Essais cinétiques d’oxydation : quel type d’essai mettre en œuvre ?

Les travaux de creusement de tunnels et gares des futures lignes de métro du Grand Paris Express sont – comme d’autres grands chantiers de ce type – concernés par une problématique importante de gestion de déblais. En particulier, certains sont naturellement riches en minéraux sulfurés.

Les sulfures contenus dans ces déblais, en particulier sous forme de pyrite, entraînent un risque d’évolution dans le temps des matériaux : exposés à l’air et à l’eau météorique, les sulfures peuvent réagir et générer des sulfates lixiviables et de l’acidité. Si cette acidité n’est pas neutralisée par les espèces présentes dans le matériaux (les carbonates par exemple), le pH du milieu peut décroitre et potentiellement induire une libération, directe ou indirecte, des polluants métalliques retenus par des composants du matériau.

Dans ce contexte, des modalités de caractérisation et de gestion des déblais ont été définies et ont fait l’objet d’une note de la DGPR (Direction générale de la Prévention des risques) le 03/12/2021. Les déblais comportant une teneur en soufre oxydable supérieure à 0,1 % et classés non acidogènes (NP/AP[1] ≥ 4, déterminé selon la norme NF EN 15875) doivent faire l’objet d’essais cinétiques destinés à vérifier leur comportement à long terme. En effet, même si le pH du milieu reste neutre, une augmentation significative du relargage en sulfates et autres éléments suivis peut découler de l’oxydation des phases sulfurées, nécessitant des modalités de gestion particulières.

Se pose alors la question : quel type d’essai cinétique d’oxydation mettre en œuvre pour caractériser l’évolution du relargage potentiel en polluants ? La littérature scientifique relative à la prédiction du drainage minier acide (DMA) présente plusieurs types d’essais, de complexité, de longueur, et d’agressivité variables.

Les contraintes de chantier, et les importants tonnages de déblais induits imposent de trouver un compromis technique, économique et opérationnel sur le choix du protocole d’essai cinétique. Il s’agit d’identifier des conditions expérimentales standardisées pouvant être mises en œuvre sur un grand nombre d’échantillons, sur une durée raisonnable, et plaçant les échantillons dans des conditions d’oxydation pertinentes vis-à-vis de celles observées in-situ. D’un côté, un essai trop agressif entraînera une surestimation systématique du relargage en polluants et donc des modalités de gestion trop drastiques. De l’autre, un protocole trop peu agressif nécessitera une durée de mise en œuvre trop longue par rapport aux contraintes opérationnelles.

Depuis 2 ans, PROVADEMSE met en œuvre des essais cinétiques, et a amélioré son protocole expérimental avec le retour d’expérience accumulé. Aujourd’hui, PROVADEMSE, avec le laboratoire DEEP (INSA Lyon) et le BRGM, va plus loin en développant des travaux R&D d’optimisation des essais cinétiques. Nous mettons en œuvre de nombreux essais, dans des conditions expérimentales différentes (cellules humides, cellules d’altération, lysimètre, …), avec pour objectif final d’identifier le bon compromis technique, économique et opérationnel.

Merci au BRGM et à DEEP pour leur participation à ce sujet de recherche, et au GIS-EEDEMS pour son soutien financier.

N’hésitez pas à nous contacter pour toute demande sur le sujet.

[1] Rapport entre le potentiel de neutralisation (NP) et le potentiel de génération d’acide (AP) du matériau