 8 apparaît. Ce dernier est très important car il correspond généralement à une zone de bonne stabilité physico-chimique et ce pour deux raisons : d’une part parce que la plupart des métaux lourds ont une forme carbonatée peu soluble (Pb, Zn,…) et d’autre part parce que de nombreux polluants y compris des anions très solubles tels que les chlorures et les sulfates peuvent être physiquement “prisonniers” des carbonates et ainsi retenus tant que ceux ci résistent à l’agression extérieure.

La zone de neutralisation qui est cruciale, caractérisée graphiquement par le point d’inflexion. Cela correspond à la fin de la capacité de neutralisation acide du matériau.

Le palier de fin de neutralisation correspondant au pH de la partie de la matrice extrêmement stable souvent constituée par les silicates.

92


Limites du domaine d’application du test Ce test est donc très utile pour :

Qualifier et quantifier la résistance d’un matériau aux agressions acido-basiques ;

Identifier les tendances de comportement et les niveaux de disponibilité des polluants. Dans certains cas, il permet même d’émettre des hypothèses sur les mécanismes de mise en solution ;

Constituer une donnée d’entrée des modèles de comportement dynamique en l’occurrence sous la forme de la relation solubilité = f( pH ou mmol H+/g) dans le contexte des autres constituants du matériau ce que ne permettent pas les données de la littérature ;

De qualifier et de quantifier des niveaux de stabilisation chimique obtenues sur un matériau avant et après traitement.

A contrario, il n’est destiné : Ni à quantifier une fraction extractible puisque les concentrations

obtenues correspondent à une situation stationnaire proche d’un équilibre chimique. Seules les valeurs obtenues pour les plus faibles pH peuvent être considérées comme une approche du maximum mobilisable.

Ni à simuler des situations réelles de scénarios. Les concentrations obtenues ne sont donc pas à comparer avec des référentiels naturels (seuils de potabilisation de nappe par exemple).

3.6.2 Procédure opératoire Des échantillons représentatifs du matériau broyés à 1 mm sont mis en contact, en batch, en parallèle avec des solutions aqueuses contenant différentes quantités d’acide et de base. Les réactifs utilisés sont respectivement l’acide nitrique et la soude dont les co-ions (NO3

- et Na+) sont considérés comme non limitants et non perturbants pour la mise en solution des constituants inorganiques du matériau. Les quantités d’acide ou de base nécessaires pour atteindre les différentes valeurs de pH sont estimées par une procédure de titrage préliminaire au test. Les valeurs de pH sont sélectionnées entre 4 et 12 inclus. Le rapport massique liquide/solide (L/S) est fixé à 10 l/Kg.

3.6.2.1 Préparation de l’échantillon

L’échantillon de mâchefer est tout d’abord tamisé à 1mm. La fraction supérieure est broyée de manière à obtenir un matériau dont la granulométrie est inférieure à 1 mm à 95% (le matériau est reconstitué avec la partie tamisée et la partie broyée). Ensuite, le taux d’humidité du matériau reconstitué est déterminé car il doit être pris en compte dans le calcul du ratio L/S.

93


3.6.2.2 Mise en oeuvre du test

Les tests sont effectués sur 15g de MIOM (exprimé en matière sèche) dans des pots en polypropylène fermés de 250 ml. Ensuite, 150 ml de solution (le taux d’humidité du matériau est pris en compte) contenant l’acide ou la base sont mis en contact avec le MIOM. Les pots sont alors soumis à une agitation mécanique par retournement (11 tours/min) pendant 7 jours afin d’atteindre l’équilibre. Au bout des 7 jours, chaque solution est filtrée à 0,45µm sur filtre en nitrate de cellulose. Le pH et la conductivité sont mesurés sur les filtrats. Le volume de lixiviat recueilli est séparé en deux parties. La première partie est analysée par chromatographie ionique pour le dosage des anions et la deuxième partie est acidifiée avec de l’acide nitrique (pour éviter toute précipitation) et analysée par ICP-AES pour le dosage des métaux.

3.7 Analyse des solutions aqueuses

3.7.1 Spectrométrie d’émission atomique a plasma inductif (ICP-AES)

La technique utilisée est basée sur la spectroscopie d’émission atomique (AES), l’appareil employé est un spectromètre ICP-AES séquentiel Jobin-Yvon JY70. L’ICP (Inductively Coupled Plasma) est un plasma d’argon induit par haute fréquence. L’analyse élémentaire par spectroscopie d’émission atomique est basée sur les propriétés électroniques des atomes constitués d’un noyau et d’électrons répartis sur des niveaux d’énergie. En dehors de toute source d’excitation, les électrons au repos occupent des niveaux d’énergie minimale, l’atome est dans son état fondamental. Cet atome est susceptible de recevoir de l’énergie par une source extérieure pour passer à un état d’énergie supérieure dit état excité. Les niveaux d’énergie d’un atome sont quantifiés et caractéristiques du numéro atomique de l’élément considéré. Lors du retour de l’atome à son état fondamental, il y aura émission d’un rayonnement constitué d’une ou plusieurs longueurs d’onde (λ) caractéristiques dont λ est donnée par la relation de Planck:

λ=hC/∆E h: constante de Planck C: célérité de la lumière ∆E: différence d’énergie entre état excité et état fondamental (ou intermédiaire)

94


Tout élément de la classification périodique possède ainsi un spectre d’émission (ensemble des rayonnements émis) qui lui est propre et permet de l’identifier. D’un point de vue technique, les rayonnements émis par les éléments présents dans les solutions analysées sont focalisés à l’entrée d’un monochromateur. La lumière est diffractée par un réseau et convertie en signal électrique par des photomultiplicateurs. Pour un élément donné, l’intensité du signal détecté est proportionnelle à la quantité d’atomes ayant émis la raie étudiée. La détermination de la concentration de cet élément est effectuée à partir d’un étalonnage préalable.

