Interaction argiles-polluants métalliques dans le cadre des centres de stockage de déchets: Expériences d'infiltration sous pression et en batch d'une smectite de référence SWy-2 avec des solutions de zinc

Abstract

International audienceLe stockage des déchets ménagers et assimilés est devenu un enjeu important pour l'environnement. La réglementation exige la présence d'une barrière de sécurité avec une étanchéité optimale afin d'éviter la contamination du sous-sol. Les smectites, ayant une faible perméabilité et une forte capacité à retenir les polluants, sont donc fréquemment utilisées comme barrière de sécurité passive au fond des alvéoles de stockage. Cependant ces argiles doivent assurer la pérennité de ces barrières en contact avec le lixiviat et particulièrement avec les polluants métalliques qu'il contient. Ce travail consiste à simuler au laboratoire l'infiltration des solutions de polluants métalliques dans les argiles, d'analyser les mécanismes d'interaction et donc de prévoir le comportement hydraulique et physico-chimique de ces argiles. Pour cela, nous utilisons la smectite naturelle de référence SWy2 échangée avec Na+ ou Ca2+ notée Na-SWy2 ou Ca-SWy2. Les échantillons d'argile Na-SWy2 et Ca-SWy2 ont été compactés dans des cellules oedométriques jusqu'à 0,5 MPa, puis infiltrés à une pression constante de 0,3 MPa avec de l'eau pure. La conductivité hydraulique, calculée à partir des volumes injectés et de la loi de Darcy, est très faible, de l'ordre de 10-13 m/s pour les deux types d'argiles, preuve de l'importante étanchéité de cette argile. En complément de ces expériences oedométriques de longue durée (plusieurs mois), des expériences en batch où l'équilibre est atteint rapidement permettent de tester les principaux paramètres qui influent sur les mécanismes d'adsorption. Des essais ont été menés sur Na-SWy2 avec des solutions de Zn(NO3)2 tamponnées à pH=5 avec un rapport solide/liquide de 10 g/L et à force ionique contrôlée mais à différentes concentrations initiales de Zn(NO3)2. La variation du taux de Zn adsorbé en fonction de sa concentration à l'équilibre dans la solution montre que l'adsorption du zinc varie avec la concentration initiale de la solution mère. 80% du zinc initialement mis en solution est adsorbé par l'argile Na-SWy2 à une concentration initiale de 10-5 mol.L-1, représentative des teneurs moyennes dans les lixiviats des centres de stockage. Plus on augmente la concentration initiale de Zn, plus le taux d'adsorption diminue jusqu'à atteindre une valeur de 15% pour la plus forte concentration initiale de 10-2 mol.L-1