L'art de la décontamination

Dépollution radioactive : mission (pas si) impossible
Récit et photos
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L'eau présente dans une couche de gypse phosphoreux sicilien était tellement contaminée que personne ne savait comment la purifier, jusqu'à ce que Ulrich Bäuerle conçoive son installation de traitement unique.

Un coup d'oeil à l'analyse chimique de l'eau présente dans la couche de gypse phosphoreux de Gela, en Sicile aurait fait reculer la plupart des spécialistes en technologies de l'eau, horrifiés par ce qu'ils voyaient. Cette eau polluée présentait une salinité élevée combinée à de fortes concentrations de différents métaux lourds, d'acide phosphorique, de fluorures et d'éléments radioactifs.

Ulrich Bäuerle n'a pas reculé. Il a vu là un défi et une possibilité. Sa société, Clear Water Technologies (CWT), implantée à Grafenrheinfeld, près de Francfort, Allemagne, est spécialisée dans les projets complexes de dépollution de l'eau.

"Il faut comprendre la chimie," affirme Ulrich Bäuerle. "La plupart des gens regarderaient cette eau et diraient qu'il est impossible de la purifier, mais notre société partenaire, Servizi Technologici per l'Ecologia Srl Uninominale (STE) et nous-mêmes, avons utilisé notre expérience et avons essayé une chose, puis l'autre, jusqu'à ce que cela fonctionne."

PHOTO: Carmelo Curvà arpente l'usine de Gela, en Sicile, qui traite les eaux radioactives hautement polluées, contaminées par la production d'acide phosphorique pour engrais.


"La plupart des gens regarderaient cette eau et diraient qu'il est impossible de la purifier, mais notre société partenaire STE et nous-mêmes avons essayé une chose, puis l'autre, jusqu'à ce que cela fonctionne."

Ulrich Bäuerle, Clear Water Technologies

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Utilisé dans la production d'acide phosphorique pour engrais (voir onglet "|s0Le phosphate :/|s0 un besoin d'engrais”), le phosphate contient souvent des éléments naturellement radioactifs, à l'instar de nombreuses autres roches naturelles. La production d'acide phosphorique a comme sous-produit du gypse phosphoreux. Son élimination en décharge contamine, avec le temps, les eaux de pluie qui s'accumulent, affirme Ulrich Bäuerle.

L'usine de production d'acide phosphorique en question a fonctionné pendant la deuxième moitié du vingtième siècle et a été fermée dans les années 1990 pour des raisons industrielles et commerciales. Les problèmes liées à la décharge de gypse phosphoreux en Sicile persistent néanmoins.

Ce problème n'est pas propre à Gela. Il existe des sites qui transforment le phosphate pour produire de l'engrais sur tous les continents. D'après une étude menée en 2012 par Greenpeace, le problème connaît un développement rapide, étant donné que l'extraction accrue de phosphates pour répondre à la demande croissante d'engrais signifie que la qualité de la roche se dégrade. Environ 110 millions de tonnes de gypse phosphoreux sont produites chaque année.

PHOTO: L'installation CWT/STE peut purifier l'eau polluée jusqu'à 99,9%, alors qu'elle contenait auparavant des métaux lourds et des isotopes radioactifs de l'uranium, du plomb, du polonium, du radium et du potassium, comme l'a déterminé l'Agence internationale de l'énergie atomique.

Les eaux de lixiviation de la couche de gypse phosphoreux contiennent des métaux lourds et des isotopes radioactifs de l'uranium, du plomb, du polonium, du radium et du potassium, qui émettent des rayonnements alpha, beta et gamma.

Un problème croissant
La pollution à Gela est un problème suffisamment important pour intéresser l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA), qui indique qu'on dénombre 15 millions de tonnes de produit dans la couche de gypse phosphoreux de 55 hectares et de 20 mètres de profondeur. Malgré les murs de soutènement qui s'enfoncent dans l'argile souterraine, il existe toujours un risque que des radiations pénètrent dans l'eau souterraine, c'est pourquoi l'eau de surface est pompée jusque deux énormes lacs artificiels proches du site.

En 2010, l'AIEA a consenti des efforts considérables pour déterminer la manière de mesurer le risque posé par le site et la manière de traiter la radioactivité dans la couche proprement dite. Les eaux de lixiviation contiennent généralement des métaux lourds et des isotopes radioactifs de l'uranium, du plomb, du polonium, du radium et du potassium, qui émettent des rayonnements alpha, beta et gamma.