3.7.2 Chromatographie ionique Les solutions ont été analysées sur un appareil de chromatographie ionique Dionex disposant de 2 colonnes séparant les anions minéraux (F-, Cl-, NO2

-, NO3-, Br-,

SO4²-, PO43-) et les organiques.

Le principe consiste en la séparation d’espèces dans un mélange, par partage entre une phase mobile liquide et une phase stationnaire solide. Chaque soluté injecté dans la colonne est soumis à 2 effets antagonistes: un effet d’entraînement par la phase mobile dans laquelle il est soluble et un effet de rétention par la phase stationnaire, qui est une résine qui joue le rôle d’échangeur d’ions, avec laquelle il interagit. A la sortie de la colonne, une cellule de conductivité électrique permet de détecter le passage des espèces ioniques à analyser. Le temps de rétention à l’intérieur de la colonne est spécifique à chaque espèce ionique, suivant son affinité avec la phase stationnaire. Les variations de conductivité de la solution sortant de la colonne sont enregistrées en temps réel en fonction du temps de rétention, sous forme de chromatogramme. La corrélation entre l’aire du pic et la concentration d’une espèce est obtenue par un étalonnage préalable.

3.8 Etude de la toxicité des MIOM Les MIOM ont fait l’objet de nombreuses études sur le plan physico-chimique mais très peu ont concerné les impacts écotoxiques. L’objectif de cette étude est donc d’étudier la toxicité potentielle des MIOM sur l’environnement. Celle-ci a été réalisée au Laboratoire des Sciences Environnementales (LSE), de l’Ecole Nationale des Travaux Publics de l’Etat (ENTPE) de Vaulx-en-Velin (69), dans le cadre de la thèse de Lucile Barthet (2000-2003) portant sur la contribution à l’évaluation de l’impact sur les écosystèmes de la valorisation de résidus de procédés thermiques en BTP.

95


Les travaux ont été réalisés à l’aide bioessais enzymatiques qui permettent d’évaluer la toxicité immédiate des lixiviats de MIOM. Le principe général des quatre bioessais utilisés est énoncé dans les paragraphes suivants à titre d’information. Les tests ont été réalisés sur quatre lixiviats dont le pH est compris entre 4 et 11, pour chacun des deux MIOM.

3.8.1 Mesure des activités enzymatiques phosphatases Ce test est effectué sur les algues Chlorella vulgaris et les levures Saccharomyces cerevisiae. Les organismes sont déposés dans des microplaques 48 puits à fond adhérent. Après une nuit, les organismes adhèrent au fond des puits et les milieux de culture peuvent alors être retirés. Après élimination des milieux de culture, différentes concentrations de lixiviats sont déposées au contact des organismes. Après des temps de contact de 30 minutes et 4 heures, les lixiviats sont retirés par centrifugation (5 mn à 4000 rpm). Dans les deux cas, les concentrations en lixiviats testées sont 5%, 40% et 100%. La mesure consiste à doser la quantité de produit formé sous l’action des enzymes. Le but est de déterminer la concentration en lixiviats qui inhibe 50% de la vitesse maximale de la réaction enzymatique (CE50). Les résultats sont exprimés en pourcentage d’inhibition de la vitesse maximale de réaction enzymatique en fonction de la concentration en lixiviats par rapport à un témoin.

3.8.2 Mesure des activités enzymatiques estérases Les mesures des activités estérases ont été réalisées sur les algues Chlorella vulgaris. Les protocoles de dépôt des organismes, de contact avec les lixiviats et de mesures sont les mêmes que précédemment. Seule la nature du substrat permettant de faire la mesure diffère. Les concentrations en lixiviats testées sont 1%, 10%, 40% et 100%. Comme dans le test précédent, nous cherchons à déterminer la concentration en lixiviats qui inhibe 50% de la vitesse maximale de réaction enzymatique (CE50). Le substrat utilisé se dégradant pour des pH basiques, les lixiviats dont le pH est supérieur à 8 n’ont pas été testés.

3.8.3 Test de croissance algale Ce test permet de déterminer la toxicité chronique des eaux par inhibition de la croissance de l’algue d’eau douce Pseudokirchneriella subcapitata selon la norme

96


NF T 90-375 de décembre 1998. La mesure du taux de croissance algale est effectuée après 72 heures. Ce test est effectué en microplaques et la lecture se fait au microscope par comptage. Les concentrations en lixiviats testées sont : 0,5%, 1%, 5%, 10%, 20%, 40% et 70%. Le but est de déterminer la concentration en lixiviats qui inhibe 50% de la croissance algale (CE50), l’inhibition étant exprimée par rapport à un témoin.

3.8.4 Cytométrie de flux Des solutions algales à 80 000 cellules par millilitre sont mises en contact avec les différents lixiviats de MIOM dans des plaques 48 puits traitées pour permettre l’adhésion des cellules. Après un temps de contact de 3 heures, les lixiviats sont retirés des puits et les cellules algales sont resuspendues dans de l’eau distillée. Chaque échantillon de solution algale est testé dans le cytomètre de flux. La taille des cellules ainsi que la fluorescence chlorophyllienne sont alors mesurées. Cette mesure permet de voir s’il y a présence ou non de débris cellulaires et donc de vérifier l’impact des lixiviats de MIOM sur l’intégrité des cellules algales.

