Encapsulation sur site et élimination en centres de stockage des déchets

Mis à jour : 27/05/2020
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Principe

Quatre modes d’application peuvent être utilisés pour confiner les sols pollués :

A l’inverse du confinement vertical et du recouvrement, l’Encapsulation et la mise en centre de stockage de déchets hors site nécessitent d’excaver l’intégralité des sols pollués.

Le procédé d’Encapsulation consiste à enfermer physiquement sur site les sols par un dispositif de parois, couverture et fonds très peu perméables.

Hors site, la mise en décharge consiste à diriger les terres polluées dans des centres de stockage des déchets en fonction de leur degré de pollution et de leur potentiel de lixiviation.

Caractéristiques
Mise en œuvre : Sur site ou hors site
Nature : Méthode physique par piégeage de la pollution
Matrices :
  • Sol
Domaines d'application : 
  • ZNS
  • ZS
Termes anglais : infilling, landfill.
Codification/norme : C322a
Polluants traités : 
  • TPH lourd
  • TPH léger
  • SCOV
  • SCOHV
  • Explosifs et composés pyrotechniques
  • Dioxines/Furannes
  • COV
  • HAP
  • Métaux/Métalloïdes
  • Pesticides/Herbicides
  • PCB
  • COHV
Description

Le procédé consiste à :

  • isoler les contaminants de façon à prévenir d’une manière pérenne leur propagation;
  • contrôler, c’est-à-dire s’assurer du maintien des mesures mises en place;
  • suivre, c’est-à-dire s’assurer de l’efficacité de ces mesures.

Les mesures à mettre en place seront choisies et modulées en fonction des conditions particulières de chaque cas, tels la nature et l’ampleur de la contamination, les caractéristiques géologiques et hydrogéologiques du terrain, l’usage qui en est fait (nappe d’eau souterraine utilisée comme source d’eau potable...) et, le cas échéant, les spécificités du projet envisagé (maisons, jardins...).

De telles mesures de confinement doivent être pérennes et adaptées aux usages du site. Aussi, doit-on apporter des éléments démonstratifs tangibles sur les performances du confinement et sur leur pérennité.

1. Encapsulation

L’Encapsulation sur site consiste à confiner totalement les sols pollués dans une alvéole afin de limiter :

  • les infiltrations d’eaux de pluie et la migration latérale et en profondeur des polluants dans les eaux souterraines,
  • la migration verticale des gaz.

Le recouvrement des alvéoles doit être de type couche/multicouche imperméable. Les parois et le fond des alvéoles doivent avoir un dispositif spécifique présentant une étanchéité maximale et permettant une récupération des eaux.

Dans le cas de sols pollués par des composés volatils ou de sols pouvant générer des composés volatils (lors de la biodégradation), il conviendra de mettre en place un dispositif de drainage des gaz.

Les matériaux utilisés et leurs mises en place sont similaires à ceux du confinement par couverture (matériaux argileux compactés, géomembrane, géocomposite bentonitique, géomembrane / matériaux argileux compactés, géomembrane / géocomposite bentonitique, géomembrane / matériaux argileux compactés / géomembrane, géomembrane / géocomposite bentonitique / géomembrane).

On retrouve aussi la même alternance de couches (couche de surface, couche de protection, couche de drainage, couche d’étanchéité, couche de fondation) dépendamment des configurations.

Figure 1 - Schéma de l’encapsulation on site.

Figure 1 - Schéma de l’encapsulation on site.

Figure 2 - Exemple de couche de fond d’encapsulation (partiellement adapté de Lecomte, 1998).

Figure 2 - Exemple de couche de fond d’encapsulation (partiellement adapté de Lecomte, 1998).

