Les zones sources formées par les organochlorés dans les sols (DNAPL) peuvent contaminer les aquifères pour plusieurs siècles en alimentant un panache de composés dissous. Pour épuiser ces zones sources, pomper le DNAPL est la solution la plus simple, mais l’efficacité est limitée par le cheminement préférentiel de l'eau dans le sol et les forces capillaires qui piègent le DNAPL. Les stratégies plus agressives (dissolution, traitement thermique, dégradation chimique…) sont aussi plus coûteuses. Dans cette thèse, deux stratégies de traitement à base de mousse de surfactant ont été développées et évaluées au laboratoire en préparation d’un essai terrain. La première stratégie utilise l’injection de mousse en zone source pour mobiliser de façon contrôlée le DNAPL et le diriger vers des puits de pompage. Dans les meilleures conditions, la saturation en DNAPL après traitement a pu être abaissé en dessous de 1 % avec une consommation de surfactant inférieure à 10 g kg-1 de DNAPL éliminé. La seconde stratégie utilise la mousse comme vecteur de réactif (hydrogène) pour accélérer la biodégradation des composés dissous dans le panache. Sous forme de mousse, l’hydrogène a été délivré de façon ciblée et plus rémanente dans l’horizon à traiter. Les technologies développées se sont montrées très prometteuses à l’échelle du terrain et lors de l’évaluation technico-économique. De la recherche reste nécessaire pour rendre ces procédés plus prédictibles lors de leur mise en œuvre. / Source zones formed by chlorinated organic compounds in soils (DNAPL) can contaminate aquifers for several centuries by feeding a plume of dissolved compounds. To deplete those source zones, DNAPL pumping is the simplest option, but the efficacy is limited by preferential water flow in the soil and capillary forces that are trapping the DNAPL. More aggressive strategies (dissolution, thermal treatment, chemical degradation...) are also costlier. Within this thesis work, two treatment strategies using surfactant foam were developed and assessed at lab-scale to prepare field assessment. The first strategy relies on foam injection in the source zone to mobilize the DNAPL in a controlled fashion to drive it ahead to pumping wells. In the best conditions, DNAPL saturation was lowered below 1% after treatment with a surfactant consumption below 10 g kg-1 of DNAPL removed. The second strategy uses foam as a reagent (hydrogen) carrier to accelerate the biodegradation of dissolved compounds in the plume. When injected as a foam, hydrogen was delivered in a targeted and more persistent manner in the strata to be treated. Developed technologies showed to be promising at field-scale and when the technico-economic assessment was conducted. Research still remains to be done to make those techniques more predictable during their implementation.

Le thème principal de cette recherche est la remédiation des sols contaminés par des hydrocarbures en utilisant des traitements d'oxydation chimique à pH neutre. Les minéraux à base de fer sont susceptibles de catalyser cette réaction d'oxydation. L'étude concerne donc dans un premier temps la synthèse des minéraux réactifs contenant des espèces FeII et FeIII (la magnétite et la rouille verte) et, dans un second temps, leur utilisation pour catalyser l'oxydation chimique. Les procédés d'oxydation testés incluent l'oxydation de type « Fenton-like (FL) » et de type persulfate activé (AP). La formation de la magnétite et de la rouille verte a été étudiée par des transformations abiotiques de différents oxydes ferriques (ferrihydrite, goethite, hématite et lépidocrocite) mis en présence de cations FeII. La magnétite a été utilisée pour catalyser les oxydations (FL et AP) dans la dégradation des hydrocarbures aliphatiques et aromatiques polycycliques (HAP) à pH neutre. Une dégradation importante des hydrocarbures aliphatiques a été obtenue par ces deux oxydants, aussi bien pour des pétroles dégradés naturellement que pour un pétrole brut. L'oxydation catalysée par la magnétite a également été efficace pour la remédiation de deux sols contaminés par HAP provenant d'anciens sites de cokerie. Aucun sous-produit n'a été observé dans nos expériences d'oxydation. En revanche, une très faible dégradation des hydrocarbures a été observée lorsque les espèces FeII solubles ont été utilisées comme catalyseur. Des expériences d'oxydation ont également été réalisées en colonne. Ces études d'oxydation ont révélé l'importance du type de catalyseur utilisé pour l'oxydation, la disponibilité des HAP dans les sols et l'effet de la matrice du sol. Les résultats suggèrent que la magnétite peut être utilisée comme source de fer pour activer les deux oxydations par Fenton-like et persulfate à pH neutre. Ce travail a de fortes implications sur la remédiation par oxydation chimique in situ des sols pollués par des hydrocarbures / The main theme of this research is the use of reactive iron minerals in the remediation of hydrocarbon contaminated soils via chemical oxidation treatments at circumneutral pH. The contribution of this thesis is two-fold including the abiotic synthesis of mixed FeII-FeIII oxides considered as reactive iron minerals (magnetite and green rust) and their use to catalyze chemical oxidation. Oxidation methods tested in this study include Fenton-like (FL) and activated persulfate oxidation (AP). The formation of magnetite and green rust was studied by abiotic FeII-induced transformations of various ferric oxides like ferrihydrite, goethite, hematite and lepidocrocite. Then, the ability of magnetite was tested to catalyze chemical oxidation (FL and AP) for the degradation of aliphatic and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) at circumneutral pH. Significant degradation of oil hydrocarbons occurring in weathered as well as in crude oil was obtained by both oxidants. Magnetite catalyzed oxidation was also effective for remediation of two PAHs contaminated soils from ancient coking plant sites. No by-products were observed in all batch slurry oxidation systems. Very low hydrocarbon degradation was observed when soluble FeII was used as catalyst under the same experimental conditions. Magnetite also exhibited high reactivity to catalyze chemical oxidation in column experiments under flow through conditions. Oxidation studies revealed the importance of catalyst type for oxidation, PAHs availability in soils and the soil matrix effect. Results of this study suggest that magnetite can be used as iron source to activate both Fenton-like and persulfate oxidation at circumneutral pH. This study has important implications in the remediation of hydrocarbon polluted soils through in-situ chemical oxidation