97


4 Résultats de caractérisation des échantillons

La caractérisation des MIOM d’un point de vue physico-chimique, minéralogique ou géotechnique a déjà été largement étudiée. De ce fait, les résultats de caractérisation des MIOM A et B, ci-après, sont surtout présentés pour obtenir un aspect comparatif entre ces deux MIOM, et ce, à travers différentes approches analytiques.

4.1 Caractérisation physique

4.1.1 Aspect Le MIOM A se présente sous la forme d’éléments fins et grossiers (verre, céramique, plastique…). Il est de couleur gris foncé et n’est pas très odorant. Le MIOM B se présente également sous la forme d’éléments fins et grossiers. Il semble cependant avoir une proportion de fines plus importante car lorsqu’il est séché, il est beaucoup plus pulvérulent. Et, contrairement à ce que l’on pourrait penser, malgré la collecte sélective, le tri optimisé et le criblage en entrée d’incinérateur; du verre, de la céramique, de l’acier et de l’aluminium sont encore très présents sous forme de petits morceaux. Par comparaison avec le MIOM A, le MIOM B est de couleur marron clair et est très odorant. En effet, une forte odeur de chaux se dégage de ce mâchefer. D’après cette présentation de leur aspect extérieur, les deux MIOM pourraient être classés dans la catégorie «mâchefers de type poreux». Il ne s’agit là que d’une approche visuelle et olfactive, donc inévitablement sommaire.

4.1.2 Humidité Le taux d’humidité des deux MIOM frais a été déterminé à partir de 8 réplicats. La teneur en eau est de 14,5% (± 1,7%) pour le MIOM A et de 26% (± 1,5%) pour le MIOM B.

4.2 Caractérisation chimique

4.2.1 Contenu total L’analyse élémentaire a été confiée à un laboratoire extérieur, le Service d’Analyses des Roches et des Minéraux (SARM-CNRS) de Nancy.

98


Les deux échantillons ont été analysés quatre fois afin de s’affranchir de l’hétérogénéité du matériau. Les valeurs médianes des concentrations en éléments contenus dans les deux échantillons sont reportées dans le Tableau 1. Les concentrations des majeurs sont exprimées en pourcentage d’oxydes. La somme de leur concentration, le résultat de la perte au feu compris, est égale à 99,2% pour le MIOM A et de 98% pour le MIOM B. Les éléments à l’état de trace ont également été déterminés, ainsi que le carbone total, le carbone organique, le soufre et le chlore. Les incertitudes en fonction de la teneur obtenue sont données en annexe.

99


MIOM A MIOM Bmédiane mediane

SiO2 49,3 31,0CaO 16,3 22,2Al2O3 7,5 11,0Fe2O3 7,6 10,9MnO 0,1 0,2MgO 2,6 2,8Na2O 6,0 3,7K2O 1,1 1,3TiO2 0,6 1,1P2O5 1,2 2,5

Perte au Feu 6,9 11,4As 16,4 9,9Ba 1013,1 975,1Be / /Bi 3,0 1,5Cd 4,4 5,2Ce 29,3 26,9Co 27,7 15,8Cr 505,2 429,7Cs 2,3 2,4Cu 2020,2 2539,2Dy 1,4 1,2Er 0,7 0,7Eu 0,4 0,4Ga 8,7 11,8Gd 1,5 1,5Ge 0,9 1,0Hf 3,4 3,0Ho 0,2 0,2In 0,7 /La 12,6 13,6Lu 0,1 0,1Mo 11,6 10,7Nb 6,8 9,9Nd 9,0 10,5Ni 77,5 75,2Pb 976,4 755,8Pr 2,7 2,9Rb 33,6 33,8Sb 49,2 48,9Sm 1,5 1,7Sn 210,0 336,2Sr 298,8 307,5Ta 0,9 1,3Tb 0,2 0,3Th 4,0 4,2Tm 0,1 0,1U 1,8 2,0V 26,9 28,0W 23,7 7,5Y 8,4 9,3Yb 0,7 0,8Zn 3168,5 3116,2Zr 152,2 129,9Hg ppb 135,0 16,0

S tot % 0,3 0,4Cl % 0,4 0,9

Corg % 1,1 1,2C minéral % 1 1,4

%

ppm

Tableau 1: Composition élémentaire des MIOM A et B

100


4.2.2 Eléments majeurs La Figure 6 présente graphiquement la composition majoritaire des deux matériaux.

Perte au Feu

P2O5TiO2K2O

Na2OMgO

MnO

Fe2O3Al2O3

CaO

SiO2

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

%

MIOM A MIOM B

Figure 6: Teneur en éléments majoritaires

Concernant les éléments, les teneurs les plus fortes sont par ordre croissant: la silice, la chaux, l’aluminium et le fer, et le sodium. D’une manière générale, la répartition des majeurs est assez similaire pour les deux mâchefers. Cependant, deux éléments se distinguent: le silicium et le calcium. En effet, par comparaison entre les deux MIOM, on constate que le MIOM B présente une teneur en silice nettement plus faible (30% contre 49%) et une teneur en calcium plus élevée (22% contre 16%). La première observation concernant la diminution du taux de silice était prévisible, et elle est associée au tri du verre qui est effectué en amont de la filière. La deuxième observation concernant l’élévation du taux de calcium est attribuée à une augmentation relative de la teneur des autres éléments à des degrés différents due à la diminution de la teneur en silice. Par ailleurs, une petite distinction est observée au niveau de l’aluminium, dont la teneur est plus élevée dans le MIOM B. Ceci peut s’expliquer par la remarque précédente mais également par le fait que dans le cas du MIOM B, il n’y a pas d’enlèvement des non-ferreux après l’incinération. Le taux d’imbrûlés est de 6,9% pour le MIOM A et de 11,4% pour le MIOM B. Ces deux taux sont relativement élevés car ils ont été déterminés à 980°C (le laboratoire prestataire, le SARM, travaille dans ces conditions) au lieu de 500°C

