Fiche descriptive : Barrières réactives/passives perméables ‐ in situ

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

Une barrière réactive/passive perméable est constituée de matériaux réactifs placés dans le sol, en aval de l’enclave de contamination dissoute et généralement perpendiculairement à la direction d’écoulement des eaux souterraines. Le but étant que l’eau souterraine contaminée traverse les matériaux réactifs afin d’y être traitée. Les contaminants qui traversent la barrière réactive/passive perméable seront adsorbés, dégradés ou transformés en composés non toxiques ou à toxicité réduite.

La barrière réactive/passive peut être installée de façon permanente ou temporaire. Les matériaux qui composent les barrières peuvent être adsorbants comme la tourbe et le charbon activé granulaire, des stimulateurs pour la biodégradation comme des composés à libération d’oxygène ou encore des agents chélateurs ou le fer zérovalent qui provoquent une transformation des contaminants en espèces non toxiques ou immobiles.

Différentes techniques de mise en place sont possibles pour créer une barrière réactive/passive perméable. Les deux principales sont l’excavation d’une tranchée et la mise en place des matériaux réactifs et leur injection à partir de puits d’injection ou de différentes techniques d’injection utilisées dans les forages.

Les barrières réactives/passives perméables sont souvent proposées comme une alternative à la technologie de pompage et traitement de l’eau souterraine. Idéalement les systèmes sont passifs et requièrent très peu d’entretien régulier à la suite de leur installation. 

Liens internet :

Mise en œuvre de la technologie

La technologie de barrières réactives/passives peut inclure :

  • la mobilisation, l’accès au site et la mise en place d’installations temporaires;
  • l’aménagement de la barrière (tranchée ou forage) et la mise en place des matériaux réactifs;
  • L’installation d’une ou plusieurs zones de traitement parallèles ou en série, si applicable;
  • l’installation de parois imperméables (mur en palplanches, mur de boue étanche, mélange in situ de sols-ciment) ou de drains souterrains à haute perméabilité de manière à canaliser l’eau souterraine contaminée vers la zone de traitement, si applicable.

Remarque :

Dans certains cas, les barrières devront être excavées à la fin de leur vie utile. Ceci peut-être nécessaire par exemple pour le remplacement des matériaux réactifs.     

Matériaux et entreposage

L’entreposage sur le site peut inclure les matériaux réactifs et le système d’injection, si applicable, les carburants, les lubrifiants et autres matériaux de chantier requis pour l’opération de la machinerie ou de l’équipement en vue de la mise en œuvre du procédé. D’autres matériaux requis pour l’aménagement de la zone de traitement peuvent être entreposés sur le site durant les travaux de construction. Une fois les systèmes installés, peu ou aucun matériel n’est conservé sur place à moins que le système nécessite un composant actif, comme un diffuseur d’oxygène ou un système d’injection d’amendements (peroxyde d’hydrogène, nutriments, etc.).

Résidus et rejets

Des sols pouvant être contaminés, devront être disposés lorsqu’il est nécessaire d’excaver et de les remplacer par des matériaux réactifs constituant la barrière ou lorsque des puits d’injection sont mis en place (déblais de forage). L’eau souterraine traitée s’écoule hors de la zone de traitement en aval hydraulique et pourrait contenir des contaminants résiduels.

Certains procédés mis en place dans les barrières peuvent générer des rejets. Par exemple, certains procédés biologiques peuvent libérer du méthane ou du sulfure d’hydrogène, les systèmes munis de diffuseurs d’air actifs peuvent causer un certain degré de volatilisation in situ des contaminants volatils, qui sont ainsi rejetés dans l’atmosphère, etc.

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses chimiques

  • pH
  • La concentration des contaminants présents dans les phases :
    • dissoutes
    • libres
  • Potentiel d'oxydoréduction
  • La teneur en matière organique totale et dissoute
  • La concentration en composés ou matières réagissant avec le matériaux réactif incluant :
    • les métaux (totaux et dissous)
    • les carbonates
    • les composés sulfurés
    • les composés azotés

Analyses physiques

  • La concentration en oxygène dissous
  • L'analyse granulométrique

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Sans objet.

