Effet du remplacement partiel de la cendre volcanique par de la lauze sur les performances de matériaux activés alcalinement durables pour la dépollution des sols contaminés au plomb

Nettoyer les sols toxiques avec de la roche et des déchets industriels

Le plomb dans les sols est un danger silencieux qui peut persister des décennies autour des usines, des mines, des routes et des sites d’enfouissement, s’infiltrant progressivement dans les aliments, l’eau et nos organismes. Cette étude explore une voie prometteuse pour immobiliser ce plomb de manière sûre en utilisant deux matériaux peu coûteux : la cendre volcanique, une poudre naturelle issue d’anciennes éruptions, et la lauze, un sous-produit vitreux de la sidérurgie. Associés, ils forment une sorte de « roche artificielle » à faible empreinte carbone capable de transformer un sol dangereux en une masse solide beaucoup plus sûre.

Une nouvelle recette pour des sols plus sûrs

Les chercheurs se sont posé une question pratique : peut‑on rendre un sol contaminé à la fois plus sûr et plus résistant en utilisant un liant plus propre que le ciment ordinaire ? Plutôt que du ciment Portland, ils ont utilisé un mélange « activé alcalinement » composé principalement de cendre volcanique, dont une partie a été remplacée par de la lauze finement broyée. Lorsque ces poudres sont mélangées à une solution concentrée d’hydroxyde de sodium et au sol, elles réagissent pour former un réseau dur, semblable à de la pierre. L’équipe a délibérément enrichi un sable argileux réel avec des teneurs en plomb très élevées — cinq à huit fois au‑dessus des seuils d’intervention typiques — pour tester la méthode dans des conditions sévères. Ils ont fait varier la part de lauze de 0 à 40 % du liant et ont durci les échantillons soit en conditions proches de la pièce, soit au four à chaleur douce, puis ont suivi l’évolution de la résistance mécanique du sol et la quantité de plomb susceptible d’être lessivée.

Un sol plus résistant qui ne s’effrite pas

Du point de vue ingénierie, le liant hybride a transformé un sol meuble et pollué en quelque chose de plus proche d’un matériau de construction. À mesure que la proportion de lauze augmentait, la résistance en compression du sol durci a progressé régulièrement, en particulier sur de plus longues durées de cure. Avec 40 % de lauze, les échantillons durcis au four ont atteint environ huit fois la résistance du sol non traité après 90 jours, et même les échantillons durcis à température ambiante ont affiché des gains supérieurs à 50 % par rapport aux mélanges à base de cendre seule. La contamination au plomb affaiblit normalement ces systèmes, mais la lauze a aidé le matériau à « surmonter » cette interférence, de sorte qu’avec le temps, les échantillons contaminés contenant de la lauze se sont rapprochés de la résistance de ceux propres. La microscopie a expliqué ce phénomène : la lauze a favorisé la croissance de gels liants supplémentaires qui ont comblé les pores et les microfissures, créant un squelette beaucoup plus dense et continu autour des grains de sol.

Immobiliser le plomb dans un réseau minéral dense

La sécurité dépend de plus que la résistance ; le plomb doit aussi rester en place lorsque l’eau de pluie percole le sol. Lors d’essais normalisés de lessivage, le sol non traité a libéré du plomb à des niveaux bien supérieurs aux limites réglementaires. L’ajout d’un liant composé uniquement de cendre volcanique a déjà réduit ces rejets en dessous du seuil de l’Agence américaine de protection de l’environnement. Mais lorsque 40 % de la cendre a été remplacée par de la lauze, l’amélioration a été spectaculaire : plus de 99 % du plomb susceptible d’être lessivé d’un sol brut a été retenu, avec des concentrations finales dans l’eau tombant, dans les meilleurs cas, à moins d’un centième de la limite de sécurité. Des mesures par rayons X et infrarouge, ainsi que des images au microscope électronique, ont montré que le plomb n’était pas seulement piégé dans les pores mais aussi lié dans des gels nouvellement formés de type minéral riches en sodium, aluminium, silicium et calcium. Ces gels se sont développés en film continu autour des particules, réduisant la taille des pores et encapsulant physiquement le plomb résiduel.

Équilibrer coûts et bénéfices environnementaux

Parce que l’objectif est une dépollution plus verte, l’équipe a également réalisé une analyse du cycle de vie comparant un liant à base de cendre seule avec le mélange cendre‑lauze. Le remplacement par la lauze a réduit les émissions contribuant au réchauffement climatique d’environ cinq pour cent par mètre cube de sol traité et a légèrement amélioré certains indicateurs de toxicité humaine. Cependant, l’option contenant de la lauze s’est montrée un peu moins favorable dans des catégories liées à l’écotoxicité et à l’épuisement des métaux, reflétant à la fois l’utilisation de ressources et les impuretés associées aux sous‑produits sidérurgiques. Globalement, aucune des recettes n’a dominé l’autre sur tous les paramètres environnementaux ; chacune implique des compromis entre bénéfices climatiques et autres types d’impacts.

Ce que cela signifie pour les dépollutions sur le terrain

Pour les non‑spécialistes, le message essentiel est que la cendre volcanique résiduelle et la lauze d’acier peuvent être combinées pour former un liant dur et proche de la roche qui renforce les sols contaminés au plomb et immobilise le métal de sorte qu’il circule très peu avec l’eau. Dans des conditions de laboratoire difficiles, ce matériau hybride a réduit les fuites de plomb de plus de 99 % tout en améliorant considérablement la résistance du sol, et ce avec un surcoût environnemental modeste comparé à un liant à base de cendre seule. Avant une adoption à grande échelle, ces systèmes doivent être testés sur des sites naturellement contaminés, sous des variations climatiques et pour d’autres métaux. Néanmoins, les résultats suggèrent une voie pratique pour transformer deux déchets abondants en outils permettant des sols plus sûrs et une dépollution plus durable.

Citation: Komaei, A., Molaei, M.A. Effect of partial replacement of volcanic ash with slag on the performance of sustainable alkali-activated materials for lead-contaminated soil remediation. Sci Rep 16, 6380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36132-x

Mots-clés: sol contaminé au plomb, matériaux activés alcalinement, liant cendre volcanique lauze, stabilisation des sols, dépollution durable