101


comme le préconise la circulaire de 1994. A cette température, toute la matière organique, les carbonates et les composés volatils à ces hautes températures sont dégradés, ainsi que l’eau de constitution des composés. Le taux d’imbrûlés a donc été déterminé à nouveau au laboratoire dans les conditions préconisées par la circulaire de 1994, c’est-à-dire à 500°C pendant 4 heures. Celui-ci est de 2,8% et 3,7% respectivement pour les MIOM A et B. Les valeurs sont alors en accord avec la circulaire qui impose une valeur inférieure à 5%. La combustion des déchets dans le cas du MIOM B semble cependant un peu moins efficace que pour le MIOM A car la perte au feu est plus importante.

4.2.3 Eléments mineurs La Figure 7 présente la teneur des éléments minoritaires en ppm, c’est-à-dire en mg/kg de matériau sec.

Bi Cd

Co

Cr

Cu

La

Ni

Pb

Sb

Sr

Zn

Zr

Sn

Ce

Ba

As

1,0

10,0

100,0

1000,0

10000,0

ppm

MIOM A MIOM B

Figure 7: Teneur en éléments minoritaires

Les éléments les plus présents sont le baryum, le chrome, le cuivre, le plomb et le zinc. Au vu du graphe, la caractérisation des éléments minoritaires, qui représentent la partie potentiellement toxique des mâchefers, montre que la composition des MIOM A et B est sensiblement équivalente si l’on tient compte des écart-types sur les mesures. Pour les composés dont la teneur est proche de la dizaine de ppm (As, Bi, Co), les petits écarts constatés sont négligeables vu la très faible quantité

102


présente sur le solide. Par ailleurs, certaines variations peuvent être dues à des variations ponctuelles dans la qualité des OM incinérées. Le tri sélectif ne semble pas avoir d’impact sur les teneurs des éléments traces et donc sur le potentiel polluant intrinsèque des mâchefers. Par ailleurs, il faut toujours garder à l’esprit les difficultés d’échantillonnage des MIOM et la représentativité, toute relative, des échantillons analysés.

4.2.4 Les autres composés La Figure 8 présente les teneurs en soufre, chlorure, carbone organique et carbone minéral en pourcentage massique dans les MIOM A et B. Pour chacun des quatre éléments analysés, les teneurs sont plus élevées dans le MIOM B. Compte tenu des écart-types, les écarts observés dans les teneurs en soufre et chlorures entre les 2 MIOM sont significatifs alors que ceux observés pour le carbone organique et minéral le sont nettement moins.

C minéralCorgClS tot0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

%

MIOM A MIOM B

Figure 8: Teneur en soufre, chlorure et carbone

4.3 Caractérisation minéralogique par diffraction de rayons X D’une manière générale, la diffraction de rayons X permet d’identifier les phases cristallines présentes à hauteur de quelques pourcents dans l’échantillon. Cependant, les diffractogrammes obtenus (Figure 9) sont difficiles à interpréter et ne nous permettent d’identifier que les composés bien cristallisés majoritaires. L’hétérogénéité des matériaux, la difficulté de l’analyse de mélanges complexes en

103


cas de superposition des pics ne permettent pas de préciser le pourcentage des espèces cristallisées, il s’agit donc ici que d’une analyse qualitative.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

2θ (°, Co)

Inte

nsité

(cps

)

MIOM A

MIOM B

Figure 9: Diffractogramme des MIOM A et B

Le premier résultat marquant est la «bosse» du diagramme (Figure 10) qui représente la phase amorphe du matériau et qui pourrait être plus importante dans le MIOM A que dans le MIOM B. Ce constat était prévisible car il va tout à fait dans le sens du tri du verre, puisque la phase amorphe représente en grande partie la phase vitreuse. Le diffractogramme montre donc que la phase vitreuse semble plus faible dans le MIOM B que dans le MIOM A. Mais encore une fois, la DRX sur poudre ne permet pas d’analyse quantitative de ce paramètre.

104


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

2θ (°, Co)

Inte

nsité

(cps

)

MIOM A

MIOM B

Phase vitreuse (amorphe)

Figure 10 : Diffractogramme: représentation de la phase amorphe

Lorsque l’on s’attarde sur les pics (Figure 11), on note une similitude dans la composition minéralogique des deux mâchefers mais en proportion parfois différente, les hauteurs de pics n’étant pas les mêmes sur les deux diffractogrammes.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

2θ (°, Co)

Inte

nsité

(cps

)

MIOM A

MIOM B

Q CP

HG Co

Q

G

C G

M

P

HP

MCo

C

Q MG

Al

QCG

Q

H Q

CMCo

CMHMG

QGHC

CP

G

Q

Al

G

W

Al: aluminiumC: calciteCo: corindonG: géhléniteH: hématiteM: magnétiteP: pérovskiteQ: quartzW: wüstite

Figure 11: Diffractogramme: identification des pics

L’identification des pics montre la présence majoritaire des espèces cristallisées suivantes : quartz, calcite, aluminium, magnétite, hématite, géhlénite.

