By anne-marie.dubois - Posted on 04 mars 2019

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Expertises

Décontamination et valorisation

 

418 654-2633

418 654-2600

ResearchGate

 

Centre Eau Terre Environnement

  • 490, rue de la Couronne

    Québec (Québec)

    G1K 9A9 CANADA

  •  


 

Intérêts de recherche

 

Les travaux du professeur Mercier portent principalement sur le développement de technologies environnementales (physique, chimique et biologique) d'enlèvement des métaux et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans les sols, les sédiments, les boues d'épuration, les cendres d'incinérateurs et les matières résiduelles dangereuses. Il s'intéresse également aux technologies de traitement du lisier de porc ainsi qu'à la mise au point de procédés de traitement à toutes les échelles, dont des travaux pilote en réacteur allant jusqu'à 4000 litres.

 

Formation universitaire

 

B.Sc. A. Eau, Énergie, Environnement, Université du Québec
M.Sc. Sciences de l'eau, Université du Québec
Ph.D. interuniversitaire Sciences de la terre, Université Laval
Docteur Génie Civil, INSA-Toulouse, France

 

Équipe

 

Équipe de recherche en assainissement et décontamination environnementales (INRS)

 

 

 

Projets en cours

 

Développement de nouvelles méthodes de prétraitement, de précipitation et de mise au point de la carbonatation minérale pour la réduction des émissions de CO2 du secteur industriel

Le présent projet de recherche s’inscrit dans la continuité de travaux engagés sur l’utilisation de la carbonatation minérale comme méthode de réduction des émissions industrielles de CO2. Ce procédé en développement profite de la réaction entre des roches ou résidus contenant des cations divalents et le CO2 d’un gaz de cheminée pour former des carbonates de calcium ou de magnésium. Certains aspects entourant la technologie requièrent plus de développement. Ainsi, trois axes de recherche s’intéressant aux prétraitements de la matière réactive, à l’évaluation de la variabilité de la source de CO2 et à l’optimisation de la précipitation des carbonates seront investis. La finalité étant de fournir des résultats ouvrant de nouvelles perspectives de recherches tout en offrant des outils nécessaires au développement d’une technologie innovante et adaptée à la problématique de réduction des émissions de CO2 issues  du secteur industriel. Ce projet regroupe une équipe internationale et pluridisciplinaire de chercheurs afin d’encadrer trois étudiants aux cycles supérieurs. Cette collaboration permettra d’offrir à la fois un milieu de formation bénéficiant de technologies de pointe sous la supervision d’experts afin de former des professionnels hautement qualifiés pouvant répondre aux problématiques du monde de demain.

Financement : FRQNT – Équipe de recherche

Collaborateurs : Jean-François Blais (INRS), Maria Iliuta (Université Laval), Sandra Kentish (Université de Melbourne, Australie), Greg Dipple (Université de Colombie-Britanique)

 

Traitement de sols contaminés par des métaux et des composés organiques toxiques et valorisation de résidus industriels

Ce programme de recherche se concentre sur le traitement et la valorisation de plusieurs sols et résidus industriels contaminés par des métaux et/ou composés organiques toxiques comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les dioxines et furanes (PCDD/F), le pentachlorophénol (PCP), les biphényles polychlorés (BPC) et les hydrocarbures lourds (difficile à biodégrader économiquement). Il sera aussi tenté de démontrer que les scories métallurgiques d'une aciérie peuvent séquestrer chimiquement le CO2 lors d'une réaction chimique. Ce procédé permettrait de valoriser les scories et réduire l'émission à la cheminée de l'entreprise de ce gaz problématique dans un contexte économique. Les boues de sidérurgie seront aussi étudiées, mais dans ce cas c'est la valorisation des métaux (manganèse, plomb, zinc et fer) qui est envisagée tout en permettant le développement des terrains où ces boues sont entreposées. Ces recherches sont faites en collaboration avec des entreprises privées et des organismes gouvernementaux. Elles visent le développement de procédés économiquement avantageux qui tirent une valeur et retournent les sols ou les métaux dans le cycle de production ou d'utilisation (sols).

