thumb|Bassin de stockage de boue rouge à Arvida, vu du ciel. thumb|Bassin de stockage de boue rouge à Stade thumb|Bauxite, minerai de l'aluminium (Hérault, France). Le teint rouge caractéristique provient des oxydes de fer naturellement présents dans le minerai et constituant la plus grande partie de la boue rouge.
Boue rouge ( ou RM en anglais) est le nom communément donné au principal déchet produit lors la fabrication d'alumine et d'aluminium par le procédé Bayer.
Breveté par Karl Josef Bayer en 1887 puis en 1892Jean-Yves Morlock Les innovations technologiques majeures dans le procédé Bayer depuis son origine in : Cent ans d'innovation dans l'industrie aluminium, Magali Vautelin, Ed. L'Harmattan, 1997., ce procédé très efficace mais dont les processus chimiques de base sont encore mal comprisVoir A. R. Hind & al. The surface chemistry of Bayer process solids: a review, cité en bibliographie, en fin de cet article, est très consommateur en eau et énergie (chauffage du mélange avec de la soude) et produit une grande quantité de déchets sous forme de boues rouges. Il est utilisé depuis plusieurs décennies par presque toute l'industrie aluminière. Ce procédé permet de traiter la bauxite pour en extraire une part significative de l'alumine qu'elle contient : une tonne de bauxite produit 500 kg d'alumine et 500 kg de déchets.
Ces boues sont prétraitées (en général à l'acide, pour les rendre moins basiques), puis généralement stockées dans de vastes bassins (d'une superficie de plusieurs dizaines à plusieurs centaines d'hectares)P. M. Prasad, H. K. Chandwani, H. Mahadevan. Disposal practices for bauxite tailings at the alumina refineries. Transactions of the Indian Institute of Metals (1996), 49(6), 817-839. où elles perdent leur eau par évaporation.
D'autres usines, telle celle de Gardanne, dans le sud de la France, en rejettent encore une partie en mer (effluents liquides transparents, au moins jusqu'en 2016) tandis que le reste est stocké sur l'aire de Bouc-Bel-Air à raison de 300 000 tonnes prévues par an.
Le procédé Orbite, encore au stade du développement industriel, permet d'extraire l'alumine sans produire de boues rouges et peut également servir à neutraliser les boues rouges tout en extrayant l'essentiel de l'alumine restant.
Caractéristiques physico-chimiques des boues rouges Couleur : leur couleur rouge brique est due à leur teneur élevée en oxydes de fer (que contenait la bauxite avant son traitement). Leur caractère très basique (pH de 11 à 14 en général) : il provient de leur teneur en soude caustique, résidu du procédé Bayer. Certaines alumineries traitent leurs boues pour en retirer une grande partie de cette soude (c'est le cas de celle de Gardanne). Toxicité : elle est d'abord liée au caractère caustique du matériau, et dans une moindre mesure, mais peut-être de manière plus importante à long terme, surtout en contexte acidifiant, à sa teneur en métaux lourds (plomb, mercure, chrome) ou parfois en radionucléides qui s'y fixent facilement. Les teneurs en ces produits, et leur biodisponibilité varient fortement selon l'origine de la bauxite et le processus industriel. Composition chimique : elle varie fortement selon l'origine du minerai (bauxite) et sa teneur en aluminium, minéraux et métaux divers. Les boues rouges contiennent notamment de la cancrinite et de l'hématite qui se lient facilement aux métaux lourds (fortement au zinc, assez fortement au plomb et un peu moins au cadmium selon des tests en laboratoire) et expliqueraient la capacité de ces boues à les absorber Laura Santona, Paola Castaldi and Pietro Melis ; Corresponding Author Contact InformationEvaluation of the interaction mechanisms between red muds and heavy metals ; Journal of Hazardous Materials Volume 136, Issue 