C'est ce qui a fait baisser les bras à la plupart des hydrauliciens, mais pas à Ulrich Bäuerle. Il devait construire une installation pilote et a présenté sa solution d'épuration des eaux à un comité d'experts, chacune des étapes du processus étant étudiée par deux laboratoires indépendants.

Dans l'installation exploitée par les partenaires italiens de CWT, STE, la première étape, conçue par Ulrich Bäuerle et construite par STE, est un prétraitement chimique. La deuxième étape, construite par CWT pour STE, épure physiquement les eaux résiduelles.

"Le prétraitement élimine la plus grosse partie des sels, des métaux lourds, du phosphore et du fluorure," explique Ulrich Bäuerle, "tandis que la deuxième étape élimine le reste des sels dissous et autres matières solubles."

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Croissance explosive des algues
Le prétraitement implique des processus chimiques permettant de transformer les polluants dissous en particules solides. Ils peuvent être séparés de l'eau en utilisant certains tissus filtrants dans un grand filtre-presse à chambre. Etant donné que la contamination biologique peut créer des problèmes lors des étapes suivantes du processus, le traitement chimique doit être adapté selon la quantité d'algues et de bactéries présentes dans les bassins de retenue.

"Ce qui ressort du prétraitement, ce sont des boues blanches sous forme de panneaux solides, qui peuvent devenir légèrement vertes s'il y a beaucoup d'algues", indique Ulrich Bäuerle. "Le prétraitement élimine la plupart des ingrédients problématiques qui empêcheraient le bon fonctionnement du traitement de la membrane lors de la deuxième étape. Il en ressort de l'eau claire, mais celle-ci contient toujours tous les sels solubles et partiellement radioactifs."

Les boues solides sont renvoyées vers la couche.

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Comment cela fonctionne-t-il ?
Dans l'intervalle, l'eau continue sa progression vers l'installation de traitement, qui est soigneusement conditionnée dans deux conteneurs maritimes. C'est une particularité de CWT : ses installations sont assemblées à Grafenrheinfeld dans des conteneurs d'expédition standard et peuvent être transportées et installées rapidement lorsqu'elles sont nécessaires. Dans le cas de Gela, l'installation des conteneurs isolés et climatisés n'a pris que six semaines.

Bien qu'une grande partie du processus qui se déroule dans l'installation de traitement soit secrète, Ulrich Bäuerle en explique les principales étapes (voir illustration).

Le premier filtre du conteneur est une membrane poreuse, un filtre physique qui est si fin qu'il élimine les solides en suspension comme les bactéries et les virus. L'eau subit ensuite une osmose inverse (OI), au cours de laquelle elle passe de force dans trois étages de membranes. A chaque étape, le concentré de polluants et de produits chimiques sera renvoyé vers un étage précédent de manière à pouvoir être retraité. Ulrich Bäuerle surveille le fonctionnement de l'installation depuis son bureau en Allemagne, grâce à une interface de commande en ligne. Il peut ainsi recommander des ajustements à l'ingénieur sur place.

PHOTO: Eau radioactive à l'intérieur – eau propre à l'extérieur. L'installation de traitement des eaux CWT est illustré ici.

99,9 pour-cent éliminés
A la fin du processus, tous les solides en suspension et 99,9 pour-cent des sels auront été éliminés. Les 13.000 kilogrammes/heure d'eau de surface donneront 10.000 kilogrammes/heure d'eau pure, 2.500 kilogrammes/heure de concentré d'osmose inverse et environ 710 kilogrammes/heure de boues du filtre-presse à chambre. Le concentré retourne vers la couche, grâce à la nouvelle technologie brevetée de réinfiltration fournie par la société allemande IEG Technologie GmbH, qui évite un court-circuit dû à l'eau, garantissant une distribution égale du concentré sur le volume de gypse total.

L'eau est à présent suffisamment propre pour respecter les limites de décharge définies par les autorités environnementales et est dirigée vers un cours d'eau voisin.

Une installation de traitement unique s'est toutefois avérée insuffisante. Aujourd'hui, deux installations identiques fonctionnent 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, avec une capacité totale de 600 mètres cubes d'eau par jour.