Financement: CRSNG – Subvention à la découverte 

 

Projets récents

 

Développement du procédé de séquestration du CO2 à la cheminée de grands émetteurs en utilisant les résidus de serpentine

Ce projet vise à compléter le développement du procédé de séquestration du CO2 à la cheminée de grands émetteurs en utilisant les résidus de serpentine. La serpentine qui est principalement constituée de silicate de magnésium est un excellent matériel pour séquestrer le CO2 des effluents gazeux. Diverses configurations de réacteurs seront testées en laboratoire afin d'optimiser le rendement du procédé. L’intégration au procédé de divers modules pour le broyage, l'enlèvement des oxydes de fer, le prétraitement thermique, la réaction de carbonatation en milieu aqueux, la séparation solide-liquide et la précipitation du carbonate de magnésium sera aussi évaluée. Un transfert de données technologiques sera effectué vers une firme d'ingénierie afin de valider le design et les coûts du procédé.

Financement : MITACS – Élévation et Sigma Devtech

 

Collaborateur : Jean-François Blais, INRS

 

Valorisation des résidus de bauxite pour l'épuration des gaz d'une aluminerie (CO2 et SO2)

Depuis 1901, l’industrie de l’aluminium est implantée au Québec est un acteur d’importance stratégique pour l’économie québécoise. Le savoir-faire québécois dans la production d’aluminium primaire est une force et le désir constant d’innovation, permet de produire un aluminium avec une des plus faibles empreintes carbones au monde. Le groupe Rio Tinto Aluminium opère 5 usines d’aluminium primaire, et une usine de production d’alumine (Vaudreuil). L’aluminium est produit en réduisant l’alumine par électrolyse. Cette dernière est obtenue à partir de bauxite, une roche latéritique majoritairement composée d’aluminium et d’oxydes de fer. Celle-ci est transformée par le procédé Bayer. L’aluminium est dans un premier temps extrait par dissolution basique générant une liqueur d’alumine et d’aluminate et un résidu contenant les impuretés. Ce même résidu de bauxite (RB) est lavé afin de récupérer une partie du caustique pour le recycler dans le procédé puis est stocké dans des bassins. Ce dernier est composé de silicium, de titane et de fer, ainsi que du NaOH (2g/l) malgré la récupération d’une partie de celle-ci en amont. Le résidu a donc un pH ~12, ce qui représente un risque majeur pour l’environnement. Par ailleurs, environ un million de tonnes de RB sont générées chaque année à l’usine Vaudreuil. Ceci entraine une problématique liée à la capacité de stockage de ces résidus sur le site. En effet, la capacité de stockage du site sera atteinte d’ici 2022, soulevant l’importance de trouver et de proposer des solutions de valorisation et de gestion de ces résidus.  En utilisant les résidus pour  capter le CO2 et le SO2, l'usine obtiendrait un double avantage.

Financement : FRQNT - Développement durable du secteur minier

Collaborateurs : Jean-François Blais (INRS), Maria Iliuta (Université Laval), Sandra Kentish (Université de Melbourne, Australie), Simon Gaboury (Rio Tinto Aluminium)

 

Étude du potentiel de séquestration du CO2 industriel par les résidus de flottation de la mine Arnaud

Le présent projet de recherche vise à apporter des solutions aux enjeux liés à la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) en privilégiant une approche synergique entre les différents acteurs des secteurs industriels et miniers. Au Québec, le développement minier est un moteur économique important. En ce sens, il est primordial de développer les outils technologiques qui permettront au secteur d’être le plus compétitif tout en étant à la pointe de l’innovation en matière environnementale. Les émissions de GES issues du secteur minier sont inférieures aux émissions issues de l’industrie primaire (alumineries, cimenteries, fonderies), mais restent conséquentes. Celles-ci sont majoritairement liées aux besoins énergétiques et peuvent être réduites par l’utilisation de combustibles alternatifs. Cependant, le secteur minier peut grandement contribuer à la réduction des émissions post combustion et de procédé d’autres importants émetteurs industriels situés à proximité, par l’entremise de ses propres résidus (déchets) solides. En ce sens, le projet proposé s’inscrit dans un contexte spécifique à la région de Sept-Îles. Le projet de mine d’apatite de Mine Arnaud prévoit une opération étalée sur 23 années. Lors du processus d’extraction du minerai, environ 7 à 8 millions de tonnes de résidus de flottation seront générés annuellement. Cette pulpe composée de 17 % de FeO, de 8 % de MgO et 8 % de CaO sera stockée dans des bassins de rétention. Le fer dans le résidu est ici sous forme de fayalite (Fe2SiO4), un minéral connu pour sa capacité de captation/séquestration du CO2 via le processus de carbonatation minérale. Alors que Mine Arnaud vise à limiter son empreinte écologique sur le milieu nordique, en réduisant le volume des résidus générés, la région de Sept-Îles abrite également différentes industries génératrices d’importantes quantités de CO2. On peut ainsi nommer l’aluminerie Alouette, située à 20 km du site de la mine Arnaud, ou encore l’usine de boulettes de fer d’Arcelor Mittal de Port-Cartier située à 43 km. Ces deux sites produisent au total plus de deux millions de tonnes de CO2 annuellement. L’ancienne usine de bouletage de Cliffs Natural Ressources (15 km) ajouterait également une quantité importante de CO2 si les activités du site étaient relancées. La proximité entre le site minier et ces grands émetteurs contribue à établir un contexte régional propice à la mise en place d’une symbiose entre les différents acteurs. Ainsi, les résidus de flottation de mine Arnaud pourraient servir à réduire les émissions de CO2 des industries voisines. Par ailleurs, la valorisation des résidus carbonatés comme agrégats ou comme sidérite (FeCO3) permettrait à mine Arnaud de réduire la taille de son parc à résidus, et ainsi limiter les impacts du site sur l’environnement nordique. 