105


Il est en fait assez difficile de faire une comparaison quantitative entre les deux MIOM car plusieurs composés peuvent avoir des angles de diffraction identique. Les deux diffractogrammes montrent cependant que le MIOM B semble contenir moins de quartz et plus de géhlénite. Le Tableau 2 présente les minéraux recherchés, ceux qui sont présents et ceux qui sont potentiellement présents mais pour lesquels on ne peut pas conclure de manière absolue avec cette technique (les pics se chevauchent parfois). Pour pouvoir conclure de manière certaine, il serait intéressant de faire des analyses complémentaires (Microscope Electronique à Balayage (MEB) ou microsonde).

Famille Nom Formule Présence CommentairesQuartz SiO2 Oui plus présent dans le MIOM ACalcite CaCO3 Oui

Chlorures Sylvite KCl Non identifiéHalite NaCl ~0

Sulfates Anhydrite CaSO4 ~0Gypse CaSO4,2H2O Non identifié

Bassanite CaSO4,5H2O ~0Oxydes de fer Wüstite FeO Oui

Magnétite Fe3O4 OuiHématite Fe2O3 OuiGehlenite Ca2Al2SiO7 Oui plus présent dans le MIOM B

Al Aluminium Al OuiCorindon Al2O3 Assez faible

Oxydes de Ti Perovskite CaTiO3 possibleTitanite (CaTiSiO4)O Non identifiéRutile TiO2 Non identifiéChaux CaO Non identifié

Portlandite Ca(OH)2 Non identifiéEttringite Ca6Al2(SO4)3(OH)12.26H20 Non identifiéAnorthite (Ca,Na)(Si,Al)4O8 possible

Clhoroaluminate hydraté Ca2Al(OH)6Cl.2H20 possible

Tableau 2: Espèces recherchées dans les diffractogrammes

Notre objectif n’était pas d’obtenir une analyse minéralogique complète mais plutôt d’avoir un aspect comparatif entre les deux MIOM, c’est pour cela que cette étude n’est pas détaillée davantage.

106


4.4 Caractéristiques géotechniques

4.4.1 Granulométrie Les pourcentages en masse obtenus pour chaque fraction granulométrique sont rassemblés dans le Tableau 3, les courbes résultantes sont présentées sur la Figure 12.

MIOM A MIOM Bpassant au tamis (mm) % cumulé % cumulé

0,1 0,7 3,30,2 1,8 6,40,4 5,2 10,81 15,4 17,32 31,4 32,64 45,4 44,68 65,0 55,8

10 72,2 60,712,5 82,1 67,420 90,8 78,431 96,7 89,940 100,0 100,0

Tableau 3: Distribution granulométrique des MIOM A et B

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10 100

Taille des particules (mm)

% p

assa

nt

MIOM A MIOM B

Figure 12: Courbes granulométriques des MIOM A et B

Les deux matériaux, MIOM A et MIOM B, ont une courbe granulométrique bien étalée entre 0 et 31,5 mm. Ils possèdent respectivement un passant à 2 mm de 31% et 33%, et un passant à 100 mm de 0,7% et 3,3%. Il s’agit donc dans les deux cas

107


d’une grave à faible teneur en fines. Ces valeurs sont en accord avec le cahier des charges, pour une utilisation en technique routière, qui préconise une valeur de tamisat à 80µm inférieure à 12% et de tamisat à 2 mm inférieure à 70%. Les résultats montrent que les deux matériaux ont une distribution granulométrique assez proche. Le MIOM B semble, cependant, avoir une teneur en ultra-fines (< 400 µm) plus importante, 11% pour le MIOM B contre 5% pour le MIOM A. Le MIOM B possède également un taux de grosses particules plus importantes, 44%de la granulométrie est supérieur à 10 mm contre 35%. La remarque concernant les ultra-fines peut être confirmée par un aspect visuel et au toucher car il s’est avéré que lors de manipulation de ce matériau, celui-ci était beaucoup plus pulvérulent que le MIOM A. Les écarts observés sur les différentes fractions granulométriques sont difficiles à interpréter. Il n’est pas possible de les attribuer à un effet de collecte sélective. D’une manière générale, l’hétérogénéité granulométrique des MIOM peut être attribuée à d’autres procédés que ceux liés à l’incinération tels que les post et pré-traitements.

4.4.2 Essai PROCTOR et IPI La teneur en eau optimum (W%), la densité sèche (d) et l’IPI des MIOM A et B sont reportés dans le Tableau 4.

MIOM A MIOM B

d (t/m3) 1,66 1,60W% 14,3 19,6IPI 73 53

Tableau 4: Caractéristiques géotechniques des MIOM A et B

Les MIOM A et B ont une densité sèche analogue. La teneur en eau mesurée sur le MIOM A initialement (14,5%) est proche de l’optimum (14,3%) alors que celle mesurée sur le MIOM B (26%) est éloignée de l’optimum (19,6%). Par conséquent, afin d’utiliser le MIOM B en technique routière et obtenir un compactage optimal, il sera nécessaire de diminuer sa teneur en eau. Les valeurs d’IPI pour les deux MIOM sont dans la fourchette des valeurs habituellement observées sur les MIOM français. Cependant, le MIOM B présente un IPI d’environ 30% plus faible que celui du MIOM A, mais nous ne pouvons pas l’attribuer à un effet de collecte sélective.

108


Les deux MIOM respectent le cahier des charges qui préconise un IPI supérieur à 20 pour une utilisation en technique routière.

4.4.3 Valeur de bleu de méthylène La valeur au bleu a été déterminée sur les deux échantillons de MIOM à 3 reprises. Cette valeur est de 0,03 pour le MIOM A et 0,04 pour le MIOM B. La valeur limite préconisée par le cahier des charges pour une utilisation en technique routière est de 0,1. D’après les valeurs au bleu obtenues, les mâchefers peuvent être classés dans la catégorie des sols insensibles à l’eau car la valeur du tamisat à 80 µm est inférieure à 12%. La notion d’insensibilité à l’eau définit la plus ou moins grande variation de portance d’un sol sous l’effet d’une variation donnée de sa teneur en eau. Ainsi, dans le cas du mâchefer, la chute de portance est faible pour une augmentation de sa teneur en eau.

