The industrial waste land of Mortagne-du-Nord (59) - I - Assesment, composition of the slags, hydrochemistry, hydrology and estimate of the outfluxes

• Autores: Médard Thiry, Sabine Huet-Taillanter, Jean-Michel Schmitt
• Localización: Bulletin de la Société Géologique de France, ISSN 0037-9409, Vol. 173, Nº. 4, 2002, págs. 369-381
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • La friche industrielle de Mortagne-du-Nord (59) - I - Prospection du site, composition des scories, hydrochimie, hydrologie et estimation des flux
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• Resumen
  • English

    The industrial waste land in Mortagne-du-Nord has been occupied for over 60 years by a zinc smelter unit linked to a sulfide roasting unit for sulfuric acid production and for a few years a lead smelting unit. The waste land has been systematically explored by drillings and pits ; 58 of these drill holes and pits have been equipped as piezometers and surveyed for 4 years.

    The site has been back-filled with slags and smelting crucible to a thickness of about 3 meters. The mineralogy of these materials is highly varied. More than 30 heavy metal-bearing (Zn, Pb, Cd, Cu) mineral species have been identified, these are sulfides, sulfates, carbonates, oxides and silicates. High substitution rates characterize these minerals, especially the sulfides and the oxides.

    Field descriptions and mineralogical analyses lead to distinguish two main types of materials: materials called "active" that are characterized by the presence of sulfides and secondary sulfates, and materials called "non-active" that look clearly weathered and in which the heavy metals are mainly present as carbonates and oxides. The "active" materials with sulfides bear an average of 7 % of heavy metals (Zn + Pb + Cd), whereas the oxidized and altered "non-active" materials contain less than 3 % of heavy metals. The whole stock of heavy metals in the waste land backfills can be assessed at over 15 000 tons.

    The hydrochemistry of the surficial groundwater contained in the backfills is directly related to the mineralogy of the material and shows very steep heterogeneities, with heavy metal concentrations increasing 10 or even 100 times over a distance of less than 50 m. The groundwaters adjoining the "non-active" backfills have moderately acidic to neutral pH and are relatively weakly mineralized: SO-4 =700 mg/L, Zn++=10 mg/L, Pb++=0,2 m/L et Cd++=0,1 mg/L. On the contrary, the groundwaters adjoining the "active" backfills are acidic (2,5 < pH < 6,3) and are heavyly mineralized: SO-4 > 4 000 mg/L, Zn++ > 1 000 mg/L, Pb++ > 1,5 mg/L et Cd++ > 50 mg/L. These groundwaters discharge in the water courses alongside the waste land, with in places heavy metal concentrations equivalent to those within the "active" sulfide bearing backfills.

    The deeper regional aquifer contained in the Sables d'Ostricourt Formation is separated from the surficial groundwater by organic- and pyrite-rich clayey alluviums. Because of this, the deeper groundwater is relatively protected, but nevertheless contaminated. The alluvium acts as both a hydrological and a geochemical barrier, and, leads to the precipitation of a part of the dissolved heavy metals as sulfides.

    The hydrological modelling of the surficial groundwater allows to calculate the annual fluxes towards the watercourses alongside the waste land. Applying the average concentrations measured in the surficial groundwater to this flux, we can estimate the annual tonnage of heavy metals exported towards the regional watercourses at about 14 000 kg/year of Zn++, 2 kg/year of Pb++ and 25 kg/year of Cd++, merely for the site of the former sulfuric acid plant where the "active" backfills are widespread.

    This heavy metal export to the watercourses constitutes the site major environmental harm. Regarding the volume of the polluted materials, it is inconceivable to excavate the backfills. A confining and/or processing method of the polluted waters has to be considered instead.

  • français

    La friche industrielle de Mortagne-du-Nord a été occupée pendant plus de 60 ans par une unité de métallurgie du zinc à laquelle était adjointe une unité de grillage de sulfures pour la production d'acide sulfurique et pendant une plus courte période une unité de production de plomb. La friche à fait l'objet d'une prospection systématique par sondages et fosses à la pelle mécanique ; 58 de ces ouvrages ont été équipés de piézomètres et suivis pendant 4 ans.

    Le site avait été remblayé sur environ 3 m d'épaisseur par des scories et des creusets de fonderie. La minéralogie de ces remblais est extrêmement variée. Plus de 30 minéraux porteurs de métaux lourds (Zn, Pb, Cu, Cd) ont été inventoriés, ce sont des sulfures, sulfates, carbonates, oxydes et silicates. Ces minéraux sont caractérisés par de forts taux de substitution, en particulier dans les sulfures et les oxydes.

    Les descriptions de terrain et les analyses minéralogiques ont mis en évidence deux catégories de matériaux: des matériaux dits "actifs" qui se distinguent par l'abondance des sulfates et dont l'analyse révèle la présence de sulfures, et les matériaux dits "non actifs" d'aspect altéré et au sein desquels les métaux lourds sont uniquement présents sous forme de carbonates et d'oxydes. Les matériaux "actifs" à sulfures contiennent en moyenne 7 % de métaux lourds (Zn + Pb + Cd), alors que les matériaux "non actifs" oxydés et altérés en renferment moins de 3 %. Le stock de métaux lourds présents dans l'ensemble des remblais de la friche peut être évalué à plus de 15 000 tonnes.

    Le chimisme des eaux de la nappe superficielle qui baigne les remblais est directement dépendant de la nature des remblais et présente des hétérogénéités très fortes avec des concentrations en métaux multipliées par 10, voire 100, sur 50 m de distance. Les eaux en contact avec les remblais "non actifs" ont des pH modérément acides à neutres et une minéralisation que l'on peut considérer comme modérée: SO-4 =700 mg/L, Zn++=10 mg/L, Pb++=0,2 mg/L et Cd++=0,1 mg/L. Les eaux en contact avec les remblais "actifs" sont par contre acides (2,5 < pH < 6,3) et très fortement minéralisées: SO-4 > 4 000 mg/L, Zn++ > 1 000 mg/L, Pb++ > 1,5 mg/L et Cd++ > 50 mg/L. Les eaux qui baignent les remblais se déversent dans les drains fluviaux qui bordent la friche, avec par endroits des concentrations en métaux équivalentes à celles des eaux en contact avec les remblais actifs à sulfures.

    L'aquifère régional profond des Sables d'Ostricourt est séparé de la nappe superficielle des remblais par des alluvions argileuses riches en matière organique et pyrite. De ce fait la nappe profonde est relativement protégée, mais néanmoins contaminée. Les alluvions jouent le double rôle de barrière hydrologique et de barrière géochimique qui "reprécipite" une partie des métaux dissous sous forme de sulfures.

    La modélisation hydrologique de la nappe superficielle permet de calculer les flux annuels vers les drains fluviaux qui bordent la friche. En appliquant les concentrations moyennes mesurées dans la nappe superficielle à ce flux il est possible d'estimer le tonnage actuel des métaux lourds exportés vers le réseau fluvial régional à environ 14 000 kg/an de Zn++, 2 kg/an de Pb++ et 25 kg/an de Cd++, pour le seul site de l'ancienne usine d'acide où les remblais "actifs" sont les plus abondants.

    L'exportation des métaux lourds vers les drains fluviaux est un problème environnemental majeur, mais il n'est pas envisageable d'évacuer les remblais en raison de leur volume. C'est une solution de confinement et/ou de traitement des eaux polluées qui doit être recherchée.