La majorité des travaux présentés dans le présent mémoire ont été effectués entre les mois de septembre 2008 et de janvier 2010 en vue de déterminer l'efficacité d'une méthode de décontamination. Les travaux ont été effectués ex situ en l'absence d'un terrain adéquat au test de notre technologie et d'un partenaire désireux d'effectuer un projet pilote. Les travaux ex situ ont été effectués entièrement par l'auteur du présent mémoire. Les travaux en laboratoire ont consisté en trois phases. La première phase a été d'évaluer, de façon concomitante, la possibilité de réhabiliter les résidus miniers de Murdochville et d'évaluer le potentiel de revalorisation d'un résidu industriel. La seconde phase a été de mettre sur pied une méthodologie ex situ pour simuler les écoulements souterrains au travers d'une BRP. La dernière phase a été de collecter les résultats, d'effectuer des analyses chimiques et d'analyser les résultats. Les expériences de simulation des BRP ont été effectuées sur de multiples métaux, notamment l'arsenic, le cuivre, le plomb, le zinc, le chrome. Le but était de mesurer contaminée à environ 10 ppm de chacun des métaux et métalloïdes mentionnés précédemment comme temps t0 et de comparer avec de l'eau ayant passée par le système de BRP. Les BRP simulées ont décontaminées dans une proportion de 93,64 à 99,79% l'ensemble des contaminants qui lui ont été soumis. La moyenne de décontamination est de 99,46% pour l'As, 96,96% pour le Cr, 97,9% pour le Pb, 99,42% pour le Cu et 99,26% pour le Zn. La méthode est la plus efficace pour décontaminer l'arsenic, mais est efficace pour tous les autres métaux. En comparant avec des travaux ciblés sur le même type de contaminant, il appert que la méthode de décontamination mise sur pied dans le cadre du présent mémoire offre une technologie de décontamination originale. Toutefois, la méthodologie des BRP est une méthodologie déjà existante. La technologie a fait l'objet de modélisations numériques visant à améliorer la forme et la géométrie des BRP, ayant pour résultat de mettre en lumière le peu d'impact qu'une variation notable dans la géométrie d'une BRP peut avoir sur le débit qui y passe. À la lumière des résultats obtenus, il sera intéressant d'appliquer la méthode décrite dans le présent mémoire et de la tester in situ. Il sera nécessaire de conduire des essais pilotes pour mesurer la durée de vie d'une telle barrière. Il semble que la technologie soit efficace à décontaminer les di vers métaux présentés dans le présent mémoire, du moins à court terme et avec des volumes d' eau modérés. ______________________________________________________________________________

L'objectif principal de cette thèse est la formulation des mélanges stables contenant l'hydroxyapatite gel synthétisée (Ca-HAGel). Le comportement rhéologique des mélanges Eau/(sulfate de calcium) et hydroxyapatite/(sulfate de calcium) a été étudié. Les résultats ont montrés que tous les mélanges sont caractérisés par un comportement rhéologique rhéofluidifiant et thixotrope. Le potentiel zêta a été utilisé dans cette étude pour mieux appréhender les interactions entre les particules et leurs effets sur le comportement des mélanges. La fixation de sulfate sur la surface de Ca-HA favorise la stabilité de la structure du Ca-HAGel. Les analyses de caractérisation effectuées sur les formulations ont montrées la formation de nouveaux composés tels que le sulfate-phosphate de calcium hydrate et l'Ardealite. Les tests de lixiviation et de percolation ont révélés que le taux de relargage de soufre et strontium à partir des sous-produits de gypse était négligeable pour les mélanges contenant Ca-HAGel. Ca-HAGel stabilise les métaux lourds relargués à partir du gypse et plâtre. Les particules du gypse améliorent les performances hydrauliques de Ca-HAGel et le plâtre hydraté stabilise la structure de Ca-HAGel par la formation des particules agglomérées. Le test colonne effectués sur la formulation AWPG2 a montré une grande performance à retenir le plomb et le cadmium avec des capacités de rétention de plus de 99% et 88% respectivement. Le traitement des métaux lourds était lié aux particules de Ca-HA et au phosphate et calcium libres. La formulation AWPG2 peut être utilisée dans les barrières perméables réactives pour traiter les eaux souterraines contaminées.

La valorisation des déchets industriels est de nos jour un défit international ayant des intérêts économiques et environnementaux. Dans ce cadre, l'entreprise Solvay travail sur la gestion de ses déchets et plus particulièrement ceux produits de la fabrication du carbonate de sodium " soude ". Ils sont actuellement stockés dans des bassins de décantation. Cependant, des contraintes règlementaires sont récemment apparues limitant ainsi la construction de nouveaux bassins. La valorisation de ces déchets est par conséquent impérative pour l'entreprise. Plusieurs voies de valorisation sont envisageables, notamment le recours à des nouveaux procédés qui permettraient d'en produire de nouveaux matériaux.En effet, un nouveau matériau issu des déchets industriels appelé " Gel d'Apatite " fait l'objet de ce travail de thèse. L'objectif est de caractériser le Gel d'Apatite et de proposer et d'étudier une voie permettant sa valorisation. Ce matériau est constitué principalement d'hydroxyapatite et de l'eau. Il se distingue par un comportement thixotropique et par sa capacité de rétention des métaux lourds. Cette dernière propriété a permis d'envisager sa valorisation dans la dépollution et la protection des nappes phréatiques. La voie étudiée dans ce travail de recherche est la valorisation du Gel d'Apatite dans les Barrières Perméables Réactives " BPR(s)"; technique passive de traitement des eaux souterraines in-situ.La finalité de ces travaux de recherche serait de dresser un cahier de charge du Gel d'Apatite et de définir un mélange conforme au mode de valorisation étudié