2. Centres de stockage des déchets

Hors site, la mise en décharge consiste à diriger les terres polluées dans des Installations de Stockage des Déchets en fonction de leur degré de pollution et de leur potentiel de lixiviation :

  • Installation de Stockage des Déchets Dangereux (ISDD – classe 1) recevant les déchets industriels dangereux (avec ou sans stabilisation-solidification préalable), Arrêté du 30 décembre 2002 relatif au stockage de déchets ;
  • Installation de Stockage des Déchets Non Dangereux (ISDN - classe 2) recevant les déchets ménagers et assimilés, Arrêté du 9 septembre 1997 relatif aux installations de stockage de «déchets non dangereux» ;
  • Installation de Stockage des Déchets Inertes (ISDI - classe 3) recevant les déchets dits inertes, Décret n°2006-302 du 15 mars 2006 pris pour application de l’article L.541-30-1 du code de l’environnement relatifs aux installations de stockage de déchets inertes.
Moyens

La sélection des matériaux à mettre en œuvre se base non seulement sur leurs coûts mais aussi sur leurs caractéristiques vis-à-vis de la protection, l’étanchéité, du drainage, de la filtration, de la séparation, du renforcement, de la résistance à l’érosion, de la pérennité, du type de polluant... Pour plus de détails, on se reportera au « Guide pour le dimensionnement et la mise en œuvre des couvertures de sites de stockage de déchets ménagers et assimilés ».

La mise en place de ces matériaux est réalisée à l’aide d’engins de chantiers spécifiques.

Les moyens de pompage et de traitements des lixiviats (déshuileur, charbon actif, stripping, oxydation catalytique, réduction, flottation, floculation, membrane, résine, précipitation, évaporation, décantation…) et des rejets atmosphériques (lavage, torchère, unité d'oxydation catalytique ou unité d’adsorption, biofiltre) sont le cas échéant utilisés.

Paramètres de suivi

Les mesures d’Encapsulation conduisent à la mise en œuvre de dispositifs de restriction d’usage d’une part pour garder la mémoire de leur présence et d’autre part pour préciser les modalités d’exploitation et d’entretien éventuellement nécessaires au maintien de leur pérennité. En particulier, une surveillance environnementale appropriée doit être mise en place pour vérifier l’absence d’impact sur les milieux lorsqu’un confinement des pollutions a été décidé.

Il faut donc distinguer :

  • les mesures de contrôle réalisées juste après les travaux d’Encapsulation ;
  • les mesures de suivi à long terme.

1. Mesures de contrôle

Pour être efficace, toute mesure d’Encapsulation doit être accompagnée de mesures de contrôle qui permettent d’en assurer l’intégrité. Il existe de nombreuses méthodes de détection et de localisation de défauts : géomembrane conductrice, jet d’eau, sonde mobile, système fixe de détection de localisation et d’alarme, cloche à vide, mise en pression du canal central, test à la pointe émoussée (au tournevis), spectrométrie infrarouge, liquide coloré sous pression, thermographie infrarouge, ultrasons…

2. Mesures de suivi

Le suivi devra être opéré obligatoirement à long terme et devra permettre de vérifier son fonctionnement et de suivre l’évolution de son efficacité. Le but est de pouvoir caractériser autant que faire se peut qualitativement et quantitativement le flux de matière échangée avec l’extérieur.

Le suivi doit permettre de s’assurer de l’efficacité des mesures de confinement mises en place. Le plus souvent, il consistera à prélever des échantillons dans l’eau souterraine et/ou dans l’eau de surface afin d’en vérifier la qualité et de suivre leur évolution (conditions du milieu, sous-produits de dégradation…). Des prélèvements d’eau au droit de la source de pollution sont aussi recommandés. Un programme de suivi des émissions atmosphériques (poussières, émissions gazeuses ou autres) ou /et une programme de suivi des lixiviats peuvent être, le cas échéant, également appropriés.

Une vérification régulière du terrain doit être effectuée pour s’assurer que les mesures de confinement sont toujours en place et fonctionnelles et que l’usage qui est fait du terrain ne remet pas en question l’intégrité de ces mesures. Dans certains cas, il peut être nécessaire d’instituer un programme d’entretien des ouvrages.

Par ailleurs, il est nécessaire de réaliser le suivi des servitudes, citons par exemple : absence de culture potagère, absence d’arbre à racines profondes.

