Fiche descriptive : Chauffage électromagnétique

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

Le chauffage électromagnétique in situ des sols, aussi appelée chauffage par radio fréquence, consiste en l’émission d’ondes électromagnétiques à diverses fréquences afin d’accélérer les mouvements moléculaires dans les sols et d’augmenter la température dans la matrice de sol. Les technologies électromagnétiques ajoutent suffisamment de chaleur au sol pour dépasser le point d’ébullition de l’eau souterraine, une température généralement suffisante pour volatiliser les contaminants ciblés. La vapeur résultante (eau et contaminants volatils) est extraite à travers des puits de collecte en utilisant un système d’extraction multiphasique (EMP) ou un système d’extraction de vapeur du sol (EVS) et traitée à la surface du sol. Le chauffage électromagnétique des sols peut être effectué en utilisant des radiofréquences ou des micro-ondes. La chaleur générée favorise la volatilisation des contaminants organiques volatils et semi-volatils contenus (COV et COSV, respectivement) dans le sol.

La technique s’applique également aux liquides légers en phase non aqueuse (LLPNA). Le chauffage électromagnétique permet de chauffer les sols à une température pouvant atteindre 300 °C et est efficace dans les sols à faible perméabilité et dans le substratum rocheux.

Le chauffage électromagnétique est connu depuis des décennies comme une technique efficace pour chauffer de grands volumes de sols in situ. L’application de cette technologie pour l’extraction du pétrole et la réhabilitation des sols sont bien étudiées. Cependant, le développement commercial de cette technique demeure incomplet.

Lien Internet :

Mise en œuvre de la technologie

Les systèmes de chauffage électromagnétique peuvent comprendre :

  • La caractérisation physique et chimique du sol ou des sédiments (y compris la cartographie du sous-sol);
  • La mobilisation des équipements (le matériel de forage, le matériel des électrodes, le matériel des puits de récupération des vapeurs, le système de récupération de vapeur, le système de traitement de vapeur, l’unité d’alimentation électrique, le panneau de contrôle, etc.) et la mise en place d’installations temporaires et les considérations d’accès au site;
  • L’installation des électrodes;
  • L’installation de puits d’extraction pour des systèmes EVS et EMP;
  • L’installation de conduites isolées de transport de la vapeur; 
  • L’installation d’un système de collecte et de traitement de vapeur (système sous vide); comprenant un équipement de refroidissement et de séparation de phases;
  • Le retrait des équipements et le démantèlement des puits d’extraction.

Matériau et entreposage

Les puits d’extraction (EMP ou EVS) contiennent une quantité importante d’eau. Le système de traitement en surface doit comprendre des unités pour la séparation air/liquide, de condensation de vapeur, de refroidissement de vapeur, de condensats et de liquides, la séparation des phases liquides non aqueuses, le traitement de l’eau et le traitement des vapeurs. Le système de traitement de l’eau peut être composé d’une unité de refroidissement et d’unités d’adsorption sur charbon. Les systèmes de traitement de la vapeur sont généralement composés d’unités de combustion (oxydation thermique, oxydation catalytique) ou d’unités de filtration/adsorption (charbon activé, biofiltration).

L’équipement de traitement est fourni par l’un des sous-traitants spécialisés dans ce type de travaux d’assainissement;

De l’espace d’entreposage de taille suffisante est nécessaire pour abriter l’unité de chauffage électromagnétique ainsi que les unités de traitement de l’eau et de la vapeur.

Résidus et rejets

  • Les résidus dépendent des procédés de traitement de l’eau et de la vapeur utilisés;
  • Le système de traitement de l’eau générera des eaux traitées qui devront être disposées et qui pourront potentiellement générer des liquides en phase non aqueuse;
  • Les systèmes de contrôle des émissions atmosphériques les plus courants utilisent du charbon activé granulaire ou un procédé d’oxydation (avec ou sans catalyseur). Le charbon activé granulaire utilisé doit être transporté hors site de manière périodique afin d’être régénéré ou éliminé. Dans le cas des unités d’oxydation catalytique, l’oxydation de composés organiques chlorés produit de la vapeur acide. Cette vapeur est généralement gérée au moyen d’un épurateur au caustique. Dans un tel cas, l’eau de lavage devra aussi être neutralisée et éliminée de manière périodique.

