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LIXIVIATS DES CENTRES D’ENFUISSEMENT DES DÉCHETS URBAINS
GÉNÉRALITÉS
L’eau est le vecteur principal de l’évolution d’une décharge. Les entrées d’eau dans un centre de stockage sont constituées de précipitations météoriques directes auxquelles s’ajoute l’eau apportée par les déchets eux-mêmes et les eaux de ruissellement qui entrent dans les alvéoles de stockage. Dans le cas des décharges de classe II, c’est-à-dire de déchets non dangereux, l’eau favorise la transformation bio-physico-chimique des déchets, le fonctionnement d’une décharge peut alors être assimilé à un réacteur complexe à multi-compartiments (biologique, minéral et organique) qui sont en permanence en contact les uns avec les autres et qui réagissent de façon interactive. L’ensemble de ces phénomènes conduit à la génération de métabolites gazeux, du biogaz et à l’entraînement par l’eau de molécules très diverses qui donnent lieu à des lixiviats, tous deux vecteurs essentiels de la charge polluante des centres de stockage de déchets non dangereux.
FONCTIONNEMENT D’UNE DÉCHARGE
Le fonctionnement d’une décharge peut être assimilé à un réacteur bio-physico-chimique donnant lieu à des réactions et à des évolutions complexes qui aboutissent à la transformation chimique, physique et biologique des déchets. Du fait des conditions géologiques et hydrologiques du site, de la nature des déchets stockés et du mode de gestion de l’exploitation, chaque décharge est un cas unique. Il n’est donc pas envisageable de déterminer avec précision un mode d’évolution qui serait applicable à tous les centres. Cependant, certains phénomènes sont communs à la majorité des sites et peuvent être quantifiés permettant ainsi de caractériser l’évolution d’une installation de stockage, en particulier, en ce qui concerne les aspects biologiques, physico-chimiques, hydrauliques et géotechniques.
➤ Les matières biodégradables mises en décharge font l’objet d’une évolution biologique sous l’action des bactéries aérobies puis des bactéries anaérobies.
➤ En l’absence de dispositions particulières, l’eau qui s’écoule à travers la masse des déchets produit des lixiviats en se chargeant de substances chimiques ou biologiques.
➤ Des réactions chimiques ou physiques conduisent à la destruction partielle de la matière et à la solubilisation de certaines espèces ou à leur transformation en gaz.
➤ Les déchets stockés, et souvent les sols qui les entourent, sont constitués de matériaux hétérogènes sur le plan de leur qualité physique. Les casiers et les alvéoles subissent donc des tassements qui modifient leurs caractéristiques mécaniques et géotechniques.
LES PHASES D’ÉVOLUTION DES LIXIVIATS
Introduction
La législation européenne définit le lixiviat comme étant « tout liquide filtrant par percolation des déchets mis en décharge et s’écoulant d’une décharge ou contenu dans celle ci» (Art 2,(i) Directive européenne sur les décharges, adoptée le 27 avril 1999). Plus communément, le lixiviat provient de l’eau qui percole à travers les déchets en se chargeant bactériologiquement et chimiquement en substances minérales et organiques dissoutes ou en suspension. La compréhension de la genèse des lixiviats implique non seulement la connaissance de la nature des déchets enfouis et le mode d’exploitation du centre de stockage des déchets (hauteur des déchets, surface exploitée, compactage…) mais aussi l’étude des interactions entre l’eau et les déchets. Les mécanismes de la genèse des lixiviats sont très complexes, ils sont de natures biologique et physico-chimique [1].
Les mécanismes physico-chimiques: l’évolution du pH, du pouvoir tampon, de la salinité et du potentiel d’oxydoréduction des solutions percolant à travers les déchets. Ces solutions mettent en œuvre des mécanismes chimiques de solubilisation, de complexation, d’oxydoréduction, d’adsorption, de neutralisation et de transfert de matière.