La dépollution des eaux souterraines est actuellement une des principaux défis environnementaux, considérant le nombre de sites contaminés et le risque posé à la santé humaine et à l'environnement par l'exposition à la contamination des eaux souterraines. La barrière réactive perméable (PRB) est une technologie in situ passive pour la remédiation des eaux souterraines contaminées. Il se compose d'une barrière placée perpendiculairement à l'écoulement des contaminants et constituée d'un matériau réactif qui traite la panache de contaminants le traversant sous le gradient hydraulique naturel. C’est la technologie de remédiation des eaux souterraines la plus rentable ; elle permet l'utilisation des terres de surface et réduit l'exposition des travailleurs aux polluants. Le matériau réactif le plus utilisé est le fer à valence zéro (ZVI), qui peut dépolluer l'eau souterraine contaminée par une large gamme de contaminants au moyen de mécanismes chimiques et physiques différents. Le problème principal de l'utilisation de ZVI granulaire est la réduction de la porosité du milieu poreux, en raison de la nature expansive de produits de corrosion, des précipités et la formation de gaz. Pour surmonter ce problème, des mélanges de matériaux granulaires et ZVI ont été testés afin de déterminer leur efficacité de dépollution et le comportement hydraulique à long terme. L'utilisation de Lapillus volcaniques à mélanger avec ZVI pour dépolluer les eaux souterraines contaminées par métaux lourds est proposée dans ce travail. Des essais sur Lapillus ont montré une efficacité d'élimination de métaux lourds non négligeable, tandis que les tests en colonne effectuée en utilisant des mélanges n’ont pas montré une réduction élevée de la conductivité hydraulique au cours du temps.La modélisation des essais batch et colonne en tant qu’outil pour la compréhension des mécanismes impliqués dans les milieux poreux réactifs a été mis en place. L’étude de la sensibilité des paramètres des modèles sur leurs réponses a également été explorée. / Groundwater remediation is currently one of the major environmental challenges, considering the number of contaminated sites and the risk posed to human health and to the environment by exposure to groundwater contamination. Permeable reactive barrier (PRB) is a passive in situ technology for the remediation of contaminated groundwater. It consists of a barrier placed perpendicularly to the contaminant flow and made of reactive material that treats contaminant plume flowing through it under the natural hydraulic gradient. It is the most cost-effective groundwater remediation technology; it allows the use of surface land and reduces the exposure of workers to contaminants. The most used reactive material is Zero Valent Iron (ZVI), which is able to remediate groundwater contaminated by a large range of contaminants by means of different chemical and physical mechanisms. The main issue of granular ZVI use regards the reduction of the porous medium porosity, because of the expansive nature of corrosion products, precipitates and gas formation. To overcome this problem, mixtures of ZVI and granular materials were tested to investigate their long-term removal efficiency and hydraulic behavior. The use of volcanic Lapillus to be mixed with ZVI to remediate heavy-metals contaminated groundwater is proposed in this work. Tests on Lapillus showed a not negligible heavy metal removal efficiency of the volcanic material, while the hydraulic monitoring of column tests performed using mixtures showed a not high reduction of hydraulic conductivity over time.Modelling batch and column tests as a tool for understanding the mechanisms involved in the reactive porous media has been set up. The analysis of the sensitivity of the models response with respect to the input parameters has also been explored.

La valorisation des déchets industriels est de nos jour un défit international ayant des intérêts économiques et environnementaux. Dans ce cadre, l’entreprise Solvay travail sur la gestion de ses déchets et plus particulièrement ceux produits de la fabrication du carbonate de sodium « soude ». Ils sont actuellement stockés dans des bassins de décantation. Cependant, des contraintes règlementaires sont récemment apparues limitant ainsi la construction de nouveaux bassins. La valorisation de ces déchets est par conséquent impérative pour l’entreprise. Plusieurs voies de valorisation sont envisageables, notamment le recours à des nouveaux procédés qui permettraient d’en produire de nouveaux matériaux.En effet, un nouveau matériau issu des déchets industriels appelé « Gel d’Apatite » fait l’objet de ce travail de thèse. L’objectif est de caractériser le Gel d’Apatite et de proposer et d’étudier une voie permettant sa valorisation. Ce matériau est constitué principalement d’hydroxyapatite et de l’eau. Il se distingue par un comportement thixotropique et par sa capacité de rétention des métaux lourds. Cette dernière propriété a permis d’envisager sa valorisation dans la dépollution et la protection des nappes phréatiques. La voie étudiée dans ce travail de recherche est la valorisation du Gel d’Apatite dans les Barrières Perméables Réactives « BPR(s)»; technique passive de traitement des eaux souterraines in-situ.La finalité de ces travaux de recherche serait de dresser un cahier de charge du Gel d’Apatite et de définir un mélange conforme au mode de valorisation étudié / The valorization of industrial wastes is nowadays a worldwide challenge that offers several environmental and social interests. In some fields this valorization allows the preservation of natural resources and the releasing of spaces devoted to the wastes storage. Further, it allows developing of new innovative materials and low-cost products. Consequently industries industries have followed these guidelines. A collaborative investigation has been established with Solvay and Ecole Centrale de Lille in order to work on this topic.A new material: hydroxyapatite gel, is thus developed from non-toxic wastes in an industrial research laboratory. This material is composed by hydroxyapatite and water. It is characterized by its capacity to retain heavy metal by ion exchange. This particular characteristic led to consider its valorization in the water pollution control as the permeable reactive barrier (PRB) in particular. In deed, the permeable reactive barrier is a passive technique of in situ groundwater treatment.The results from this study were useful for a better planning of Permeable Reactive Barriers (PRB). The latter requires a high permeability to ensure groundwater flow and a high retention capacity for heavy metals