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses biologiques

  • Le dénombrement de la population bactérienne hétérotrophe totale et de la population bactérienne spécifique (selon le ou les contaminants d’intérêt)

Analyses physiques

  • La teneur en eau du sol
  • L'analyse granulométrique
  • La conductivité thermique du sol
  • Les caractéristiques physiques du contaminant incluent :
    • la viscosité
    • la densité
    • la solibilité
    • la pression de la vapeur
  • La tension superficielle eau/liquides immiscibles dans les conditions du site
  • La présence des liquides en phase non aqueuse (légers ou denses)

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Essais biologiques

  • Essai de minéralisation en microcosmes
  • Essai de respirométrie in situ
  • Essai de biodégradation en bac

Essais hydrogéologiques

  • Essai pneumatique

Autre information recommandée pour une caractérisation détaillée

Phase II

  • La profondeur et l'étendue de la contamination
  • La présence de récepteurs :
    • la présence de récepteurs potentiels
    • la présence d'infrastructures de surface et souterraines
    • le risque de migration hors site

Phase III

  • La stratigraphie du sol
  • Une modélisation hydrogéologique
  • 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

Applications

  • Applicable pour les COV et COSV en phase résiduelle localisés dans la zone vadose;
  • Permet la volatilisation des liquides légers en phase non aqueuse (LLPNA);
  • Améliore la volatilisation des composés dans les sols de faible perméabilité.

Applications aux sites en milieu nordique

Les systèmes de traitement thermique ne sont pas nécessairement appropriés pour les sites éloignés qui n’ont pas un accès adéquat aux services d’électricité.

Le froid extrême peut entraver la volatilisation dans les matériaux peu profonds. Toutefois, comme les températures du sol sont relativement constantes au cours de l’année, le chauffage électromagnétique peut toujours être efficace dans les environnements nordiques, en particulier dans les sites où la contamination ciblée est située bien en dessous de la surface du sol.

Les systèmes nordiques nécessitent une conception adaptée au climat, tenant en compte du gel profond, du pergélisol, des changements saisonniers de la saturation et de la perméabilité de l’air, de l’approvisionnement en combustible ou des capacités d’absorption du sorbant. Même avec une alimentation électrique, le chauffage électromagnétique peut être coûteux ou non réalisable en raison des besoins élevés en énergie, de la consommation électrique élevée et des longs temps de chauffage qui sont requis en raison de la géologie difficile et de la perte de chaleur.

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
Ne s’applique pas
Contamination dissoute
Ne s’applique pas
Contamination résiduelle
S’applique
Contrôle
Ne s’applique pas
Phase libre
S’applique
Physique
S’applique
Résorption
S’applique
Thermique
S’applique

État de la technologie

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

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
Ne s'applique pas
Composés phénoliques
Ne s'applique pas
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
Ne s'applique pas
Pesticides
Avec restrictions

Durée du traitement

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

Remarques :

Le chauffage électromagnétique est une technologie à court terme. La durée de traitement peut varier entre 6 et 18 mois, mais le nombre d’exemples d’application est limité.

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

Il n’a pas été observé que le chauffage électromagnétique affecte les propriétés géotechniques. Cependant, des précautions doivent être prises lors du traitement des sols autour ou sous les bâtiments ou les infrastructures.

Produits secondaires ou métabolites

  • Il y a un potentiel limité de sous-produits in situ.
  • La biodégradation de certains contaminants tels que les hydrocarbures aliphatiques chlorés peut générer des métabolites toxiques (par exemple : la transformation biologique du dichloroéthène produit du chlorure de vinyle).

