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La friche industrielle de Mortagne-du-Nord (59) – II – Altération oxydante des scories, hydrochimie, modélisation géochimique, essais de lixiviation et proposition de remédiation

¹ École des Mines de Paris, Centre d’Informatique Géologique, 35 rue St Honoré, 77305 Fontainebleau cedex et CNRS–UMR 7619 Sisyphe << Structure et fonctionnement des systèmes hydriques continentaux >>, schmitt{at}cig.ensmp.fr.
² Armines, 35 rue St Honoré, 77305 Fontainebleau cedex.

Correspondence: Correspondance: Médard Thiry – thiry{at}cig.ensmp.fr

Abstract

Les remblais rencontrés sur le site de l’ancienne usine d’acide sulfurique de Mortagne-du-Nord (59) sont riches en sulfures et en métaux (Zn, Pb, Cd). L’oxydation de ces sulfures conduit à une acidification du milieu puis à une dispersion des métaux dans l’environnement par les flux vers les drains fluviaux qui bordent le site. Les eaux de la nappe superficielle ont des pH compris entre 2,5 et 6,8 et de très fortes teneurs en métaux, atteignant localement 6 000 mg/L de Zn, 2,5 mg/L de Pb et 600 mg/L Cd. Pour envisager une remédiation à ce problème, nous avons cherché à comprendre, au préalable, les principaux phénomènes qui régissent cette oxydation des sulfures. Pour cela, le niveau de la nappe et la composition des eaux ont été relevés environ tous les 2 mois pendant 4 ans ; une simulation géochimique des altérations/oxydations a été proposée et des essais de lixiviation ont été mis en uvre.

1. Le suivi de la piézométrie du site et les analyses périodiques des eaux ont montré que l’altération est réactivée après un abaissement du niveau de la nappe qui dénoie des scories << fraîches >> riches en sulfures.
   
2. Les eaux analysées présentent toujours un fort déséquilibre négatif de la balance ionique. Le calcul géochimique qui permet de remonter à l’équilibre initial des eaux indique que la présence initiale de thiosulfates (S₂O²₃^–) pourrait expliquer le déséquilibre observé.
   
3. La simulation géochimique de l’altération des scories par percolation en zone non saturée (réalimentée en O₂) et poursuivie en zone saturée (milieu anoxique) reproduit de façon satisfaisante le chimisme des eaux prélevées.
   
4. Des essais de lixiviation des scories au laboratoire, à la fois par percolation (milieu non saturé) et par circulation (milieu saturé, fermé) ont permis d’obtenir des solutions d’altération comparables aux eaux prélevées sur le site. On observe en plus un épuisement progressif de la réactivité des scories, comparable à la diminution de charge en métaux observée sur le site durant les 4 années de suivi. De plus, les essais au laboratoire confirment l’importance de l’apport d’oxygène au système pour permettre la réactivation des réactions.
   

L’évolution du chimisme de la nappe, les modélisations thermodynamiques ainsi que les essais de lixiviation ont permis d’appréhender avec un certain détail ces mécanismes d’altération/oxydation des scories et ont montré que: (1) l’altération est activée ou réactivée après un abaissement du niveau de la nappe dans les faciès sulfurés, (2) l’apport d’oxygène par diffusion dans l’air des pores est le moteur de l’oxydation des scories et (3) le maintien des remblais en milieu saturé est un frein à l’altération.

L’évolution géochimique du site est très fortement corrélée à son historique, avec des réaménagements successifs du Canal de la Scarpe qui ont conduit à une baisse du niveau de la nappe d’environ 2 m. Les solutions de réhabilitation devraient s’orienter vers des traitements in-situ (traitement des eaux visant à réduire l’acidité, mise en place de barrières actives, etc...) plutôt que vers un traitement ex-situ nécessitant la reprise d’un volume de remblais très important.

Key Words: Site pollué • Métaux lourds • Altération • Acidification • Sulfures • Thiosulfates • Modélisation géochimique

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