Autre information recommandée pour une caractérisation détaillée

Phase II

  • La profondeur et l'étendue de la contamination
  • La présence de récepteurs potentiels
  • La présence d’infrastructures de surface et souterraines 
  • La nature et la stratigraphie des sols

Phase III

  • La détermination des voies préférentielles de migration des contaminants
  • La connaissance détaillée de la géologie et de l'hydrogéologie incluant :
    • la direction d'écoulement des eaux souterraines
    • la conductivité hydraulique
    • les fluctuations saisonnières
    • le gradient hydraulique

Remarques :

Des essais préliminaires, des essais de traitabilité et un essai pilote pourraient être nécessaires pour évaluer :

  • La formule optimale de réactif selon le type de contaminant et la géochimie des eaux souterraines;
  • La demande en oxygène (si le traitement est biologique)
  • Les taux d’injection des réactifs (par exemple dans le cas d’injection de réactifs en forage)
  • Les pressions et le débit d’opération pour les systèmes complémentaires à la barrière (par exemple, pour des systèmes d’injection en continu ou des systèmes de récupération de vapeurs, etc.)
  • Les dimensions optimales (forme, épaisseur, largeur, profondeur)
  • Le temps de résidence des contaminants dans la barrière pour assurer leur traitement
  • La qualité des rejets associés au procédé, comme la génération de sous-produits de réaction, le cas échéant
  • Les propriétés hydrogéologiques de l’aquifère

Applications

La technologie de barrière réactive/passive s’applique autant dans les aquifères peu perméables que perméables et de préférence dans des milieux relativement homogènes. Cependant, la mise en place de la barrière par excavation peut être limitée par la profondeur et par le roc. Dans ces conditions, une zone réactive peut être mise en place par l’injection des matériaux réactifs via des puits d’injection.

Applications aux sites en milieu nordique

  • La technologie est possible en milieu nordique, cependant, les sites éloignés nécessitent une mobilisation plus importante, ce qui entraîne des coûts de surveillance sur place plus élevés. De plus, la disponibilité des équipements est limitée et les fenêtres de travail sont relativement courtes.
  • Cette technologie peut être utilisée à des endroits éloignés, sans services ni électricité.
  • La télémétrie peut être utilisée pour la surveillance à distance des conditions du site.

Type de traitement

Type de traitement
Type de traitementS’applique ou Ne s’applique pas
In situ
S’applique
Ex situ
Ne s’applique pas
Biologique
S’applique
Chimique
S’applique
Contamination dissoute
S’applique
Contamination résiduelle
Ne s’applique pas
Contrôle
Ne s’applique pas
Phase libre
Ne s’applique pas
Physique
S’applique
Résorption
S’applique
Thermique
Ne s’applique pas

État de la technologie

État de la technologie
État de la technologieExiste ou N'existe pas
Démonstration
Existe
Commercialisation
Existe

Contaminants ciblés

Contaminants ciblés
Contaminants ciblésS'applique, Ne s'applique pas ou Avec restrictions
Biphényles polychlorés
Ne s'applique pas
Chlorobenzène
S'applique
Composés inorganiques non métalliques
S'applique
Composés phénoliques
S'applique
Explosifs
Ne s'applique pas
Hydrocarbures aliphatiques chlorés
S'applique
Hydrocarbures aromatiques monocycliques
S'applique
Hydrocarbures aromatiques polycycliques
S'applique
Hydrocarbures pétroliers
S'applique
Métaux
S'applique
Pesticides
Ne s'applique pas

Durée du traitement

Durée du traitement
Durée du traitementS’applique ou Ne s’applique pas
Moins de 1 an
Ne s’applique pas
1 à 3 ans
Ne s’applique pas
3 à 5 ans
Ne s’applique pas
Plus de 5 ans
S’applique

Remarques :

Le temps de traitement peut être très long et même indéfini. Tant et aussi longtemps que la source de contamination est présente et active, la barrière sera possiblement requise.

Considérations à long terme (à la suite des travaux d'assainissement)

Puisque la barrière peut être requise pendant une longue période ou indéfiniment, des activités régulières de surveillance de la qualité de l’eau souterraine en amont et en aval hydraulique de la barrière doivent être maintenues afin de vérifier la performance de la barrière. 

