Le Biotertre consiste à mettre des sols pollués en tas en vue d’un traitement biologique. Pour ce faire, les sols pollués font généralement l’objet d’un amendement et les conditions dans le Biotertre sont contrôlées (aération, ajouts de nutriments …).
Le procédé nécessite au préalable une Excavation. Les sols pollués sont mélangés avec un amendement (agent structurant) et sont par la suite dirigés vers une aire de traitement contenant a minima un système de collecte de lixiviats et des unités d’aération (extraction ou insufflation d’air) afin d’optimiser le transfert de l’oxygène et la stimulation de la biodégradation. La biodégradation est contrôlée (température, taux d’humidité, nutriments, oxygène, pH).
Les Biotertres sont le plus souvent recouverts par une géomembrane imperméable afin de limiter les infiltrations d’eaux pluviales, la volatilisation des polluants, le maintien/l’augmentation de la température. Les lixiviats sont en partie recyclés et en partie traités sur site avant d’être rejetés. Les rejets atmosphériques sont traités si nécessaire (présence de COV notamment).
Figure 1 - Schéma de principe du biotertre.
La dégradation biologique est, la plupart du temps, réalisée par biostimulation.
Les tas ne sont d’une manière générale pas d’une hauteur supérieure à 3 m (afin d’éviter le compactage).
Le Biotertre est mis en œuvre à partir des éléments suivants :
- plateforme de prétraitement (homogénéisation, criblage, amendement de matière organique ou structurante si nécessaire …),
- plateforme de traitement fixe ou mobile sur des alvéoles imperméabilisées (béton ou PEHD-polyéthylène haute densité),
- matériel relatif à l’ajout de nutriments : cuve de stockage, système de mélange avec l’eau, réseau de récupération et de recirculation des lixiviats,
- matériel relatif à l’ajustement de l’humidité (drain, sprinkler, pompes …),
- matériel nécessaire à l’aération (drain, pompes …),
- si nécessaire, filière de traitement des gaz (traitement biologique ou biofiltre le plus souvent),
- matériel de contrôle de conditions du milieu : oxygénation du milieu, humidité, concentration des nutriments, température, densité de la population microbienne en place,
- stockage des déchets solides et liquides issus du traitement.
Les paramètres à suivre lors d’une opération de biopile sont les suivants :
- la dépression au niveau des puits d’extraction,
- les paramètres relatifs au bon développement des bactéries :
- pH, température, conductivité, potentiel redox, humidité,
- ratio C/N/P/K, teneurs en éventuels additifs,
- si nécessaire dénombrement bactérien dans les sols et dans l’eau,
- les concentrations en polluants dans les sols et les gaz des sols (suivi de la production de CO2 notamment),
- si nécessaire, concentrations en polluants dans les rejets atmosphériques et paramètres relatifs au traitement des gaz (débits, dépression, perte de charge, saturation du charbon actif….),
- si nécessaire, concentrations en polluants dans les rejets liquides et paramètres relatifs au traitement des eaux (débits, saturation des filtres….).
Les variantes résident dans :
- le mode d’apport d’air (extraction ou insufflation),
- le type de dégradation (bioaugmentation ou biostimulation).
Les Biotertres sont presque exclusivement aérobies.
Si nécessaire, le Biotertre pourra être chauffé (entre 25 et 45°C) afin de favoriser la biodégradation (injection d’air chauffé, circulation d’eau chaude en circuit fermé …).
Quelques dépollutions ont été réalisées à l’aide de champignons (White rot fungus) mais cette variante reste encore confidentielle.
Le Biotertre s’applique à des sols pollués par les produits pétroliers de type gasoils, fuels, kérosène. Les COHV, SCOV, pesticides, certaines coupes pétrolières lourdes (HAP, huiles organiques …) peuvent aussi, dans certaines conditions, être traités mais avec des rendements épuratoires plus faibles.
Les traitements en Biotertre s’appliquent de préférence à des pollutions inférieures à 15-20 g/kg de d'hydrocarbures pour les produits pétroliers « classiques ».
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) et le Guide ESTRAPOL (2019) vous donneront 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.
