Caractérisation de sites de tir à l'arme légère militaires canadiens, enlèvement des métaux et suivi hydrogéologique des contaminants.

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\nce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce 
\nrésumé peut être lue en PDF.<br /><br /> Cette thèse se concentre sur l'étude de sites de tir à l'arme légère militaires canadiens. Il existe un grand nombre de sites de tir à l'arme légère dans les différentes bases militaires à
\ntravers le canada, qui sont utilisés par les militaires pour les exercices de tir au petit calibre
\n(arme légère). Dans ces sites de tir, les balles se concentrent dans des buttes d'arrêt, situées
\nderrière les cibles. Les balles utilisées étant composées d'un coeur en alliage de plomb (Pb) et
\nantimoine (Sb), et d'un revêtement externe en alliage de cuivre (Cu) et zinc (Zn), les sols des
\nbuttes contiennent des concentrations très élevées en ces métaux. L'étude se divise en trois
\nprincipaux aspects: (1) la caractérisation de la contamination des sols des buttes d'arrêt et la
\ndisponibilité des métaux; (2) la réalisation d'essais de traitement physico-chimique pour
\nl'enlèvement des métaux; et (3) un suivi hydrogéologique des contaminants par une
\névaluation de la qualité de l'eau interstitielle dans la zone non-saturée sous une butte de tir en
\nopération, et dans une butte de tir expérimentale.
\nLes sols des buttes d'arrêt de sites de tir à l'arme légère provenant de quatre Bases des Forces
\nCanadiennes (BFC) soit les BFC Wainwright (Alberta), Shilo (Manitoba), Valcartier
\n(Québec) et Gagetown (Nouveau-Brunswick) ont été caractérisés selon différents aspects: les
\nconcentrations des sols en Cu, Pb, Sb et Zn, la distribution granulométrique, leur minéralogie,
\nla distribution verticale en profondeur de la contamination (BFC Valcartier), et une
\ncaractérisation au microscope électronique à balayage (SEM-EDS). La disponibilité des
\nmétaux dans les sols a également été évaluée à l'aide de trois tests de lixiviation: le toxicity
\ncharacteristics leaching procedure (TCLP), qui représente le lixiviat d'un site
\nd'enfouissement sanitaire; le synthetic precipitation leaching procedure (SPLP) qui
\nreprésente des conditions de terrain; et le test de simulation du suc gastrique (TSSG), qui
\nreprésente le lixiviat de l'estomac humain au cours du processus de digestion, donc le
\ntransfert potentiel de métaux dans l'organisme en cas d'ingestion de sols. Les concentrations
\nen métaux des sols totaux des différentes buttes de tir atteignent 27 100 mg Pb/kg, de 7 720
\nmg/kg Cu/kg, de 1080 mg Zn/kg et de 570 mg Sb /kg. Les résultats de l'échantillonnage des
\nsols en profondeur (0 à 90 cm) démontrent que la contamination se concentre principalement
\ndans les 30 premiers cm sous la surface pour le Pb et le Cu, et dans les 15 premiers cm dans
\nle cas du Sb et du Zn. L'étude des sols au SEM-EDS a montré la présence de quantités
\nsignificatives de carbonates de Pb résultant de l'altération des particules initiales de Pb
\nmétallique. L'évaluation de la disponibilité des métaux à l'aide des tests de lixiviation a
\ndémontré que les critères du TCLP pour le Pb et le Sb ont été dépassés. Pour le SPLP et le
\nTSSG, les critères de l'eau potable du Ministère du Développement durable, de
\nl'Environnement et des Parcs du Québec (MDDEP) ont été dépassés pour le Pb et le Sb. La
\ncaractérisation de la disponibilité des métaux montre que les buttes d'arrêt des sites de tir à
\nl'arme légère posent un risque potentiel pour l'environnement, l'eau souterraine et les
\nhumains; et a des conséquences sur la gestion de ces sols dans le but de minimiser la
\ndispersion potentielle des métaux dans l'environnement.