De plus, lorsque les mesures de confinement le requièrent, un contrôle des mouvements physiques du terrain, du système de pompage ou de collecte des eaux, de l'état des infrastructures en place (clôtures, barrières, fossés de drainage...) doit être effectué.

En cas de traitement des lixiviats, des rejets aqueux ou gazeux, il conviendra de mettre en place :

  • des mesures des concentrations en polluants dans les rejets liquides si nécessaire (respect des normes de rejets) et des paramètres relatifs au traitement des eaux (débits, pression, perte de charge, saturation du charbon actif….) ;
  • des mesures des concentrations en polluants dans les rejets atmosphériques si nécessaire (respect des normes de rejets) et des paramètres relatifs au traitement des gaz (débits, dépression, perte de charge, saturation des unités de traitement….).
Variantes

Les variantes résident dans le type de couverture, de structure d’étanchéité, de drainage et de traitement des lixiviats et des rejets aqueux.

Les autres variantes sont les traitements complémentaires amont : Stabilisation, Inertage, Vitrification.

Applicabilité

Ce type de traitement peut être appliqué à presque tous les types de pollution (COV, COHV, SCOHV, SCOV, PCB, HAP, métaux/métalloïdes) et à presque tous les types de sols.

Le confinement peut être temporaire ou final.

Faisabilité et dimensionnement

1. Faisabilité

La faisabilité d’un traitement est évaluée à l’aide d'essais :

  • d’orientation qui visent à valider la possibilité de mettre en œuvre une technique de dépollution ;
  • d’évaluation des performances qui servent à vérifier l’atteinte des objectifs et permettent d'estimer la vitesse du traitement donc sa durée.

Le guide méthodologique « Traitabilité des sols pollués » de l’ADEME (2009) vous donnera des éléments vous permettant de vérifier la faisabilité de la technique sur votre site.

2. Dimensionnement

Le dimensionnement relève d’un travail d’ingénierie en aval des essais de faisabilité.

En ce qui concerne l’Encapsulation sur site, les données nécessaires au dimensionnement concernent à la fois les aspects géotechniques et environnementaux :

  • les aspects géotechniques (afin de s’assurer de la tenue des terrains) :
    • la teneur en eau naturelle,
    • les limites d’Atterberg,
    • les essais triaxiaux et de cisaillement,
    • les essais pressiométriques,
    • les essais au pénétromètre dynamique,
    • les essais de perméabilité,
    • les essais à la plaque,
  • les aspects environnementaux pour les eaux souterraines et superficielles :
    • l’impact du stockage actuel et à long terme (sous-produits de dégradation),
    • la compatibilité chimique de la nature de la barrière passive avec les polluants,
    • l’estimation et la vérification de la perméabilité de la couverture de surface : bilan hydrique, perméabilité équivalente, mesures de contrôle de la bonne mise en place,
    • l’estimation et la vérification de la perméabilité de l’encapsulation (flancs et fond) : bilan hydrique, perméabilité équivalente, mesures de contrôle de la bonne mise en place,
    • l’estimation et la vérification de la perméabilité de la barrière passive (radier et flanc) : perméabilité équivalente, mesures de contrôle de la bonne mise en place,
    • l’estimation et la vérification de la production et de la qualité des lixiviats :
      • le drainage et la gestion des eaux superficielles (bassin d’eaux pluviales éventuellement),
      • les données nécessaires à la gestion des lixiviats et au traitement (on site, in situ, ex situ si nécessaire),
  •  les aspects environnementaux pour l’air :
    • l’impact du stockage actuel et à long terme (sous-produits de dégradation),
    • l’estimation et la vérification de la production et de la qualité des gaz :
      • le drainage (passif, actif avec dépression),
      • le traitement (sur site).

En ce qui concerne l’élimination en ISD hors site, il conviendra de s’assurer de l’acceptabilité des sols dans les centres (via des mesures sur la matrice sols et les lixiviats).