Les processus biologiques: les processus biologiques aérobies et anaérobies jouent un rôle prépondérant dans la genèse des lixiviats. En effet, les déchets enfouis servent de substrats aux micro-organismes hétérotrophes (bactéries, levures, champignons) responsables de la dégradation de la fraction organique fermentescible. Les effets de cette activité microbiologique peuvent être multiples, directs ou indirects et déclencher des phénomènes physico-chimiques secondaires. Il en résulte alors une modification des conditions du milieu (pH, température, potentiel d’oxydoréduction) [2].
Évolution des déchets
Au cours de l’exploitation d’une décharge, on distingue cinq phases de décomposition des ordures ménagère [3].
Phase aérobie
Au moment de la mise en place des déchets, l’oxygène présent est consommé (décomposition aérobie). L’activité des bactéries aérobies strictes permet la dégradation de la matière organique facilement dégradable et oxydable. A partir d’une modélisation obtenue sur le site de Montech, Aguilar et al. [4] estiment qu’en moyenne 5 à 15 % de la matière organique biodégradable est consommée. De plus, cette phase est caractérisée par une élévation de la température entre 50 et 70 °C. Cette phase dure de quelques jours à quelques semaines.
Phase de transition
Elle représente le passage progressif des conditions aérobies aux conditions anaérobies. Elle se caractérise par une chute du potentiel redox (le milieu devient réducteur) et une augmentation de la DCO (demande chimique en oxygène, proportionnelle à la concentration en matière organique) [5]. Elle dure de quelques jours à quelques semaines.
Phase acétogénique
Cette phase peut s’étendre sur plusieurs années voire plusieurs décennies. Elle est caractérisée par la présence de bactéries dites « acétogènes » qui hydrolysent et transforment la matière organique par fermentation produisant des molécules simples et solubles (acides gras, ammoniaque) [6]. Les lixiviats produits durant cette période possèdent de fortes valeurs en DBO (demande biochimique en oxygène) et un pH acide. Ces propriétés agressives facilitent la dissolution d’autres composés tels que le fer, le manganèse, le zinc, le calcium et le magnésium [7].
Phase méthanogénique
Cette étape de biodégradation de la matière organique correspond à la production de méthane (de l’ordre de 50 à 60 % en volume) et de dioxyde de carbone (teneurs comprises entre 40 et 60% en volume) à partir des produits organiques issus des étapes métaboliques précédentes, exceptée la formation de biogaz, le lixiviat présente une faible DCO représentative d’une matière organique difficilement biodégradable (Figure I-1). La méthanogenèse est assurée par les bactéries méthanogènes qui sont des bactéries anaérobies strictes très particulières du point de vue structurel et physiologique et qui font partie de la classe des Archaebactéries [8]. Elles ne sont capables de consommer qu’un nombre restreint de substrats organiques nécessaires pour leur croissance et leur développement tels que le formate, l’acétate et le méthylamine. Au cours de cette étape, la concentration en acide acétique (substrat principal de la méthanogènese) diminue rapidement conduisant à une augmentation des valeurs de pH .