Financement : FRQNT - Développement durable du secteur minier

 

Collaborateurs : Jean-François Blais (INRS), Maria Iliuta (Université Laval), Sandra Kentish (Université de Melbourne, Australie)Séquestration du CO2 à la cheminée dans l'industrie du fer par carbonatation minérale de résidus miniers : valorisation de deux déchets


L’une des voies les plus prometteuses dans la lutte au rejet de gaz à effet de serre (GES) industriels est le captage direct du CO2 provenant des émissions gazeuses des usines. Le but est de développer un procédé de séquestration du CO2, peu coûteux et efficace, pouvant s’adapter à plusieurs industries émettrices, dont les producteurs de minerais de fer comme Cliffs Natural Resources (CNR), sans ralentir leurs activités économiques. La commercialisation des produits obtenus (carbonates, concentrés métalliques, etc.) permettrait de réduire le coût du procédé, tout en limitant la quantité de résidus devant être enfouis. Le présent projet de recherche est basé sur le partenariat entre l’industrie minière et plusieurs universités. Les buts principaux sont de diminuer les impacts écologiques des activités minières, de mieux gérer les résidus, de développer de nouvelles technologies environnementales et de former de nouveaux spécialistes et experts. Dans ce cadre, les objectifs spécifiques du projet sont : a) effectuer la séquestration du CO2 des gaz des usines de CNR, à l’aide des résidus miniers disponibles, diminuant ainsi les émissions de GES et améliorant la gestion des résidus; b) vendre les sous-produits obtenus et diminuer ainsi la nécessité d’enfouir les résidus; c) adapter le procédé de carbonatation mis au point jusqu’à présent aux conditions de gaz et de fonctionnement des usines de CNR; d) obtenir des résultats applicables à une industrie émettrice; e) utiliser le carbonate comme matériel alternatif dans certains procédés, par exemple pour le bouletage en aciérie. Les résultats attendus sont tout d'abord la démonstration à l’échelle du laboratoire d’une diminution de 90 % du contenu en CO2 du gaz généré par l’industrie et l'optimisation des facteurs technico-économiques importants de la réaction. Cette recherche permettra également d’établir la performance des résidus miniers comme matériel de carbonatation et d’obtenir des sous-produits à valeur ajoutée, tels qu'un concentré magnétique de Fe, Ni, Co, Cr, divers carbonates, dont le MgCO3, et de la silice. Les critères de conception pour le dimensionnement à l’échelle industrielle du procédé de carbonatation seront établis. Enfin, le coût de séquestration du CO2 sera calculé selon deux modes, soit avec et sans vente de sous-produits. La disparition progressive des parcs à résidus et la diminution des GES émis sont des retombées très positives. De même, ce projet pourrait conduire à la création d’emplois, ainsi qu’à la formation et au recrutement de chercheurs possédant de nouvelles expertises environnementales. La sensibilisation des industries par la visite des laboratoires et l’application future du procédé dans leurs usines fait également partie des retombées intéressantes de ce projet. Notre approche sera multidisciplinaire, avec un partenariat multiple (gouvernemental et privé), et l'intégration de chercheurs internationaux, experts de ce domaine.
Financement : FRQNT – Partenariat : Développement durable du secteur minier
Partenaires : Cliffs Natural Resources, University of Melbourne (Sandra Kentish), University of British-Columbia (Greg Dipple)