4.5 Comportement à la lixiviation Le comportement des MIOM lors de la lixiviation à différents pH ayant été largement étudié, celui-ci ne sera pas approfondi en tant que tel dans cette partie. Le but de ce test est ici d’étudier, sur un aspect comparatif (MIOM A et B), les quantités d’éléments relarguées en fonction de contextes acido-basiques prédéterminés. Les résultats de ce test sont exprimés de deux manières différentes sous forme de graphiques montrant:

La variation du pH en fonction de la quantité d’acide ou de base ajoutée (meq H+/g de MIOM) traduisant la capacité de neutralisation acido-basique des mâchefers (Figure 13).

La solubilisation des éléments en fonction du pH (Figure 14 et Figure 15). Les analyses ont portés sur 10 éléments (6 métaux majeurs et 4 mineurs), ainsi que sur 2 anions: les sulfates (SO4

2-) et les chlorures (Cl-

).

4.5.1 Capacité de neutralisation acido-basique (CNAB) L’application du test met en évidence le comportement des mâchefers vis-à-vis d’agressions acido-basique. Les valeurs de pH obtenues en fonction de la quantité d’ions H+ ajoutée aux MIOM A et B sont reportées sur la Figure 13.

109


Les courbes peuvent être décomposées en trois parties. Dans un premier temps, elles montrent que le pouvoir basique du MIOM B est supérieur à celui du MIOM A. En effet, les deux mâchefers ont un pH naturel similaire (pH résultant de la mise en contact des MIOM avec de l’eau déminéralisée seule) de 11,3-11,4. Cependant, le pH diminue lentement jusque vers pH 7-8 après ajout de 3 meq H+/g pour le MIOM B alors qu’il ne faut que 1,5 meq H+/g pour le MIOM A. Ceci correspond à la consommation d’une phase solide servant de tampon pour les MIOM (ex: aluminosilicates de calcium). Cette différence entre les deux mâchefers peut s’expliquer par le fait que le MIOM B possède une teneur en calcium et probablement en hydroxyde de calcium (Ca(OH)2) plus élevée. La deuxième partie des courbes représentant un plateau vers pH 7-8 correspond au pouvoir tampon des mâchefers. Cette zone s’explique classiquement par la dissolution des carbonates en ions CO3

2-, selon la réaction: CaCO3 Ca2+ + CO3

2-, neutralisant ainsi les quantités d’acide ajoutées, selon la réaction:

CO32- + H+ HCO3

-

Tant qu’il existe de la calcite, le pH du système est tamponné à cette valeur, quelque soit la quantité d’acide ajoutée, ce qui a pour conséquence le palier observé. Les longueurs de palier observées pour les deux MIOM montrent que le MIOM B est plus carbonaté que le MIOM A. Ceci est d’ailleurs vérifiée par l’analyse du contenu total (1% contre 1,4% de carbone minéral). Enfin, une fois la calcite épuisée, les ions hydrogénocarbonates réagissent de nouveau avec l’acide pour former du dioxyde de carbone selon la réaction:

HCO3- + H+ CO2 (aqueux) + H2O

Ceci a pour conséquence la nouvelle chute brutale de pH jusqu’à une valeur voisine de 4. Cette analyse montre que le MIOM B a une capacité de neutralisation acido-basique plus importante que le MIOM A, son pouvoir tampon est plus élevé, ce qui le rend plus intéressant car il se trouve être plus résistant aux agressions acides extérieures.

110


0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8

meq H+/g MIOM sec

pHMIOM B MIOM A

Figure 13: Capacité de neutralisation acido-basique des MIOM A et B

4.5.2 Relargage des éléments Le test CNAB nous permet également d’étudier la solubilité des éléments en fonction du pH. Deux comportements peuvent être observés :

La solubilisation des espèces est indépendante du pH, tels que pour le sodium ou le potassium

La solubilisation des espèces est dépendante du pH, tels que pour le calcium ou le magnésium. Il s’agit également du cas des métaux amphotères (Pb, Zn…) dont le comportement n’est plus à démontrer et dont la solubilité augmente pour des pH très acides ou très alcalins.

La solubilité des éléments suivants en fonction du pH est représentée sur la Figure 14: Ca, Mg, K, Na, Fe, Al, Cr, Cu, Pb et Zn.

4.5.2.1 Les alcalins et alcalino-terreux Calcium et magnésium

Le comportement de ces deux éléments est bien conforme à celui connu. Les concentrations relarguées augmentent rapidement avec la diminution du pH à partir de pH 10 pour le calcium et de pH 11 pour le magnésium. Comparativement, les quantités de Ca et Mg relarguées pour le MIOM B sont plus importantes que pour le MIOM A:

Calcium : les résultats peuvent s’expliquer par la quantité de cet élément présent dans le matériau qui est plus élevée dans le MIOM B

111


(22% de CaO contre 16%, soit 158500 ppm de calcium contre 116400 ppm). Or, si l’on s’attarde sur les quantités maximum relarguées, elles représentent 50% du contenu total pour les deux mâchefers.

Magnésium : La quantité de MgO est similaire dans les deux MIOM (2,6% contre 2,8%). Or, les quantités maximum relarguées représentent 30% du contenu total pour le MIOM A contre 44% pour le MIOM B. Le magnésium est donc moins disponible à la lixiviation dans le MIOM A. Il se peut qu’une quantité de magnésium plus importante soit emprisonnée dans des phases silicatées. Ceci est cohérent avec une teneur en silice plus élevée dans le MIOM A.