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • Nécessite du courant à haute tension sur le site;
  • Des sols avec beaucoup de matières organiques sont plus difficiles à traiter en raison de leur capacité élevée d’adsorption de contaminants;
  • Ne convient pas pour une contamination inorganique;
  • Le chauffage électromagnétique est une technologie dispendieuse.
  • Dans les aquifères à haute perméabilité, l’écoulement de l’eau souterraine peut empêcher l’atteinte d’une température adéquate;
  • Les chemins préférentiels ou les matrices de sol avec des couches de perméabilité variable peuvent affecter la libération de vapeurs;
  • Lorsque cette technologie est utilisée sur des sites contenant des LDPNA, la mobilisation de LDPNA est possible en raison de la diminution de la viscosité et de tensions interfaciales. Il existe également un potentiel de mouvement descendant des condensats de vapeur;
  • Il faut tenir compte des risques d’effets indésirables sur les bâtiments, les services publics ou autres espaces clos voisins (par exemple, les températures élevées, les concentrations élevées de vapeurs du sol et le potentiel de migration et d’intrusion des vapeurs du sol dans les bâtiments ou les espaces clos);
  • La manipulation, par exemple, de vapeurs de carburant à des niveaux proches de la limite inférieure d’explosivité (LIE) peut présenter un risque d’incendie ou d’explosion;
  • Les objets métalliques enterrés constituent un danger pour la sécurité. Le sous-sol doit être vérifié et cartographié préalablement à l’installation du système de chauffage;
  • Les risques associés à l’exposition à des tensions élevées nécessitent la mise en œuvre de contrôles d’ingénierie.

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

Les technologies biologiques in situ (biostimulation, bioaugmentation et bioventilation) peuvent être utilisées lorsque les températures atteintes sont inférieures à 40 °C après l’application du traitement thermique. Les températures élevées entraînent une biodégradation plus rapide, et il existe des observations qui suggèrent que la recolonisation microbienne des aquifères se produit rapidement après le traitement thermique.

Traitements secondaires requis

  • Système d’extraction des vapeurs;
  • Système de traitement des effluents gazeux.

Exemples d'application

Des exemples d’application sont disponibles aux liens suivants :

Performance

L’efficacité d’un système d’extraction de vapeurs par le chauffage électromagnétique varie selon la nature de la matrice de sol à traiter et les propriétés chimiques du ou des contaminant(s).

Au cours d’une étude pilote à Savannah aux É.-U., la technique de chauffage électromagnétique a permis d’éliminer plus de 170 kg de solvants chlorés dans des sédiments contaminés. Le système a détruit les contaminants avec une efficacité allant de 80 à 95 %. Ce résultat est un exemple de la performance de la technique de chauffage électromagnétique pour une contamination aux TCE et PCE.

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

  • Optimisation de la configuration du dispositif de chauffage afin de réduire les besoins en énergie.
  • Optimisation des équipements liés à l’extraction des vapeurs du sol (par exemple, pompes, systèmes de traitement de l’air).
  • Optimisation du calendrier afin de favoriser le partage des ressources et réduire le nombre de jours de mobilisation.
  • Optimisation des processus de traitement des eaux usées pour réduire les déchets et les biens non durables (charbon activé).
  • Envisager de procéder à une modélisation de la chaleur pour évaluer l’efficacité de la technologie, en particulier dans les zones où les eaux souterraines sont plus fraîches et se déplacent plus rapidement, où les pertes de chaleur pourraient être problématiques.

Références

Auteur et mise à jour

Fiche rédigée par : Mahaut Ricciardi-Rigault, M.Sc., MCEBR

Mise à jour par : Josée Thibodeau, M.Sc, Conseil national de recherches

Date de mise à jour : 1 mars 2008

Dernière mise à jour par : Marianne Brien, P.Eng., Christian Gosselin, P.Eng., M.Eng., Golder Associés Ltée

Date de mise à jour : 31 mars 2018

Version :
1.2.5