Application de la spectrométrie de fluorescence X à l'analyse in situ des métaux dans les sols contaminés

Bayouli, Imen (2016). Application de la spectrométrie de fluorescence X à l'analyse in situ des métaux dans les sols contaminés. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les terrains contaminés, notamment en milieu urbain, représentent un enjeu conséquent pour le secteur public ainsi que les détenteurs privés de ces terrains. Cet enjeu prend de plus en plus d'importance étant donné la pénurie des terrains que connait la plupart des villes à nos jours. En effet, à la fin de l'année 2010, environ 8000 terrains contaminés ont été recensés dans les 17 régions administratives du Québec, dont environ 1500 à Montréal. Les régions de Montréal et de la Montérégie représentent 45% du nombre total de sites contaminés au Québec. De ce fait, l'objectif pour les acteurs concernés est la revalorisation de ces terrains par leur réintégration dans le tissu socio-économique. Ceci nécessite une remise en état de ces terrains contaminés. Il s'agit en premier lieu d'effectuer une évaluation environnementale qui permet de repérer les risques de contamination potentiels. En second lieu, il s’agit de réaliser une caractérisation qui consiste à déterminer avec précision la nature, la mobilité et l’étendue de la contamination d’un sol, à partir d’échantillons prélevés. En dernier lieu, il s’agit de procéder à la réhabilitation, si besoin, à l'aide d'approches d'assainissement in situ ou ex-situ telles que les traitements de sol (biologique, chimique ou thermique), d'enfouissement ou de valorisation.

Afin de mener à bien les étapes d'intervention susmentionnées et plus spécifiquement la caractérisation du sol, des procédures pour un échantillonnage représentatif des sols doivent être utilisées ainsi que des techniques d'analyse efficaces. L'appareil utilisé dans le cadre de ce projet est le XRF (spectromètre à fluorescence X). Cet appareil permet l'analyse des métaux dans le sol et peut s'utiliser tant en laboratoire que sur le terrain. Son utilisation in situ permet ainsi un gain en temps et en argent, étant donné qu'un très grand nombre de mesures peut être effectué sans ou avec un minimum de préparation au préalable. Ceci pourrait affecter la précision des mesures effectuées par l'appareil, car la préparation aurait permis l'atténuation des effets des interférences telles que l'humidité et la granulométrie du sol. Ainsi donc l'objectif de ce projet a été d’étudier l'utilisation du XRF in situ. Une évaluation des deux interférences citées ci-dessus et de leurs influences sur la précision des mesures, a été faite. Les résultats obtenus ont montré que l'augmentation de la teneur en eau dans le sol entraîne la diminution de la concentration mesurée. Les résultats de six métaux lourds, parmi ceux analysés, sont présentés dans ce rapport : As, Cu, Ni, Pb, Sn et Zn. D'une manière générale et par rapport à un échantillon de sol séché, à 10% de teneur en eau massique correspond une diminution de 15% de la concentration mesurée en moyenne. Similairement, à 20% de teneur en eau correspond une diminution de 26% et à 30% la concentration mesurée diminue de 37% environ. Concernant la granulométrie, les résultats ont montré que pour la plupart des métaux analysés, le broyage du sol entraîne une diminution de la concentration mesurée. Celle-ci a diminué en moyenne de 29% lorsque le sol est broyé et tamisé à 2 mm et de 31% lorsqu'il est broyé et tamisé à 200 μm. Néanmoins le nickel (Ni) et l'étain (Sn) ont montré une tendance opposée, le broyage, dans leur cas, entraînant une augmentation de la concentration mesurée.

L'évaluation des trois scénarios de préparation d'échantillons (humides et non broyés à la réception) proposés dans le cadre de ce projet, montre que pour la plupart des métaux, le séchage et le broyage à 2 mm, donnent les résultats les plus proches de ceux obtenus par une technique d'analyse conventionnelle (ICP).

Titre traduit

Application of X-ray fluorescence spectrometry to the in situ analysis of metals in contaminated soils

Résumé traduit

Contaminated sites, particularly in urban areas, represent a great challenge for the public sector as well as private holders. This issue takes on more and more importance given the shortage of land, common to most of cities nowadays. Indeed, in 2010, approximately 8000 contaminated sites had been identified in 17 administrative regions of the Province of Quebec, from which approximately 1500 are in Montreal. The regions of Montreal and Montérégie represent 45% of the total number on contaminated sites in Quebec. The main objective for the actors concerned is the reuse of these sites by their re-integration in the economic and social development. This requires the remediation of these contaminated lands. The first step in the remediation process is an environmental assessment to identify the risks of potential contamination. Then site characterization is performed to determine with precision the nature, the mobility and the extent of the contamination. Finally, remediation is conducted using in situ or ex-situ soil treatment techniques (biological, chemical or thermal) followed by the redevelopment of the site.

In order to carry out this remediation process, and more specifically site characterization, representative sampling procedures and efficient analytical techniques are required. The device used in this project is the XRF (X-ray fluorescence spectrometry). This device allows the analysis of metals in the soil and may be used both in the laboratory and on the field. Its use in situ could reduce time and money constraints during site characterization, given that a very large number of measures can be carried out with a minimum of sample preparation. The amount of sample preparation could affect the accuracy of the measurements made by the device by mitigating of the effects of interferences such as moisture and particle size.

The objective of this project was to study the use of XRF in situ. To do this, an evaluation of two interferences cited above and their influences on the accuracy of the measures, has been made. The results obtained showed that the increase in the water content of the soil leads to the decrease of the concentration measured. The results for six selected heavy metals are presented in this report: As, Cu , Ni, Pb , Sn and Zn. Globally, a 10% increase in water content, corresponded to a decrease of 15% in the measured concentration. Similarly, 20% and 30% increases in water content corresponded to decreases of 26% and 30% respectively in the measured concentrations. Regarding the influence of particle size, the results have shown that for most of the metals analyzed, grinding the soil lead to a decrease in the measured concentration. The latter has decreased by an average of 29% when the soil was ground to a particle size smaller than 2 mm and 31%, when it was ground to a particle size smaller than 200 μm. Nevertheless, nickel (Ni) and tin (Sn) showed an opposite trend, with an increase in the measured concentrations following grinding.

Three scenarios for the preparation of soil samples for XRF analysis were studied in this project. For most of the metals, drying the soil and grinding it to a particle size smaller than 2 mm gave results closer to those obtained by the conventional ICP analytical technique.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de l'environnement". Bibliographie : pages 139-142.
Mots-clés libres:	Sites contaminés Évaluation. Spectroscopie des rayons X. Sols Teneur en métaux lourds. Sols Humidité. Granulométrie. Sols Échantillonnage. analyse, in situ, urbain, XRF, contamination de sol, interférences
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Dubé, Jean-Sébastien
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de l'environnement
Date de dépôt:	29 nov. 2016 16:43
Dernière modification:	29 nov. 2016 16:43
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1761

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