Potassium et sodium

La solubilisation du sodium et du potassium est relativement indépendante du pH, ces espèces peuvent être considérées comme insensibles au contexte chimique. Cependant, les quantités relarguées pour ces deux éléments semblent augmenter légèrement lorsque le pH diminue. Ce constat suppose donc qu’une partie des ces éléments est liée à des phases peu solubles en milieu basique. L’augmentation de la quantité relarguée dans les deux cas semble néanmoins être plus marquée pour le MIOM B.

Potassium : Par comparaison au contenu total, 33% de K est disponible à la lixiviation pour le MIOM B contre 9% pour le MIOM A.

Sodium : De même, 43% de Na est disponible pour le MIOM B contre 16% pour le MIOM A.

Il semble donc qu’une quantité plus élevée de K et Na soient associées à des phases peu solubles dans le cas du MIOM A. La teneur en silice plus élevée dans ce mâchefer est certainement responsable de son comportement à la lixiviation. D’un constat général, quelque soit l’élément étudié ci-dessus et le pH d’analyse, les quantités relarguées par le MIOM B sont toujours supérieures au MIOM A.

4.5.2.2 Relargage des métaux Les métaux majoritaires : Fe et Al

Le comportement du fer et de l’aluminium est identique et conforme à celui connu, pour les MIOM A et B. Les quantités relarguées sont équivalentes pour les deux MIOM, quelque soit le pH, et ce, malgré le fait que le MIOM B contienne environ 40% en plus de fer et d’aluminium. Le maximum lixiviable est inférieure à 10% du contenu total pour les deux matériaux.

112


Les métaux minoritaires : Cr, Cu, Pb et Zn Chrome : La teneur en chrome est similaire dans les deux

matériaux. Dans les deux cas, les quantités maximum relarguées représentent moins de 1% du contenu total. Le chrome est donc très peu disponible à la lixiviation.

Cuivre : Les quantités de cuivre lixiviées sont légèrement plus élevées dans le cas du MIOM B. Elles représentent en moyenne 0,3% du contenu total pour le MIOM A et 1,5% pour le MIOM B.

Plomb : Cet élément est un métal amphotère dont la solubilisation dépend fortement du pH. Pour des pH basiques, les deux MIOM relarguent des quantités de plomb équivalentes. Mais pour des pH acides, les quantités relarguées pour le MIOM A sont supérieures à celles du MIOM B. Ceci peut s’expliquer par la composition du MIOM A qui contient une teneur en plomb supérieure de 20% par rapport au MIOM B.

Zinc : Cet élément est également un métal amphotère. Pour des pH basiques, un minimum de solubilisation est observé. Les concentrations relarguées sont similaires pour les deux MIOM. Mais pour les pH acides (<6), les quantités relarguées sont plus importantes pour le MIOM B. Or, les deux matériaux ont la même teneur en zinc initialement. Nous observons alors que 30% du contenu total est lixiviable pour le MIOM A contre 56% pour le MIOM B. Il semble donc que le zinc est moins disponible dans le MIOM A, il est encore une fois probablement piégé dans des phases silicatées peu solubles.

113


114

Relargage du calcium

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

mg/

l Ca MIOM A

MIOM B

LD

Relargage du magnésium

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

100

1000

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

mg/

l Mg MIOM A

MIOM B

LD

Relargage du potassium

050

100150200250300350400450500

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

mg/

l K

MIOM AMIOM BLD

Relargage du sodium

0100200300400500600700800900

1000

-1 4 9 14

pH

mg/

l Na MIOM A"

MIOM B

LD

Relargage du fer

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

100

1000

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

mg/

l Fe MIOM A

MIOM B

LD

Relargage de l'aluminium

0,001

0,01

0,1

1

10

100

1000

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

mg/

l Al MIOM A

MIOM B

LD

Relargage du chrome

0,001

0,01

0,1

10 2 4 6 8 10 12 14

pH

mg/

l Cr MIOM A

MIOM B

LD

Relargage du cuivre

0,001

0,01

0,1

1

10

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

mg/

l Cu MIOM A

MIOM B

LD

Relargage du plomb

0,001

0,01

0,1

1

10

100

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

mg/

l Pb

MIOM A

MIOM B

LD

Relargage du zinc

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

100

1000

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

mg/

l Zn MIOM A

MIOM B

LD

Figure 14: Relargage des métaux en fonction du pH (LD : Limite de Détection)


4.5.2.3 Relargage des anions

La Figure 15 représente la solubilité des chlorures et des sulfates des deux MIOM en fonction du pH.

Chlorures : le comportement des chlorures peut être considéré comme indépendant du pH. Les quantités relarguées sont bien supérieures pour le MIOM B. Mais ceci s’explique par l’analyse du contenu total, le MIOM B contenant environ 2 fois plus de chlorures. Si l’on compare les quantités relarguées au contenu total, nous notons que pour les deux mâchefers le maximum lixiviable correspond à environ 70% du contenu total.

Sulfates : les deux MIOM ont le même comportement, la solubilisation augmente tandis que le pH diminue pour atteindre son maximum vers pH 7, puis la solubilité des sulfates décroît pour des pH acides. Les quantités lixiviées sont similaires pour les deux MIOM à des pH basiques et supérieures pour le MIOM B lorsque le pH devient inférieur à 7. Ce comportement est compréhensible puisque le MIOM B possède une teneur en sulfates plus importante. Par ailleurs, les quantités maximales relarguées sont équivalentes pour les deux MIOM et égales à 80%.