Les données nécessaires au dimensionnement sont essentiellement recueillies lors des tests de biodégradabilité (oxygénation du milieu, humidité, concentration des nutriments, température, densité de la population microbienne adaptée en place, temps de dégradation). Ces tests, associés à la prise en compte des paramètres intrinsèques du milieu (perméabilité à l’eau, perméabilité à l’air, vitesse de percolation...) vont permettre de définir les conditions d’opération optimales et le dimensionnement de l’unité de traitement :
- la géométrie en fonction des données de terrain (H/L/l),
- les caractéristiques du réseau de ventilation (taux d'oxygénation) :
- nombre, espacement et caractéristiques des drains d’extraction,
- type et puissance de l’extracteur,
- les caractéristiques du réseau d’aspersion (ajout de nutriments et recirculation des lixiviats) :
- nombre, espacement et caractéristiques des drains de récupération et de recirculation (aspersion) des lixiviats,
- type et puissance de la pompe de recirculation et des éléments associés (cuve de stockage, système de mélange),
- type de nutriments,
- éventuellement les dimensions des unités de traitement (rejets liquides et gazeux).
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,
- Seuils de rejet à l'air,
- Volume à traiter,
- Devenir des terres après traitement.
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,
- Terres en place ou déjà excavées,
- Granulométrie,
- Taux de fraction argileuse,
- Humidité,
- Teneur en azote,
- Flore bactérienne.
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,
- Teneurs en hydrocarbures par fraction : C5-C10 volatils hors BTX, C10-C20, C20-40, >C40,
- BTX, HAP, PCB, ...,
- Métaux,
- Cyanures,
- Tests de biodégradabilité,
- Représentativité des échantillons et variabilité des valeurs.
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.
f. Essais de traitabilité
Les documents suivants issus du guide sur la « Traitabilité des sols pollués » de l’ADEME (2009) vous donneront des éléments vous permettant de vérifier la faisabilité de la technique sur votre site.
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Cahier des charges :
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Le traitement par Biotertre présente les avantages suivants :
- technique éprouvée ayant démontré une grande fiabilité et des résultats extrêmement significatifs,
- procédé destructif,
- technique fortement utilisée pour les sols hétérogènes et facilement biodégradables,
- technique permettant un meilleur contrôle des paramètres intervenant dans le processus de biodégradation que les traitements biologiques in situ (et donc de meilleurs rendements épuratoires),
- technique permettant un excellent contrôle microbien (oxygénation du milieu, humidité, concentration des nutriments, température, densité de la population microbienne en place...),
- compétitivité en termes de coût et de performance,
- fiabilité,
- applicabilité à de nombreux polluants,
- la surface au sol est moins importante que celle nécessaire au compostage et au landfarming,
- amélioration des qualités physiques des sols (taux de matière organique notamment).
Ses inconvénients et ses facteurs limitants sont les suivants :
- technique nécessitant l’Excavation des sols,
- l’hétérogénéité des sols peut interférer sur l’homogénéité de la distribution de la circulation d’air et donc sur l’efficacité du traitement,
- le pourcentage de particules fines contenues dans le sol est un facteur limitant,
- les sols contenant de l’argile et un taux de matière organique élevé engendrent une grande adsorption des polluants sur la matrice solide, ce qui diminue les rendements épuratoires,
- le système nécessite souvent un tri au préalable ; les granulométries supérieures à 60 mm sont souvent exclues du procédé,
- le devenir des sols excavés doit être examiné avec attention,
- la nature du contaminant (biodégradable) et les teneurs en polluants doivent être considérées avec attention,
- les biopiles statiques (sans retournement) peuvent aboutir à des résultats moins homogènes que ceux obtenus avec un retournement ou un mélange,
- taux d’humidité à maintenir autour de 40 à 60% de la capacité de rétention,
- le ratio carbone/azote/phosphate/potassium doit être maintenu autour de 100/15/1/1,
- l’injection d’oxygène peut provoquer le colmatage d’une partie des pores des sols,
- les émissions atmosphériques nécessitent parfois un traitement d’air (surcoût),
- les concentrations élevées en polluants peuvent être toxiques pour les microorganismes (HCT > 50 000 à 100 000 mg/kg),
- les concentrations élevées en métaux/métalloïdes sont incompatibles avec ce procédé,
- des températures faibles diminuent considérablement l’efficacité du traitement,
- la hauteur des tertres est généralement comprise entre 1 et 3 m au maximum, ce qui implique une surface au sol parfois conséquente,
- l'ajout d'agents structurants parfois, augmente le volume de matériaux à traiter.