L’Union des Professionnels de la Dépollution des Sites (UPDS) a déterminé les paramètres à fournir pour permettre le dimensionnement des traitements :

a. Définition du projet

  • Délais,
  • Objectifs de traitement (sols et/ou eaux et/ou gaz du sol),
  • Seuils de dépollution ou profondeur/volume d'excavation,
  • Surface concernée.

b. Site

  • Accessibilité : au site, au chantier, à la zone de travail,
  • Obstacles aériens et de surface (y compris encombrants),
  • Obstacles souterrains (réseaux enterrés, fondations, blocs ...),
  • Présence d'ouvrages avoisinants, bâtiment, ...,
  • Contraintes liées à l'environnement, aux riverains,
  • Site en activité, coactivité,
  • Durée de mise à disposition des terrains,
  • Contraintes H&S et réglementaires liées au site,
  • Topographie de surface,
  • Surface disponible pour unité,
  • Utilités et distance par rapport à la zone de traitement (eau, électricité - pour électricité : puissance),
  • Gardiennage (prévu ? ou à prévoir ?).

c. Sol ou matériau à traiter

  • Géologie /lithologie ou nature des sols,

d. Polluants

  • Type (nature),
  • Concentrations (cartographies de pollution dans les sols, l'eau, les gaz du sol),
  • Présence de produit pur (flottant, coulant, piégé…),
  • Estimation du stock.

e. Aquifère

  • Données locales issues d'essai de pompage :
    • Perméabilité,
    • Coefficient d'emmagasinement,
    • Porosité,
  • Gradient,
  • Épaisseur de la nappe,
  • Profondeur,
  • Niveau statique,
  • Épaisseur de la ZNS,
  • Amplitude des variations saisonnières,
  • Anisotropies,
  • Carte piézométrique / direction d'écoulement.
Facteurs

L'Encapsulation sur site et l'élimination en centres de stockage de déchets présentent les avantages suivants :

  • le procédé permet de confiner un très grand nombre de polluants,
  • il est particulièrement bien adapté pour de grands volumes de pollution des composés inorganiques voire mixtes,
  • technique éprouvée ayant démontré une grande fiabilité et des résultats extrêmement significatifs,
  • compétitivité en termes de coût et de performance pour des volumes importants et des composés recalcitrants,
  • fiabilité,
  • dans le cas d’Encapsulation (sur site), le procédé permet de s’affranchir de la problématique des terres excavées.

Leurs inconvénients et leurs facteurs limitants sont les suivants :

  • les pollutions ne sont pas détruites et restent en place : aucune action n’est réalisée sur le volume et la toxicité des déchets. La seule action est relative à la réduction importante du transfert de pollution,
  • il est nécessaire de réaliser un suivi à très long terme,
  • la réalisation notamment au niveau des soudures doit être irréprochable,
  • il est nécessaire d’entretenir le confinement afin d’assurer la pérennité de son bon fonctionnement (endommagement du confinement dû au gel/dégel, tassement différentiel, passage d’engins, dessiccation, attaque de rongeurs, végétation, mise en en place de lysimètre…),
  • l’Encapsulation nécessite parfois d’autres mesures complémentaires (mesures constructives…),
  • il est nécessaire de tenir compte des exigences d’entretien et de suivi dans le temps (servitudes …),
  • étant donné que les plus anciens travaux n’ont que quelques dizaines d’années au plus, il est difficile de prouver l’efficacité du confinement sur le long terme.
Coûts

L’investissement initial est peu important. Il est notamment lié à l’ouvrage de confinement à mettre en place et aux différents travaux et aménagements qui peuvent être nécessaires. Les travaux de tranchées à réaliser pour la technique in situ expliquent en partie la part plus importante des charges exceptionnelles pour la mise en œuvre in situ que pour la mise en œuvre sur site.

Le confinement nécessite une maintenance importante afin de garantir la pérennité de l’ouvrage.

Un suivi analytique est nécessaire afin de prévenir toute dispersion de la pollution.

