Etude expérimentale sur l'imperméabilité du liner Loess mélangé à de la bentonite

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8740 (2023) Citer cet article

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Une correction de l'auteur à cet article a été publiée le 27 juin 2023.

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Des tests de perméabilité sont effectués à l'aide du perméamètre à paroi flexible pour étudier l'influence de la bentonite-HDTMA (bromure d'hexadécyl triméthylammonium) sur les performances de perméabilité du Loess en tant que matériau de revêtement dans la décharge de déchets solides. Les résultats montrent que l'imperméabilité du lœss compacté dans les cours moyen et inférieur du fleuve Jaune en Chine ne répond pas aux exigences standard en tant que revêtement de décharge. La perméabilité du Loess mélangé à plus de 10 % de bentonite est inférieure à 1,0 × 10−7 cm·s−1. La perméabilité du Loess augmente légèrement après avoir mélangé une petite quantité de HDTMA. L'imperméabilité du Loess mélangé à un certain rapport bentonite-HDTMA répond toujours aux exigences de la norme. Le HDTMA peut détruire la structure des agrégats du sol et augmenter le canal de perméat du sol. Les SEM montrent que les particules d'argile bentonite peuvent remplir les pores entre les particules grossières de Loess et améliorer les performances d'imperméabilité du matériau. Les photos numériques montrent que le HDTMA peut résister efficacement au développement de macrofissures du sol induites par les cycles de mouillage-séchage, ce qui permet au revêtement de maintenir une bonne imperméabilité. Sur cette base, la relation entre la conductivité hydraulique du Loess modifié bentonite-HDTMA et la densité sèche est construite. D'après cette étude, le Loess peut être utilisé comme matériau de revêtement pour les décharges, lorsqu'il est mélangé avec de la bentonite/HDTMA dans des ratios de 10 %/0 % ou 14 %/2 %.

La mise en décharge sanitaire est l'une des méthodes d'élimination finale des déchets solides (déchets solides industriels généraux et déchets ménagers). Les décharges doivent être recouvertes d'un revêtement pour intercepter les polluants, notamment les métaux lourds et les composés organiques, provenant du milieu de vie. Traditionnellement, l'argile est utilisée comme matériau de revêtement pour l'élimination des déchets1,2. Le loess est largement distribué dans diverses régions telles que les cours moyen et inférieur du fleuve Jaune en Chine, les grandes plaines et les basses terres centrales le long du fleuve Missouri-Mississippi en Amérique, ainsi que les zones proches des contreforts et de la ceinture montagneuse inférieure des Alpes. et les Carpates en Europe, où l'argile manque en même temps. Cependant, la conductivité hydraulique du Loess après compactage peut dépasser la limite supérieure spécifiée dans la norme1,3.

La perméabilité du Loess est influencée par divers facteurs tels que la densité sèche, la concentration en ions, la température, etc. Les échantillons ayant une densité sèche de 1,45 g·cm−3 ou plus subissent un élargissement des pores lors de l'infiltration en raison de réactions chimiques4,5. La perméabilité du Loess est sensible aux concentrations des solutions de CaCl2. La concentration de CaCl2 affecte la floculation des particules et le développement de la structure des pores, provoquant la désintégration des particules. La perméabilité augmente avec la température à 10 °C et 20 °C, mais diminue à 30 °C5. Et les résultats des tests montrent que la perméabilité du Loess est supérieure à 1,0 × 10−7 cm·s−1.

Des études ont exploré l'utilisation du Loess modifié à la bentonite comme matériau de revêtement pour les décharges. Zhang et al.7 et Xi8 ont mélangé le loess dans les cours moyen et inférieur du fleuve Jaune avec des ratios de bentonite de 14 % et 4 %, et la conductivité hydraulique du loess modifié est inférieure ou de l'ordre de 1,0 × 10−7. cm·s−1. Liu et al.9 mélangent 6 à 7 % de bentonite dans le Loess dans le nord de la Chine, et la conductivité hydraulique du mélange est de 9,0 × 10−8 cm·s−1. La plupart des résultats d'essais montrent que la conductivité hydraulique des sols modifiés dans d'autres pays est inférieure à 10−7 cm·s−1 lorsque le taux de bentonite est d'environ 15 %10,11,12. Autrement dit, le Loess modifié par la bentonite peut répondre aux exigences d'imperméabilité.

Cependant, le Loess pur ou le Loess modifié à la bentonite a une capacité d'adsorption limitée pour certains polluants. Le test par lots montre que le HDTMA (bromure d'hexadécy ltriméthylammonium) peut améliorer considérablement les performances d'adsorption de certains métaux lourds et polluants organiques13,14,15. Sa structure chimique est illustrée à la figure 1. Le HDTMA est un tensioactif cationique chargé positivement. lorsqu'il est dissous dans l'eau. Le HDTMA peut être adsorbé à la surface du minéral argileux et réagir avec le polluant par adsorption par échange et adsorption sans échange16,17, de manière à obtenir l'effet d'adsorption ou d'immobilisation du polluant. Du point de vue des sciences de l'environnement, il est possible d'utiliser le Loess modifié par la bentonite-HDTMA comme matériau de revêtement pour les décharges de déchets solides. Parallèlement, le phénomène de cycle mouillage-séchage dans le revêtement se produit fréquemment, ce qui peut conduire à une augmentation des fissures liées aux performances d'imperméabilité18.