La consommation des matériaux réactifs peut entraîner, au fil du temps, une baisse d’efficacité. Également, une réduction de la perméabilité de la barrière peut apparaitre avec le temps (encrassement, précipitations, colmatage, etc.). Ces phénomènes auront pour effet de diminuer son rendement. Un remplacement ou un nettoyage peuvent alors être requis.

Produits secondaires ou métabolites

Généralement, cette technologie ne génère pas de produits secondaires. Néanmoins, elle peut modifier les conditions rencontrées dans les sols où certains composés, entre autres, peuvent être transformés en substances toxiques. Les produits secondaires dépendent des contaminants, des matériaux réactifs et des caractéristiques de l’eau souterraine. Par exemple, le traitement de solvants chlorés peut entraîner la création de dichloroéthylène et/ou de chlorure de vinyle.

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • Cette technologie peut être limitée par la profondeur de la contamination, par l’hétérogénéité des sols et par la présence d’infrastructures souterraines.
  • Il y a un risque que certains des contaminants traversent la barrière sans subir de traitement ou que certains contaminants ne traversent pas la zone réactive.
  • La perméabilité de la barrière réactive peut diminuer avec le temps en raison de la précipitation des métaux et/ou de l’adsorption de particules sur les matériaux réactifs.
  • Les coûts d’installation de cette technologie la rendent moins avantageuse pour le traitement de petits volumes de contamination.
  • L’aménagement de la barrière réactive peut modifier considérablement l’écoulement naturel de l’eau souterraine.

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

Des barrières imperméables peuvent servir à diriger l’eau souterraine vers une barrière réactive/passive de taille limitée afin d’être traitée. De plus, les barrières réactives peuvent être utilisées de concert avec d’autres technologies de traitement in situ telles que la récupération des liquides immiscibles en phase non aqueuse, un système de recirculation des eaux souterraines pour augmenter le temps de résidence des contaminants dans la barrière, etc..

Traitements secondaires requis

Un système de récupération et de traitement des émissions gazeuses pourrait être nécessaire.

Exemples d'application

Les liens suivants fournissent des exemples d’application :

Performance

Plusieurs études et démonstrations ont apporté la preuve de l’efficacité des barrières réactives/passives perméables à réduire la contamination selon les objectifs de restauration avec des rendements supérieurs à 95 %.

Mesures pour améliorer la durabilité de la technologie et/ou favoriser l’assainissement écologique

  • Considération pour les matériaux disponibles localement et/ou recyclés dans la conception du système
  • Utilisation de murs biologiques (bio-wall), le cas échéant
  • Optimisation de la configuration du mur (entonnoir et fenêtre, etc.) pour réduire la quantité de matériaux réactifs requis
  • Limitation du nombre de visites sur le terrain en utilisant la télémétrie pour la surveillance à distance des conditions du site
  • Évaluation de la provenance des réactifs (par exemple, chaînes d’approvisionnement dans le cadre du processus de fabrication)
  • Utilisation de l’eau souterraine non contaminée pour la préparation des solutions chimiques sur le site, si applicable
  • Examen des possibilités de transport des réactifs pour diminuer les gaz à effet de serre
  • Utilisation de l’approche TRIAD pour la planification et l’exécution des étapes de caractérisation du site afin d’optimiser les efforts en caractérisation et réduire l’empreinte écologique de ces travaux
  • Implantation de la technologie et remise en état du site qui optimisent la protection des habitats écologiques et/ou qui améliorent la qualité de ces habitats

Impacts potentiels de l'application de la technologie sur la santé humaine

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Références

Auteur et mise à jour

Fiche rédigée par : Mélanie Bathalon, B.Sc, CEMRS

Mise à jour par : Jennifer Holdner, M.Sc., Travaux publics et Services gouvernementaux Canada

Date de mise à jour : 29 avril 2014

Dernière mise à jour par : Nathalie Arel ing., M.Sc., Frédéric Gagnon CPI., Sylvain Hains ing., M.Sc., Golder Associés Ltée

Date de mise à jour : 21 mars 2022

Version :
1.2.5