Valorisation des résidus de sidérurgie pour leur valeur en métaux primaires et secondaires
Les boues de sidérurgie asséchées sont des résidus des procédés sidérurgiques qui ne cessent de s’accumuler depuis le 19esiècle. Par exemple, la compagnie Arcelor Mittal possède une propriété où il y aurait selon ses estimations près de 440 000 tonnes métriques de ces boues déposées entre 1870 et 1986. Y aurait-il une manière de valoriser et recycler pour ainsi dire ces boues de sidérurgie? Une première caractérisation du site réalisée par l’INPL (Institut national polytechnique de Lorraine, France) a révélé que ces boues étaient constituées en moyenne d’environ 13 % de manganèse, 6,4 % de fer, 2,4 % de plomb et 2,1 % de zinc. Bref, il s’agit en soi d’un véritable gisement et un site potentiel d’exploitation de ressources secondaires. Mais quelle est la valeur économique de ces métaux retrouvés dans les boues sidérurgiques? Le manganèse sert notamment et abondamment dans les alliages ferreux et dans les électrodes de piles alcalines; les États-Unis auraient d’ailleurs importé près de 1 100 000 tonnes métriques de minerai de manganèse et près de 900 000 tonnes métriques d’alliages ferromagnésiens en 2008. D’autre part, bien que la valeur en oxydes de fer soit faible, la teneur en plomb et en zinc est suffisante pour réaliser des revenus substantiels. Au final, on estime pour ces boues un revenu potentiel allant de 285 $ à 785 $ par tonne métrique, ce qui en fait une source potentiellement exploitable commercialement. Comment alors s’y prendre? Quatre objectifs sont poursuivis : obtenir un concentré de manganèse pouvant servir à faire du ferromanganèse, produire du dioxyde de manganèse par voie chimique et électrolytique, et enfin obtenir un oxyde de plomb et un oxyde de zinc commercialisables. Les retombées attendues sont qu’Arcelor Mittal, grand bénéficiaire du projet, transpose les procédés à un site québécois. Ceci permettrait non seulement la création d’un sous-projet, mais également la perception de redevances pour financer de nouveaux projets de développement de procédés voués à des fins environnementales.
Financement : Ministère de l'Économie, de l'Innovation et des Exportations - Soutien à des initiatives internationales de recherche

 

Traitement des sols pollués contenant des métaux et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)
La problématique de la contamination mixte des sols, soit à la fois par des métaux (Pb, Cd, Cu, Zn, etc.) et des composés organiques hydrophobes (COH) toxiques est largement répandue au Canada et à travers le monde industrialisé. Ce phénomène constitue un passif environnemental colossal pour les divers gouvernements au Canada (au moins 20 milliards $ en plus des sols industriels). De plus, ces sols pollués menacent la santé de l’environnement et des populations vivantes (végétaux, animaux et humains). De grands progrès technologiques ont été faits dans les quatre dernières années pour traiter simultanément dans un même réacteur, de manière performante et à un coût raisonnable, ce type de contamination mixte. Ce qui est beaucoup plus avantageux que de traiter ces contaminations mixtes par deux étapes de traitement séquentiel (ce qui est coûteux). L’objectif principal du présent projet est de compléter la mise au point des divers procédés partiellement développés. Plus spécifiquement, les travaux de recherche permettront de réaliser quatre activités : 1) mise à l’échelle d’un procédé de traitement des sols des buttes de tir à l’arme légère (contamination en plomb, antimoine, cuivre et zinc); 2) traitement de sols pollués par des cendres d’incinérateurs (métaux et HAP); 3) étude de l’oxydation chimique des concentrés d’HAP (les concentrés sont constitués à 99 % par du sol qu’il est pertinent de décontaminer pour revaloriser au lieu de les gérer par enfouissement); 4) essais à l’échelle pilote sur des sols contaminés par des scories de l’industrie métallurgique (contamination particulière par des métaux et des HAP). Ce projet de recherche permettra la mise au point de ces technologies pour les amener au seuil de la démonstration technologique à partir de laquelle ils pourront être commercialisés.
Financement : Bourse BMP Innovation (FRQNT – CRSNG – Tecosol), CRSNG – Subvention de recherche et développement coopérative avec Tecosol et Métox.

 

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