Les différences observées entre les deux MIOM semblent essentiellement dues aux teneurs en chlorures et sulfates présentes dans les deux matériaux initialement.

Relargage des chlorures

0

100

200

300

400

500

600

700

0 2 4 6 8 10 12

pH

chlo

rues

mg/

l

MIOM AMIOM B

Relargage des sulfates

0

200

400

600

800

1000

1200

0 2 4 6 8 10 12

pH

sulfa

tes

mg/

l

MIOM AMIOM B

Figure 15: Relargage des chlorures et sulfates

4.6 Evaluation du potentiel écotoxique Cette partie présente une synthèse des effets obtenus à partir des quatre bioessais réalisés sur les MIOM A et B, et effectués dans le cadre de la thèse de Lucile Barthet (2003). Le détail des résultats est présenté en annexe.

115


Au cours de cette étude nous avons voulu voir les différences de toxicité potentielle existant entre les mâchefers issus de collectes classiques et de collectes sélectives. Les différentes lixiviations entraînent des lixiviats à pH différents par ajout de différentes quantités d’acide. Ces différences de pH vont influencer la teneur des métaux présents en solution et donc leur bio-disponibilité vis-à-vis des organismes. Les résultats obtenus varient en fonction du test d’écotoxicité pratiqué :

Les résultats obtenus pour l’activité enzymatique phosphatase de Chlorella vulgaris montrent que le temps de contact joue un rôle sur la qualité de la réponse obtenue. Les algues s’acclimatent au cours du temps au milieu des lixiviats, lorsque celui-ci est dilué. Les lixiviats les plus chargés en métaux (principalement plomb et zinc) restent cependant toxique pour les algues.

Les tests d’activité enzymatique de Saccharomyces Cerevisiae et d’activité enzymatique estérase montrent une action des lixiviats selon une relation dose-effet. Par ailleurs, plus le temps de contact est élevé, plus les lixiviats ont une action inhibitrice sur l’activité enzymatique.

Le test de croissance montre que les lixiviats sont plutôt toxiques pour les algues Pseudokirchneriella subcapitata, même pour des concentrations en lixiviats de 0,5%. Les résultats de ce test montrent que les deux MIOM ont la même toxicité vis-à-vis de la croissance algale.

Cette remarque est, par ailleurs, confirmée par la cytométrie de flux qui montrent l’atteinte à l’intégrité des cellules.

D’une manière générale, les résultats des différents tests ont montré que les lixiviats sont plutôt toxiques, bien que cet effet diminue lorsque ceux-ci se trouvent dilués. Aucune distinction n’a été démontrée quant à un impact plus prononcé pour le MIOM issu de collecte classique ou de collecte sélective.

116


5 Conclusion

Le but de cette caractérisation était, au travers de la mise en œuvre d’un grand nombre de méthodes d’analyses complémentaires, d’aboutir à une meilleure connaissance des propriétés des MIOM A et B et de tenter d’apporter des informations quant à un impact du tri sélectif sur le devenir des mâchefers. - La détermination du contenu total à montré une nette différence quant à la teneur de deux éléments majoritaires. Le taux de silice est inférieur de près de 20% pour le MIOM B. Et le taux de chaux a quant à lui augmenter de près de 6%. Cette hausse du taux de calcium peut-être attribué à une augmentation relative due à la diminution de la teneur en silice. - La teneur des éléments mineurs est similaire dans les deux MIOM. Par conséquent la collecte sélective ne semble pas avoir d’impact sur le contenu des éléments représentant la partie potentiellement polluante. - La diffraction X a présenté une très nette similitude dans la composition des espèces minérales des deux MIOM. Les espèces majoritaires déterminées sont le quartz, la calcite, l’aluminium, la magnétite, l’hématite et la géhlénite. Cependant, les diffractogrammes ont montré que la phase vitreuse composant le MIOM B était moins importante que celle du MIOM A. Ce résultat montre l’influence du tri du verre sur la composition minéralogique, la teneur en composé amorphe et vitreux tend à diminuer. - Les tests géotechniques ont montré que les deux MIOM répondaient au cahier des charges pour une utilisation en technique routière quant aux propriétés d’état (granulométrie, optimum Proctor, IPI et VBS) - Le comportement à la lixiviation des éléments majoritaires a montré que, d’une manière générale, les quantités relarguées sont plus importantes pour le MIOM B. Cela peut s’expliquer pour certains éléments par la composition élémentaire sur le solide. En effet, la teneur en silice étant plus faible dans ce matériau, les autres éléments ont vu leur teneur augmenter. La solubilité d’éléments comme le potassium étant indépendante du pH, le contenu total étant plus élevé, le relargage sera également plus élevé. Cependant, cette différence de comportement à la lixiviation pourrait également être due à une moindre proportion de phases silicatées (moins de silice) qui sont souvent citées comme pouvant piéger les métaux lourds. - Les tests écotoxicologiques réalisés au cours de cette étude ont montré que les deux mâchefers peuvent être toxiques lorsque ceux sont concentrés mais que cet

117


effet tendait à diminuer voir disparaître lorsqu’il se trouvent diluer. Par ailleurs, aucune distinction significative n’a été observée quant à un impact plus ou moins prononcé du MIOM B. L’ensemble des résultats obtenus par ces nombreuses méthodes analytiques a permis une caractérisation physico-chimique de nos deux mâchefers. Nous pouvons dès lors envisager l’étude de leur maturation et observer leur comportement à la carbonatation.

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CHAPITRE 2 CARACTÉRISATIONS DES MÂCHEFERS: MATÉRIELS, MÉTHODES ET...

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