Barrières perméables réactives et traitement des métaux dissous

David Blowes, professeur, Université de Waterloo, 2001 - 2004
Enjeu

Les barrières perméables réactives (BPR) ont été reconnues comme une technologie rentable de décontamination des eaux souterraines. Au cours des dix dernières années, les systèmes de BPR sont rapidement passés du stade d’études à petite échelle au stade d’applications à échelle réelle. À l’heure actuelle, l’utilisation de fer à valence zéro est un traitement couramment accepté pour certains métaux. Cependant, plusieurs autres métaux dissous ne font pas l’objet d’applications de traitement au-delà de sites délimités, malgré des données probantes provenant d’études en laboratoire qui démontrent le potentiel de traitement d’une plus large gamme de métaux dissous. Afin d’évaluer le potentiel d’une application répandue des BPR, il convient d’effectuer plus de recherche sur les coûts économiques et les avantages des systèmes de BPR, ainsi que sur leur rendement à long terme. 

Projet

L’équipe de recherche a proposé d’élaborer et d’appliquer un protocole de laboratoire rigoureux visant à tester et comparer différentes matières réactives en vue de traiter des eaux souterraines contaminées. Ces matières réactives ont ensuite été évaluées sur le terrain et rangées par ordre de rendement relatif. Les résultats expérimentaux ont révélé que les mélanges réactifs contenant des combinaisons de carbone organique étaient plus réactifs que les sources individuelles de carbone et que le fumier de volaille constituait un additif efficace.

Au moyen d'approches basées sur la modélisation numérique, les chercheurs ont ajusté les résultats de façon à prédire le rendement et la longévité des installations sur le terrain. Trois sites ont été caractérisés afin d’évaluer l’influence des composantes du mélange sur les taux de réduction des sulfates et d’élimination des métaux. Les analyses des isotopes environnementaux ont révélé des processus actifs faisant intervenir des microorganismes dans toutes les barrières. Les résultats provenant des études de caractérisation bactériologique, microbienne et minérale ont permis d’établir des paramètres et des contraintes d’entrée pour la modélisation du transport des solutés réactifs. Le modèle a servi à simuler le rendement des barrières réactives caractérisées lors des études sur le terrain, au moyen de données obtenues sur chaque site.

Afin de démontrer le rendement à long terme des systèmes de BPR, les chercheurs ont effectué un échantillonnage détaillé de trois systèmes, ce qui leur a donné un rapport dans le temps sur le taux et la portée des réactions géochimiques survenant à l’intérieur des barrières. Des mesures ont été prises sur l’un des sites tous les trois mois afin d’assurer une continuité dans les données provenant du terrain.

Finalement, un modèle d’analyse coûts-bénéfices a été mis au point en vue d’évaluer et de comparer les coûts potentiels associés à l’adoption d’un système de barrière réactive, d’une part, et d’un système conventionnel de pompage et traitement, d’autre part. Ce modèle est basé sur une évaluation des coûts obtenue auprès de détenteurs de sites individuels et devrait être applicable à grande échelle. 

Produits
  • Participation au réseau ITRC et au Remedial Technology Demonstration Forum (Forum de démonstration des technologies de décontamination); aide à la préparation des documents d’orientation de l’ITRC (accessibles à www.itrcweb.org) et formation de l’ITRC. La préparation à la formation s’est échelonnée sur toute l’année 2004. Le premier cours a eu lieu le 26 avril 2005 et a attiré quelque 180 participants.
  • Le projet lui-même a contribué à la publication de 5 articles de revue examinés par des pairs, à 14 présentations d’articles lors de conférences et à 35 présentations de conférence.
  • Les résultats du projet ont été présentés lors de réunions du RCE, ainsi que dans le cadre de rencontres et symposiums scientifiques nationaux et internationaux. En ce qui concerne le PHQ, le projet a contribué à la formation de neuf étudiants de maîtrise, huit étudiants de doctorat, deux chercheurs postdoctoraux et un chercheur en visite.
  • Le projet a mené à l’élaboration d’un protocole expérimental permettant d’évaluer l’efficacité d’éléments réactifs. On a modifié le modèle de transport des solutés réactifs de façon à inclure l’effet de la précipitation minérale secondaire sur la perméabilité et le rendement des BPR.
Résultats
  • Connaissances accrues en lien avec l’application à grande échelle des technologies de BPR.
  • Le projet a mis au point un protocole d’évaluation économique permettant de réaliser des analyses de coûts et d’ainsi valider l’adoption des technologies de BPR. De plus, le suivi des systèmes existants de BPR a produit des données probantes sur le rendement à long terme des systèmes de BPR, une des principales questions qui limitent actuellement son application à grande échelle.
  • Les chercheurs ont activement travaillé avec des organismes de réglementation sur l’évaluation et l’acceptation de cette technologie. Les résultats du projet ont contribué à la décision de deux des commanditaires industriels, Placer Dome et Falconbridge, de procéder à la construction d’installations de barrières réactives à grande échelle. De plus, l’EPA (Agence de protection environnementale) américaine a construit un système de barrière réactive à grande échelle en collaboration avec l’Université de Waterloo. 
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Équipe de Recherche et Partenaires:

Équipe de Recherche

David Blowes, professeur, Université de Waterloo
Réjean Samson, professeur, École Polytechnique de Montréal

Partenaires

Environnement Canada
Ressources naturelles Canada
Falconbridge
Placer Dome
Cambior