2, 21 August 2006 (en ligne 2006/01/18), Pages 324-329 : doi:10.1016/j.jhazmat.2005.12.022 (Résumé)]. Le processus industriel influe aussi sur la composition des boues. Certaines usines traitent leurs boues de manière à y récupérer la soude et à la rendre inerte (neutralisation du pH) en termes de basicité. Il est possible d'en extraire une partie des chlorures (ceux-ci constituent de 0,092 à 0,121 % du poids des boues). Ils sont surtout présents dans les fines particules de sodalite (de moins de 10 µm) qui ont recristallisé lors de la phase de dessilicatation du procédé Bayer. Un tamisage humide suivi d'une séparation hydraulique et d'une séparation en cyclone permet d'en récupérer 22 à 34 % (en poids), permettant de faire significativement chuter la teneur en chlorure de la boue à 0,015 à 0,025 % (en poids) J. Hyuna, S. Endoha, K. Masudaa, H. Shinb, H. Ohyaa, Reduction of chlorine in bauxite residue by fine particle separation, Int. J. Miner. Process., (2004) (Résumé), etc. Un chélateur tel que l'EDTA se montre capable d'extraire une grande partie des métaux lourds contenus dans les boues rouges traitées à l'acide. Ces mêmes boues perdent également plus de métaux (en particulier les fractions les plus échangeables ou les plus solubles dans l'eau) quand elles sont exposées à la lixiviation ou mises en contact avec des nitrates (nitrate de calcium ou Ca(NO3)2 lors des expérimentations). Mais les boues non traitées à l'acide rejettent moins de plomb, cadmium et zinc quand elles sont traitées à l'EDTA.
Devenir des boues Les boues rouges sont principalement mises en décharge en bassin d'évaporation. Ceux-ci sont maintenant en fin de vie ou au cours de leur déshydratation généralement réhabilités. La difficulté est que leur forte basicité, salinité et sodicité empêchent ou freinent très fortement une renaturation spontanée. En zone ou période sèche, les envols de poussière peuvent aussi poser des problèmes. Alors qu'en période très humide, c'est l'érosion hydrique qui peut être source de pollution en aval (turbidité, modification du pH, pollution par les métaux..). Cependant le traitement des boues par de l'acide réduit fortement ou totalement leur caractère caustique, mais favorise la libération des métaux lourds qu'elles peuvent contenir, et diminue leur capacité à en absorber et fixer d'autres .
Différentes méthodes de réhabilitation ont été testées, dont par exemple :
la simple couverture par une couche de terre arable ( à 1 m voire plus), une pré-couverture par des cendres ou scories de charbon (qui peuvent aussi contenir des polluants, voire des radionucléides en quantité significative), un prétraitement de surface par des déchets de l'industrie plâtrière (déchets de gypse dont l'ajout de 5 % ou plus comme amendement diminue le pH, la disponibilité d'oligoéléments tels que calcium, potassium, phosphore et magnésium, tout en réduisant la toxicité du fer et du sodium, en améliorant la germination et la croissance des plantes, sans apports de terre arableJ.W.C. Wong, G.E. Ho ; Use of Waste Gypsum in the Revegetation On Red Mud Deposits: a Greenhouse Study ; Revue : Waste Management & Research ; octobre 2010 ; 28 (10) ; (résumé)
L’élimination de ce déchet industriel se fait parfois ou s'est fait (selon les pays et les évolutions de la législation) en le rejetant à la mer. C'est ce que faisait l’ancienne usine Pechiney devenue Alteo, appartenant au groupe franco-américain HIG, située à Gardanne jusqu'à fin 2015 au large de Cassis, dans la fosse de Cassidaigne. Depuis 2016, les boues rouges sont préalablement séchées et traitées pour réduire de près de 99 % les rejets de métaux dans la mer Méditerranée. Ne sont plus déversés dans la mer que des effluents liquides ayant nécessité une dérogation.