1. Élimination en décharge

En ce qui concerne l’élimination en décharge, il est admis que les coûts hors transport sont de l’ordre de (pour l’année 2009) :

  • Installation de Stockage des Déchets Dangereux (ISDD – classe 1) : 80 à 150€/t de sols selon une estimation en 2009 (hors stabilisation, dans le cas de stabilisation, les prix peuvent être doublés). (BRGM, 2010)
    D'après une actualisation des prix fournie par l'UPDS en septembre 2019, la moyenne basse estimée est de 105 €/t, la moyenne haute de 140 €/t et le maximum de 160 €/t de sols traités après Excavation (hors taxes et hors TGAP, coûts d’excavation et de transport non compris).
  • Installation de Stockage des Déchets Non Dangereux (ISDN - classe 2) : 40 à 80€/t de sols selon une estimation en 2009. (BRGM, 2010)
    D'après une actualisation des prix fournie par l'UPDS en septembre 2019, la moyenne basse estimée est de 52 €/t, la moyenne haute de 75 €/t et le maximum de 85 €/t de sols traités après Excavation (hors taxes et hors TGAP, coûts d’excavation et de transport non compris).
  • Installation de Stockage des Déchets Inertes (ISDI - classe 3) : 5 à 20 €/t de sols selon une estimation en 2009. (BRGM, 2010)
    D'après une actualisation des prix fournie par l'UPDS en septembre 2019, la moyenne basse estimée est de 10 €/t, la moyenne haute de 15 €/t et le maximum de 20 €/t de sols traités après Excavation (hors taxes et hors TGAP, coûts d’excavation et de transport non compris).

Pour mémoire, il est toutefois rappelé que ces tarifs ne sont que des estimations tirées du rerour d'expérience des acteurs du domaine des Sites et Sols Pollués et pourront varier plus ou moins significativement d'un site à l'autre, notamment en fonction des polluants, des bilans massiques, de la complexité à atteindre la pollution et à intervenir sur le site. S'ils peuvent permettre d'obtenir une fourchette de prix avant la réalisation d'un projet, un budget réaliste ne pourra être obtenu qu'en faisant appel à un professionnel du domaine des Sites et Sols Pollués.

Le coût moyen pondéré d’envoi des terres polluées en installations de stockage de déchets dépend fortement du niveau de pollution des terres, et par conséquent du type d’installation (déchets inertes, non-dangereux ou dangereux). Les coûts de stockage augmentent avec la dangerosité des terres acceptées. Il est à rappeler que les coûts présentés s’entendent hors taxes et donc hors TGAP.

De façon générale, les coûts de stockage en ISD sont variables selon le contexte offre/demande. Certaines ISDND sont particulièrement intéressées par les terres pour recouvrir les casiers pleins (zones de stockage de déchets) et pour compléter les tonnages stockés lorsqu’il manque des déchets ménagers (ils peuvent alors prendre des terres à des prix attractifs). A l’inverse, dans certains cas où les déchets ménagers sont trop nombreux (cas d’un incinérateur voisin en panne par exemple), les prix d’envoi des terres en ISDND peuvent s’envoler.

Pour le cas particulier des installations de stockage, les prix peuvent également varier au rythme du cycle de vie des décharges et reflètent les besoins en terres des installations à chaque instant. Des conditions de prix particulières peuvent être mises en place au moment de l’ouverture ou de la fermeture d’une décharge. De plus, pour les envois en filière, les prix peuvent être négociés en fonction de la quantité de terres polluées envoyées.

Évolution 2009/2019 :

Entre 2009 et 2019, les coûts de mise en Installation de Stockage de Déchets sont restés globalement stables.

Répartition des coûts :

Les filières hors site se caractérisent par l’absence de coûts directement liés à l’investissement. En effet, les investissements initiaux de l’installation se répercutent indirectement dans les charges récurrentes qui intègrent l’amortissement des installations pour l’opérateur de traitement.

Maturité

Cette technique est mature et très largement utilisée en France.

