Etude critique des essais de biodétérioration des matériaux cimentaires dans les réseaux d'assainissement
Résumé
La biodétérioration des matériaux cimentaires dans les réseaux d'assainissement se décompose en deux étapes. La première est la réduction des composés soufrés présent dans les effluents par des bactéries anaérobies. L'hydrogène sulfuré ainsi produit passe dans la partie aérienne de la canalisation et se condense sur les parois. La seconde étape est l'oxydation de l'hydrogène sulfuré en acide sulfurique par une succession de bactéries aérobies sulfo-oxydantes. Cet acide va ensuite ruisseler sur la surface du matériau cimentaire et conduire à sa dissolution ainsi qu'à la formation de produits expansifs tels que le gypse et l'ettringite. Le pH de surface des matériaux cimentaires, initialement de 13-14, va diminuer durant tout le processus pour atteindre des valeurs de l'ordre de 0,5-1 pour les matériaux cimentaires à base de ciment portland et de l'ordre de 3,5-4 pour ceux à base de ciment d'aluminate de calcium. Une étude bibliographique complète a été réalisée sur la biodétérioration des matériaux cimentaires dans les réseaux d'assainissement. Cette étude montre que différentes équipes de recherche ont essayé d'en comprendre les mécanismes soit en recréant les phénomènes en laboratoire avec ou sans microorganismes, soit en exposant des échantillons sur site. Les essais purement chimiques sont basés sur le fait que la détérioration puisse être assimilée à une attaque acide puisque les microorganismes produisent des métabolites acides et de l'acide sulfurique. Ces essais sont simples, rapides et demandent peu de moyens mais les résultats obtenus ne représentent pas nécessairement ce qui se passe dans les réseaux d'assainissement. Par exemple, aucun matériau cimentaire, que ce soit un aluminate de calcium, un ciment Portland ou un ciment au laitier, ne résiste intrinsèquement à des pH = 1 alors que, d'après les retours terrains, les ciments d'aluminate de calcium offrent une meilleure tenue sur site. Les microorganismes sont donc un paramètre majeur dans le processus de dégradation. Différents essais ont ainsi été mis au point à travers le monde en prenant en général en compte la dernière bactérie impliquée dans ce processus (Acidithiobacillus thiooxidans). Certaines équipes de recherche ont tenté de reproduire un écosystème simplifié en recréant la succession bactérienne impliquée dans les mécanismes de biodétérioration. Ce type d'essai est plus complexe à mettre en place qu'un essai chimique car il fait intervenir des organismes vivants introduisant des facteurs non constants et donc une certaine perte de répétabilité. Ce type d'essai est généralement très long, car il faut attendre que l'écosystème se mette en place. Néanmoins, il conduit toujours à des résultats qui peuvent être confrontés avec ceux obtenus sur site. Après comparaison des différents essais retrouvés dans la littérature, celui qui semble le plus adapté a été mis au point par l'université d'Hambourg. Il s'appuie sur un environnement similaire à ceux retrouvés dans les réseaux d'assainissement et le volume important de la chambre permet de tester un grand nombre d'échantillons en une seule fois dans des conditions homogènes. Pour finir, les essais in situ permettent d'évaluer les paramètres majeurs tels que les microorganismes impliqués, les cinétiques de biodétérioration, les concentrations critiques en éléments chimiques Ces essais permettent également de valider les résultats obtenus en laboratoire et de définir les paramètres importants pour une modélisation optimale des dégradations.