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Table des matières
INTRODUCTION GÉNÉRALE
PARTIE I : ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I- LIXIVIATS DES CENTRES D’ENFUISSEMENT DES DÉCHETS URBAINS
I-1- GÉNÉRALITÉS
I-2- FONCTIONNEMENT D’UNE DÉCHARGE
I-3- LES PHASES D’ÉVOLUTION DES LIXIVIATS
I-3-1- Introduction
I-3-2- Évolution des déchets
I-4- TYPES DE LIXIVIATS
I-4-1- Les lixiviats jeunes (< 5 ans)
I-4-2- Les lixiviats intermédiaires
I-4-3- Les lixiviats stabilisés (> 10 ans)
I-5- MÉCANISMES DE FORMATION DES LIXIVIATS
I-6- QUANTIFICATION DES LIXIVIATS
I-7- COMPOSITION DES LIXIVIATS
I-7-1- Types de polluants présents dans les lixiviats
I-8- IMPACT DES LIXIVIATS SUR L’ENVIRONNEMENT ET LA SANTE HUMAINE
II- LES LIXIVIATS DE LA DÉCHARGE DE JEBEL CHAKIR
II-1- INTRODUCTION
II-2- LOCALISATION GÉOGRAPHIQUE DE LA DÉCHARGE
II-3- CADRE GÉOLOGIQUE
II-4- DONNEES CLIMATIQUES
II-4-1- Pluviométrie
II-4-2- Température
II-5- RESEAU DE COLLECTE DES LIXIVIATS DE JEBEL CHAKIR
II-6- PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES LIXIVIATS DE JEBEL CHAKIR
III- PROCÉDÉS DE TRAITEMENT DES LIXIVIATS
III-1- LES MÉTHODES BIOLOGIQUES
III-1-1- Traitement aérobie
III-1-2- Traitement anaérobies
III-2- LES MÉTHODES PHYSICO-CHIMIQUES
III-2-1- Flottation
III-2-2- Coagulation-Floculation
III-2-3- Précipitation chimique
III-2-4- L’adsorption
III-3- MÉTHODES MEMBRANAIRES
III-3-1- La nanofiltration
III-3-2- L’osmose inverse
III-4- COMPARAISON DES PROCÉDÉS CLASSIQUES DE TRAITEMENT
III-5- CONCLUSION
IV- LES PROCÉDÉS D’OXYDATION AVANCÉE
IV-1- INTRODUCTION
IV-2- LES PROCÉDÉS D’OXYDATION AVANCÉE (POA)
PARTIE II : MATÉRIEL ET MÉTHODES
I- PRODUITS CHIMIQUES
II- LES DISPOSITIFS EXPÉRIMENTAUX
II-1 REACTEUR ÉLECTROCHIMIQUE
II-2 RÉACTEUR PHOTOCHIMIQUE
II-3- DISPOSITIF D’UNE DÉCHARGE GLISSANTE (Glidarc)
III- LES TECHNIQUES ANALYTIQUES
III-1 CHROMATOGRAPHIE LIQUIDE A HAUTE PERFORMANCE (CLHP)
III-1-1 Analyses des polluants
III-1-2 Analyse des intermédiaires aromatiques
III-1-3 Analyse des acides carboxyliques
III-2 CHROMATOGRAPHIE IONIQUE (CI)
III-3 DEMANDE CHIMIQUE EN OXYGÈNE (DCO)
III-4 ANALYSE DU CARBONE ORGANIQUE TOTAL (COT)
III-5 MESURE DE LA TOXICITÉ
PARTIE III : RESULTATS ET DISCUSSION
CHAPITRE I : IDENTIFICATION DES PRODUITS PRESENTS DANS LES LIXIVIATS DE JEBEL CHAKIR
I- CARACTÉRISATION DU LIXIVIAT DE LA DÉCHARGE CONTROLÉE DE JEBEL CHAKIR
I-1- CARACTÉRISATION PHYSICO-CHIMIQUES DU LIXIVIAT DE LA DÉCHARGE DE JEBEL CHAKIR
I-2- IDENTIFICATION DE LA MATIÈRE ORGANIQUE PRÈSENTE DANS LE LIXIVIAT DE JEBEL CHAKIR
I-2-1- Conditions chromatographiques d’analyse
CHAPITRE II : TRAITEMENT DES PHTHALATES PAR LES PROCÉDÉS D’OXYDATION AVANCÉE
II-1- INTRODUCTION
II-2 TRAITEMENT DE L’ANHYDRIDE PHTALIQUE PAR PLASMA D’AIR HUMIDE
II-2-1 INTRODUCTION
II-2-2- MISE EN ÉVIDENCE DES PROPRIÉTÉS DU PLASMA
II-3- ÉTUDE DE LA DÉGRADATION DE L’ANHYDRIDE PHTALIQUE
II-3-1- Étude de la dégradation de l’anhydride phtalique par Glidarc/Procédé Fenton
II-3-2- Étude de la disparition de l’anhydride phtalique par Glidarc/photocatalyse hétérogène
II-3-3- Comparaison des catalyseurs
II-4- CONCLUSION
CONCLUSION GÉNÉRALE
