Analyse élémentaire par spectrométrie ICP-AES

La détermination des teneurs en Ni, V, S et P représente un moyen de distinguer les bitumes en fonction de leur origine, voire de leur mode de fabrication (TIS 84). Le dosage de ces éléments peut être réalisé soit en milieu organique soit en milieu aqueux après minéralisation [NF EN 14-597, 2012]. Afin de limiter les contraintes analytiques, il existe une méthode d’analyse qui permet d’analyser les bitumes par une simple mise en émulsion [DRU 00].

1 Caractérisation d'émissions de résidus pétroliers

En France, Gonzalez [Gonzales- Flesca et Leoz-Garziandia, 2000] a mis en œuvre des essais préliminaires pour la caractérisation des émissions de COV et des HAP de résidus pétroliers prélevés sur des plages suite au naufrage du pétrolier Erika. Deux types d’essais ont été proposés par Gonzales: l’essai statique, sans renouvellement d’air, et l’essai dynamique, avec le conditionnement des échantillons dans une cellule d’essais avec renouvellement d’air. L’analyse a été réalisée par thermo désorption puis par chromatographie en phase gazeuse avec détection par ionisation de Flamme (GC-FID).

Les prélèvements ont été réalisés sur filtre en sortie de la chambre d’essai, à l’aide d’une pompe pour analyse des HAP, pendant 330 min. Le système de prélèvement comporte un filtre en fibre de quartz de 47 mm et deux tubes de résine XAD-2 placés en série en aval du filtre. Le filtre et la résine XAD-2 ont été extraits conjointement par extraction accélérée (ASE) à haute pression et haute température avec du dichlorométhane pendant une heure environ. Après concentration sous flux d’azote, l’échantillon est analysé par HPLC en phase inverse avec détection couplée par fluorimétrie et spectromètre de masse (CG-MS).

Seuls 5 HAP de la liste de l’EPA (USA) ont été détectés, il s’agit des HAPs les plus volatils. Des facteurs d’émission massique (µg/Kg.h) ont été calculés, pour ces HAPs (Naphtalène, Acénaphtène, Fluorène, Phénanthrène et Anthracène), par rapport à la masse totale de l’échantillon (90g). Les facteurs d’émission calculés sont présentés dans le tableau 2. Les autres HAP, du fait de leur forte masse moléculaire et de leur faible volatilité, n’ont pas été détectés.

Tableau 2 : Facteurs d'émission des HAP calculés sur de résidus pétroliers suite au naufrage du pétrolier Erika, en France [d’après Gonzalez, 2000]

2. Mesures en laboratoire d'émissions de bitume

Depuis plus de dix ans, les fumées de bitume ont été étudiées par le biais de générateurs de fumées en laboratoire, parfois associés à l’étude de l’exposition des ouvriers sur les chantiers (routiers et de toiture). De façon générale, les générateurs prélèvent les fumées du bitume à l’aide de filtres (PTFE) et des résines (XAD-2) préconisés par la méthode NIOSH 5506 [Niosh, 1998]. L’analyse par chromatographie en phase liquide (HPLC) est réalisée après l’extraction des HAP par acétonitrile. Les objectifs de l’utilisation des générateurs de fumées consistent à :

- tester les fumées engendrées par rapport aux fumées existantes dans les chantiers routiers, dans des conditions bien contrôlées ;

- tester l’influence du mode de génération des fumées sur la composition des fumées produites. Ce qui est réalisé en changeant le courant de l’air sur le bitume (soufflé au lieu d’être aspiré) et en changeant les conditions d’agitation existante ;

- déterminer les facteurs associés à la mise en œuvre à chaud de produits bitumineux qui influencent l’exposition des ouvriers aux composés solubles dans le benzène (dans le cadre d’une étude des fumées) et aux HAP présents dans les fumées du bitume ;

- valider un dispositif expérimental capable de produire des fumées de bitume à différentes concentrations.

Les générateurs des fumées existants : Selon la production de fumées, avec ou sans renouvellement du bitume chauffé, les générateurs peuvent être classés en surfaciques et volumiques. Un ensemble de cinq générateurs de fumées du bitume est présenté dans le tableau 3.

Kurek [Kurek et al, 1997] a utilisé des bitumes avec des concentrations connues en composants dangereux (préciser) (ou même sans composants dangereux). L’ambiance du chantier routier a été récréée en laboratoire dans une chambre avec des conditions contrôlées. Il est envisageable d’utiliser la même technique lors des essais d’études des fumées de l’enrobé bitumineux au laboratoire et/ou dans les centrales d’enrobage.

[Bonnet et al, 2000] a évalué la capacité, d'un nouveau système de génération de vapeur, à fournir des atmosphères stables et reproductibles des fumées de bitume à une chambre d'inhalation. La représentativité des fumées produites à un niveau de concentration de 5 mg/m³ a été analysée. Le générateur de fumées [Bonnet et al, 2000] simule la situation trouvée sur chantier, où un système ouvert de production de fumées entre rapidement en pseudo équilibre avec l’air ambiant. Pour caler ses données, une validation des résultats a été réalisée pour Bonnet et al. [Bonnet et al, 2000] avec le générateur de fumées développé par Brandt. Les résultats du même bitume et selon la température ont montré des profils HAP (dans la matière soluble dans le benzène (MSB)) similaires entre les deux bancs d’essai. Bonnet et al . [BIN 2000] ont conclu que les fumées engendrées peuvent être considérées comme représentatives de l’exposition des ouvriers pendant les travaux routiers.

Le système de Binet et al. [Binet et al, 2002] est reproductible et les fumées de bitume prélevées dans la chambre d’échantillonnage sont représentatives des fumées auxquelles les ouvriers sont exposés lors des opérations d’épandage d’enrobé bitumineux à chaud. (en termes de profil de HAP et de distribution granulométrique de particules).

Les générateurs développés utilisent directement le bitume chaud pour produire des fumées (Figure 6). Le but est de relier les fumées engendrées avec les émissions réelle dans les chantiers routiers (ou de toiture). Enfin, il est a priori plus simple travailler avec le bitume seul, il ne faut pas oublier que les fumées existantes sur les chantiers routiers sont issues des enrobés bitumineux chauds. Il peut donc exister des paramètres qui peuvent influencer les émissions mais qui ne sont pas exploitables par ces générateurs de fumées de bitume existants.

Tableau 3 : Panorama des générateurs de fumées de bitume déjà développés