Ceci était un défi pour CWT. Bien qu'il s'agisse toujours d'eau difficile à traiter, c'était là une étape supplémentaire que personne n'avait encore franchie auparavant.

"Il existe environ 20 autres implantations dans le monde qui sont confrontées aux mêmes problèmes," déclare Ulrich Bäuerle, "et jusqu'à présent, personne ne savait comment les résoudre. A présent, nous voulons amener [notre solution] ailleurs, et nous pouvons adapter cette expérience pour l'utiliser sur d'autres sites problématiques aussi difficiles mais différents."

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"Environ 20 autres sites dans le monde sont confrontés aux mêmes problèmes. Jusqu'à présent, personne ne savait comment les résoudre."

Ulrich Bäuerle, Clear Water Technologies

PHOTO : Unités d'ultrafiltration dans le conteneur de l'installation d'épuration CWT/STE de Gela, en Sicile.

Récit de Michael Lawton
Photos de Maurizio Camagna
Illustration de Valja Infodesign

Phosphate : un besoin d'engrais
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PHOTO : La décharge de gypse phosphoreux en Sicile a été recouverte d'une imperméabilisation multicouche pour isoler totalement son contenu de l'environnement.

Nous avons besoin de phosphate pour nourrir une population mondiale croissante. "Il faut l'extraire, c'est la seule manière de l'obtenir," indique Brian Birky, directeur exécutif par intérim du Florida Industrial and Phosphate Research Institute. Cet institut est l'un des premiers centres d'expertise mondiaux en matière de phosphate.

"Nous avons besoin de phosphate pour nourrir une population mondiale croissante. L'extraction est le seul moyen de s'en procurer."

Brian Birky, Florida Industrial and Phosphate Research Institute.

A une époque, la Floride produisait un quart de tous les engrais à base de phosphate du monde. L'extraction a commencé là-bas il y a environ un siècle. "Ils n'avaient que des pioches et des mulets," raconte Brian Birky, "et n'ont donc pu atteindre que les dépôts faciles d'accès et de haute qualité." Aujourd'hui, le minerai qui reste est de moins bonne qualité et la Floride a pris du retard sur d'autres régions minières, comme le Maroc.

"De nombreuses recherches ont été menées pour déterminer les niveaux sûrs en termes d'impact sur l'environnement et de santé publique," ajoute-t-il. Les niveaux de contamination varient considérablement d'un site à l'autre à travers le monde.

"Ici, en Floride," indique Brian Birky, "nous nous situons dans le quartile supérieur pour l'uranium, mais dans le quartile inférieur pour le cadmium." Aujourd'hui, le phosphate est extrait et transformé avec une plus grande connaissance du risque de contamination. Brian Birky reconnaît qu'il n'existe aucun moyen d'éviter la pollution. "Il faut personnaliser les bonnes pratiques pour obtenir des niveaux aussi bas que possible, les niveaux que nous obtenons étant des niveaux avec lesquels on peut très bien vivre," ajoute-t-il.

Gamme d'approvisionnement complète de Grundfos

Le processus de purification de Clear Water Technologies (CWT) nécessite 26 pompes à aspiration en bout et à étages multiples en acier inoxydable, ainsi que 10 pompes de dosage numériques pour les 10 points d'injection de produits chimiques très importants. Ulrich Bäuerle, directeur de CWT, explique qu'il a choisi Grundfos comme fournisseur complet parce qu'il savait que les pompes fonctionneraient de manière fiable en continu. Il était également satisfait du service après-vente.

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"Pour la deuxième installation, le délai a été réduit de 16 à 12 semaines," indique-t-il. "Seize semaines, c'était déjà court, mais Grundfos a pu nous livrer en 12 semaines. La dernière pompe a été livrée sur le lieu où elle a été intégrée directement dans le conteneur."

Types de pompes Grundfos fournies à CWT:
CRNE 32-2
CRNE 15-14
CRNE 15-03
CRN 45-1-1
CRN 15-02
DDI 60-10 AR
DDI 20-3 AR
DDI 0.4-10 AR
NBE 80-200/196
NBE 80-160/161
NB 40-250/260

PHOTO: Une des pompes de dosage numérique Grundfos à l'intérieur du conteneur de traitement des eaux CWT de Gela, Sicile.





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