\nPour les essais de traitement physico-chimiques des sols, deux filières de traitement (FT-1 et
\nFT-2) ont été évaluées. La FT-1 consiste en des essais de jig et de table de Wilfley (TW)
\nrespectivement sur les fractions granulométriques (FG) 0,5-3 mm et 53-500 µm, des essais de
\nlixiviation chimique sur la FG <53 µm. La FT-2 a consisté en des essais de jig sur la FG 1-4
\nmm, de spirale et de TW sur la FG 250 µm-1 mm, et enfin des essais de Kelsey jig sur la FG
\n<250 µm. L'objectif des essais de traitement était l'atteinte du critère commercial C du
\nMDDEP, ou de façon plus réaliste d'atteindre des concentrations inférieures au critère de
\nl'enfouissement D du MDDEP. Pour les deux FT, les FG non-traitées (>3 mm pour la FT-1 et
\n>4 mm pour la FT-2), ainsi que les concentrés de séparation gravimétrique pourraient être
\nrecyclés dans des fonderies. Les résultats montrent que les FG fines ont été très difficiles à
\ntraiter. Même avec des proportions massiques de métaux enlevées atteignant 78% pour le Pb,
\nles concentrations dans la FG <53 µm étaient encore très élevées suite à la lixiviation
\nchimique. Le Kelsey jig sur la FG <250 µm a montré des résultats des proportions
\nd'enlèvement massiques des métaux décevantes, atteignant 47% pour le Pb. Pour les deux
\nFT, le jig et la TW, les proportions massiques de métaux enlevées ont atteint 98% pour le Pb,
\nalors que jusqu'à 77% de la masse initiale des FG respectives a été traitée. Les calculs de
\nl'efficacité de tout le procédé dans les sols traités ont démontré que la FT-1 a permis de
\ntraiter 65% de la masse initiale de sol contaminé et la FT-2, 36%. Les FT 1 et 2 ont démontré
\nque la TW a été efficace pour traiter des sols de FG variant de 53 µm à 1 mm, et jig pour les
\nsols de FG variant de 1-4 mm. Les essais de traitement ont démontré que les techniques de
\nconcentration gravimétrique sont prometteuses pour le traitement des sols des buttes; et que
\nd'avantage de recherches devraient être faites concernant le traitement des FG inférieures à
\n53 µm.
\nPour l'étude de la qualité de l'eau interstitielle dans la zone non-saturée, des instruments
\nd'échantillonnage (lysimètres cylindriques de Teflon®) et de mesure de l'infiltration
\n(lysimètres passifs) ont été installés sur deux sites de la BFC Valcartier: la butte d'arrêt du
\nsite de tir en opération Nicosie et une butte de tir expérimentale, construite avec du sable
\npropre dans laquelle 2 000 balles ont été tirées. Dans la zone non-saturée des buttes Nicosie
\net expérimentale, trois lysimètres cylindriques et deux lysimètres passifs ont été installés. Les
\nconcentrations en métaux de l'eau interstitielle étaient sous les critères pour l'eau potable du
\nMDDEP pour le Cu et le Zn, tandis que les concentrations en Pb et Sb étaient supérieures aux
\ncritères dans de nombreux cas; ce qui indiquerait une migration verticale de ces métaux dans
\nla zone non-saturée. Les résultats pour la butte expérimentale montraient la présence de
\nconcentrations en Pb et en Sb supérieures critères pour l'eau potable du MDDEP après 6
\nmois, ce qui indique que ces métaux sont rapidement disponibles dans l'eau interstitielle. Les
\nconcentrations des métaux observées dans l'eau interstitielle, en ordre croissant, était
\nZn>Sb>Pb>Cu pour la butte en opération de Nicosie et Pb>Sb>Cu>Zn pour la butte
\nexpérimentale, qui indiquerait une augmentation des concentrations en Zn avec le temps. Les
\ntaux de dissolution annuels de métaux calculés pour les essais ont démontré que seulement
\nune petite portion des métaux des sols étaient solubilisés dans la zone non-saturée et que les
\nmétaux étaient une source potentielle de pollution pour une très longue période de temps; ce
\nqui souligne l'importance de trouver des façons de réhabiliter les sols des butte d'arrêt des
\nsites de tir à l'arme légère, ou de trouver des façons de limiter la mobilité potentielle des
\nmétaux. De la modélisation de l'équilibre chimique a été faite sur trois échantillons d'eau
\ninterstitielle de la butte Nicosie dans le but d'établir la spéciation aqueuse des métaux, et
\ndémontre que ces derniers étaient principalement sous forme de Pb2+, de Cu2+ et de Zn2+,
\navec de petites quantités de complexes de sulfates et d'hydroxydes solubles de Pb, Cu et Zn. 
\nLe Sb était sous forme de Sb03 -. Le pH de l'eau interstitielle s'est montré un paramètre qui a
\ninfluencé de façon très importante la spéciation aqueuse du Pb, Cu et du Zn.

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