Efficacité

On considère que les confinements, lorsqu’ils sont bien conçus et bien mis en place, sont très efficaces et ne permettent pas ou très peu de fuites vers l’extérieur. Dans tous les cas, les flux sortant du confinement doivent être compatibles avec les usages sur et hors site.

Délai

Les délais sont relativement courts et identiques à ceux de travaux de terrassement. A titre informatif, une décharge (ou un sol pollué) de 1 à 2 hectares peut être traitée par remodelage, drainage, Encapsulation et étanchéification en quelques mois.

C’est une technique qui repose sur des travaux relativement rapides, ce qui permet une valorisation rapide du site.

Taux d'utilisation

1. Installation de stockage

En 2012, un peu plus de 10 % des terres gérées ont été évacuées dans des installations de stockage hors site de déchets inertes des terres. Elles représentent 28 % des terres gérées hors site.

En 2012, 6 % du total des terres contaminées ont été stockées en installation de stockage hors site de déchets non dangereux. C’est la sixième technique de gestion hors site la plus privilégiée avec un taux d’utilisation de 16,4 % des terres gérées hors site.

En 2010, 1,4 % du total des terres contaminées ont été stockées en installation de stockage hors site de déchets dangereux. C’est la douzième technique de gestion hors site la plus privilégiée avec un taux d’utilisation de 3,8 % des terres gérées hors site.

In fine, l’ensemble des installations de stockage regroupent près de 17 % du total des terres traitées ou gérées par les répondants de l’enquête en 2010 et près de 48 % des terres gérées hors site.

Évolution 2010/2012 :

Les volumes envoyés dans les filières de gestion que représentent les centres de stockage de déchets ont globalement diminué, avec :

  • 52 % dans les ISDI,
  • 21 % dans les ISDND,
  • 10 % dans les ISDD.

(ADEME, 2012) (ADEME, 2015)

2. Confinement

Le confinement sur site représente 6,8 % des terres gérées sur site en 2012 et 1,0% du total des terres gérées. Le confinement sur site arrive en troisième position dans le classement des techniques sur site de traitement et de gestion des terres polluées après la biodégradation sur site et la stabilisation physico-chimique sur site.

Évolution 2010/2012 :

Les volumes confinés sur site ont augmenté de 21 % par rapport à 2010.

(ADEME, 2012) (ADEME, 2015)

Références

1. Bibliographie

ADEME (2009)
Traitabilité des sols pollués - Guide méthodologique pour la sélection des techniques et l'évaluation de leurs performances

ADEME (2012)
Les taux d'utilisation et coûts des différentes techniques et filières de traitement des sols et des eaux souterraines pollués en France (Les)
Étude Ernst & Young
Synthèses des données 2008 – 114 p.
https://www.ademe.fr/taux-dutilisation-couts-differentes-techniques-filieres-traitement-sols-eaux-souterraines-pollues-france-0

ADEME (2015)
Taux d'utilisation et coûts des différentes techniques et filières de traitement des sols et des eaux souterraines pollués en France (Les)
Étude Ernst & Young
Synthèse des données 2012, 148 p.
https://www.ademe.fr/taux-dutilisation-couts-differentes-techniques-filieres-traitement-sols-eaux-souterraines-pollues-france

BRGM et ADEME (2001)
Guide pour le dimensionnement et la mise en œuvre des couvertures de sites de stockage de déchets ménagers et assimilés
179 p.

BRGM (Juin 2010)
Quelles techniques pour quels traitements - Analyse coûts-bénéfices
S. Colombano, A. Saada, V. Guerin, P. Bataillard, G. Bellenfant, S. Beranger, D. Hube, C. Blanc, C. Zornig et I. Girardeau
Rapport final BRGM/RP-58609-FR
http://ssp-infoterre.brgm.fr/quelles-techniques-quels-traitements
http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-58609-FR.pdf

Lecomte P. (1998)
Les sites pollués : traitement des sols et des eaux souterraines.
Lavoisier, 2e édition, Paris, 198 p.

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