La biodégradation est une technique peu coûteuse et les coûts du marché sont uniformes à polluant identique. La variabilité des prix est essentiellement liée à la nature des polluants à traiter.
1. Sur site
En 2009, il est admis que les coûts variaient de 30 à 70 €/t pour les Biotertres sur site (coûts estimés). BRGM, 2010)
D'après une actualisation des prix fournie par l'UPDS en septembre 2019, la moyenne basse estimée est de 36 €/t, la moyenne haute de 50 €/t et le maximum de 70 €/t de sols traités après Excavation (hors excavation, tri des terres (avant traitement), transport interne et consommation électrique).
Pour mémoire, il est toutefois rappelé que ces tarifs ne sont que des estimations tirées du retour 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.
Évolution 2009/2019 :
Entre 2009 et 2019, les coûts associés aux Biotertres sur site sont restés globalement stables.
Répartition des coûts :
Le coût total a été réparti selon trois types de charges :
- Charges exceptionnelles correspondant au coût de la phase initiale (phase pilote, mise en place du chantier : installation d’une unité de traitement, préparation du terrain) et intervenant de façon unique (au démarrage du chantier par exemple),
- Charges récurrentes correspondant au coût de la phase « chantier » à renouveler au cours du traitement (matériel, main d’œuvre, réactifs ou produits) et pour l'élimination des déchets,
- Charges liées aux études (hors études de risques sanitaires préalables au chantier) et suivi de la dépollution correspondant aux coûts des analyses et prestations intellectuelles (rédaction de rapports, réunions sur site).
L’investissement initial est limité. Il est principalement lié à la mise en place de la semelle étanche, des différents réseaux d’apport d’oxygène et d’humidité, de collecte des lixiviats et des unités de traitement associées.
Le coût de mise en œuvre est important. Cela est lié aux opérations à effectuer pour constituer le tertre. Les charges liées aux consommables sont limitées à l’injection d’air ou de nutriments et au traitement des éventuels lixiviats collectés.
Le traitement par biodégradation ne nécessite pas de maintenance spécifique. Néanmoins, un suivi analytique important est nécessaire pour suivre précisément la dégradation de la pollution. Cela permet également d’optimiser l’ajout d’air ou de nutriments selon les bactéries présentes et donc les coûts associés.
Dans le cas où le volume de terres est plus faible et où la place sur site est plus importante, le landfarming peut être pratiqué.
2. Hors site
En 2009, il est admis que les coûts variaient de 50 à 80 €/t pour les Biotertres hors site (coûts estimés). (BRGM, 2010)
D'après une actualisation des prix fournie par l'UPDS en septembre 2019, la moyenne basse estimée est de 45 €/t, la moyenne haute de 55 €/t et le maximum de 80 €/t de sols traités après Excavation (hors excavation, tri des terres (avant traitement), transport interne et consommation électrique.).
Pour mémoire, il est toutefois rappelé que ces tarifs ne sont que des estimations tirées du retour 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.
Évolution 2009/2019 :
Entre 2009 et 2019, les coûts associés aux Biotertres hors site sont restés globalement stables.
Répartition des coûts :
Le coût total des traitements biologiques hors site a été réparti selon les trois types de charges définies ci-dessus.
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.
Les charges récurrentes sont principalement liées aux opérations à effectuer pour constituer le tertre. Les charges liées aux consommables sont limitées à l’injection d’air ou de nutriments et au traitement des éventuels lixiviats collectés. Cette technique engendre des coûts de maintenance peu élevés. Néanmoins, une surveillance analytique important est nécessaire pour suivre précisément la dégradation de la pollution ce qui permet d’optimiser l’ajout d’air ou de nutriments selon les bactéries présentes.
Cette technique est couramment employée sur les sites présentant des hydrocarbures volatils à semi-volatils biodégradables. Le Biotertre est très largement utilisé pour les dépollutions on site. Les biocentres (centres de traitement biologique) sont environ une vingtaine en France.
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Études de cas : |
Le rendement de ce procédé varie fortement en fonction des conditions du milieu ; il peut dans certains cas atteindre plus de 90% si le temps de traitement est suffisamment long.