C'est pourquoi Alteo a repris le stockage à terre de boues rouges déshydratées, dites alors « bauxaline », sur l'aire de Mange Garri à Bouc-Bel-Air, commune voisine de Gardanne, utilisée à cet effet depuis 1905« Boues rouges, jusqu’ici tout va bien », in Le Ravi, 28 décembre 2015. « Les capacités de mise en décharge à terre n’étant pas infinies, à partir de 1966, Péchiney, l’exploitant de l’époque, a obtenu une autorisation de rejeter ses effluents en mer pour trente ans.(...) Depuis 2016, la partie solide des effluents n’y est plus autorisée. Alors le stockage de Mange-Garri a repris du service, impactant un voisinage qui s’est urbanisé. »Pierre Isnard-Dupuy, « Boues rouges à Gardanne : le tribunal met la pression sur l’usine polluante », in Reporterre, 21 juillet 2018 en ligne. Au moins 30 millions de tonnes ont ainsi été déversées au large de Cassis, par une conduite de 50 kilomètres de l’usine à la mer, ce qui représenterait 20 tonnes d'arsenic, 2 millions de tonnes de titane, 60 000 tonnes de chrome et 1 700 tonnes de plomb selon le mouvement Collectifs Littoral.
Pistes de valorisation L'installation de nouvelles décharges est coûteuse, et génère de plus en plus de difficultés pour les communes et riverains. Depuis quelques décennies, les industriels cherchent donc des solutions pour diminuer le tonnage de déchets produits, et éventuellement valoriser leurs boues rouges en leur trouvant de nouveaux usages, dont : Le procédé Orbite permet de traiter les boues rouges et d'en extraire l'alumine restant et les autres métaux tout en éliminant l'alcalinité. Il est développé par Orbite Aluminae en collaboration avec Veolia. Le procédé IB2 est une technologie française breveté en 2019 à l'INPI. Le procédé offre une alternative au procédé Bayer. Il permet une diminution de la consommation de soude caustique et une réduction de 60% de production de boue rouge. Les matériaux de constructionJiakuan Yang & Bo Xiaoa Development of unsintered construction materials from red mud wastes produced in the sintering alumina process ; Construction and Building Materials Volume 22, Issue 12, December 2008, Pages 2299-2307 doi:10.1016/j.conbuildmat. 2007/10/05 (intégration à des céramiques, briques, ciments... parfois avec d'autres déchets tels que des cendres volantes) utilisés à moindre coût en génie civil comme matériau de couvertureS.S. Quadri, Laxmikantha H., M. R. Patil ; Suitability of Industrial Process Wastes as Alternative Materials for Landfill Covers ; 12th International Conference of International Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics (IACMAG) 1-6 October, 2008 Goa, India Lien vers l'article de décharges (quand elles avaient été rendues inertes par une extraction à plus de 90 % de leur soude caustique) ; Des tests de lixiviation et 3 types de tests écotoxicologiques (Microtox, test ASTM de toxicité pour les microalgues et tests d'embryo-toxicité pour l'oursin) ont été réalisés en Italie sur des échantillons de boues rouges solides pré-traitées pour être « ré-introduites dans l'environnement ». Ils avaient pour objectif de mieux évaluer leur compatibilité avec l'environnement. Les auteurs ont conclu à des résultats plutôt encourageants montrant une possibilité d'utiliser ces matériaux pour traiter certains sols ou des eaux contaminées. Les métaux présents dans la boue rouge correctement traitée y semblent relativement bien piégés, dans une certaine gamme de pH, même relativement bas. Cependant, il ne semble pas y avoir eu beaucoup d'études sur la capacité de la microfaune du sol (collemboles ou vers de terre par exemple) à absorber et éventuellement véhiculer (bioturbation) ou non les toxiques emprisonnés dans cette matrice)Voir C. Brunori & al, Reuse of a treated red mud bauxite waste: studies on environmental compatibility, cité en bibliographie en bas de cet article. un amendement chimique et minéral pour cultiver des sols pollués par l'arsenic ou d'autres métaux (les métaux lourds sont moins mobiles et moins biodisponibles dans les sols basiques) ;