Les techniques biologiques reposent sur des mécanismes de biodégradation complexes qui sont généralement très longs. Le temps de traitement est donc élevé et très variable selon l'objectif de dépollution.
Les temps de traitement nécessaires varient de quelques semaines à plusieurs mois, voire 18 à 24 mois.
En 2012, le marché des traitements sur site a été dominé par la biodégradation (Biotertre et Landfarming sur site). Elle représente près de 52 % des terres traitées sur site et 7,6 % du total des terres traitées. Les installations de traitement biologiques hors site (Biotertre et Landfarming hors site) représentent enfin près de 31 % des terres traitées hors-site et 11,3% du total des terres traitées.
En 2012, le traitement biologique a été la deuxième famille de traitement la plus utilisée (avec plus de 37% des tonnages de terres totaux), derrière les traitements physico-chimiques (plus de 55% des tonnages totaux de terres). Il est toutefois important de noter que les traitements physico-chimiques sont principalement liés à des chantiers de venting-bioventing (technique la plus utilisée pour traiter les sols, avec près de 35% des tonnages totaux à elle seule), chantiers généralement pluri-annuels ce qui peut entraîner une sur-estimation des volumes de sols réellement traités par venting-bioventing sur l'année 2012. Après le venting-bioventing et à part les évacuations en Installation de Stockage de Déchets Inertes (environ 10% des tonnages totaux), les 3 techniques les plus utilisées sont des techniques de traitement biologiques (Installation de traitement biologique hors-site (biocentre), bio-augmentation/bio-stimulation in situ, biodégradation sur site (Biotertre)), avec respectivement 11%, 9% et 7 % des tonnages de terres traitées. Les traitements biologiques sont des techniques éprouvées et maîtrisées par une grande partie des acteurs de la dépollution. Ces traitements sont efficaces sur un grand nombre de polluants organiques et en particulier les hydrocarbures et les solvants halogénés et ont l’avantage d’être peu coûteux.
Evolution 2010/2012 :
Les terres traitées en installation de traitement biologique hors site ont augmenté de 10 %.
Les tonnages traités par biodégradation sur site ont doublé (100 % d'augmentation).
(ADEME, 2012) (ADEME, 2015)
1. Bibliographie
ADEME (2009)
Traitabilité des sols pollués - Guide méthodologique pour la sélection des techniques et l'évaluation de leurs performances. Guide méthodologique. Version 0 - 15 octobre 2009, 123 p.
https://librairie.ademe.fr/sols-pollues/5686-traitabilite-des-sols-pollues.html
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.
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://librairie.ademe.fr/sols-pollues/1738-taux-d-utilisation-et-couts-des-differentes-techniques-et-filieres-de-traitement-des-sols-et-des-eaux-souterraines-pollues-en-france-les.html
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
ESTRAPOL (2019)
Essais de faisabilité de traitement de sols pollués
https://librairie.ademe.fr/sols-pollues/3966-projet-estrapol.html
2. Liens
How To Evaluate Alternative Cleanup Technologies For Underground Storage Tank Sites : A Guide For Corrective Action Plan Reviewers
https://www.epa.gov/ust/how-evaluate-alternative-cleanup-technologies-underground-storage-tank-sites-guide-corrective
- Chapter IV: Biopile, 1994. EPA 510-R-04-002, 30 pages.
Characterization, Design, Construction, and Monitoring of Bioreactor Landfills
2006.
Interstate Technology & Regulatory Council.
http://www.itrcweb.org/Guidance/GetDocument?documentID=3
Bioreactor Landfill Operation: A Guide for Development, Implementation, and Monitoring
2008. T.G. Townsend, D. Kumar, and J.H. Ko. Hinkley,
46 pages.
https://docslib.org/doc/8625784/bioreactor-landfill-operation-a-guide-for-development-implementation-and-monitoring
Technology guide: bioremediation
2018.
CRC for Contamination Assessment and Remediation of the Environment - Care National Remediation Framework. Version 0.1, 44 pages
https://crccare.com/wp-content/uploads/2022/09/CTechguide_Bioremediation_Rev0.pdf
Nombreux guides, études de cas et informations complémentaires sur le site US-EPA - Clu-in
https://www.clu-in.org/techfocus/default.focus/sec/Bioreactor_Landfills/cat/Overview/