Évaluation du Devenir et Comportement Environnemental d’une Nouvelle Formulation Explosive Insensible Pax-48

Abstract

L’entraînement des militaires se caractérise par des tirs réels pouvant déposer des résidus de munitions, composés de métaux et de matériaux énergétiques (explosifs et propulsifs) dans les champs de tir. Ces résidus se retrouvent aux positions de tir (propulsifs) et dans les zones d’impact. En grande majorité, si les munitions fonctionnent tel que prévu, elles génèrent très peu de résidus dans les zones d’impact. Cependant, la détonation incomplète ou nulle de la charge explosive des projectiles est aussi possible. Lorsqu’elle se produit, de plus hauts niveaux de déposition de résidus d’explosifs se retrouvent dans l’environnement. Les matériaux énergétiques (MÉ) déposés peuvent se dégrader et former des sous-produits toxiques tels que le nitrate (NO3 - ), qui peut se transformer en nitrite (NO2 - ); Ces deux composés sont toxiques pour l’homme et possèdent des concentrations maximales autorisées dans l’eau potable.

L’armée canadienne prévoit l’utilisation d’une formulation énergétique (PAX-48), composée de DNAN (2,4-dinitroanisole), HMX (Octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine) et NTO (3- Nitro-1,2,4-triazole-5-one), dans les munitions et souhaite connaître son comportement environnemental avant de la déployer afin d’assurer la pérennité des secteurs d’entrainement. Notre mandat est d’évaluer le devenir environnemental de cette nouvelle formulation, et ce mémoire décrit les diverses expériences en laboratoire, représentatif des conditions de terrains, qui ont été effectuées. Les différents processus pouvant dégrader les composés du PAX-48 et leur importance dans l’environnement sont discutés. Le programme expérimental se compose d’essais de dégradation en milieu alcalin, de photodégradation, de dissolution par gouttes, de solubilité, de biodégradation aérobie ainsi que de coefficients d’adsorption (K_D) et de partition octanol-eau (K_ow). Les résultats montrent que l’hydrolyse alcaline peut contribuer à la dégradation du DNAN; que les solubilités aqueuses sont semblables à celles théoriques; que la dissolution par gouttes suit les solubilités des constituants; que la photodégradation est un moyen efficace d’atténuer les MÉ dans les eaux de surface; que la biodégradation aérobie n’est pas significative pour le NTO et le DNAN, mais pourrait contribuer à la dégradation du HMX dans les sols sableux; que l’adsorption des constituantes du PAX-48 est faible; et que le Kow est affecté par le pH et par un effet multicomposant.

Alternate abstract:

Military live fire trainings can deposit ammunition residues made of metals and energetic materials (explosive and propellant) at the soil surface, both at the firing positions and detonation points. The vast majority of rounds are operating as intended, and generate very little post-detonation residues. On the other hand, unexploded ordnance (UXO) or partial detonation of the projectile’s explosive charge may occur. When this happens, higher levels of explosive residues may be dispersed in the environment. The energetic materials (EM) deposited can degrade and forms various by-products, such as nitrate (NO₃-), which can be converted into nitrite (NO_2-); both of these compounds are toxic to humans and have maximum allowed concentrations in drinking water.

The Canadian military plans to use a new formulation of PAX-48, composed of DNAN (2,4-dinitroanisole), HMX (Octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine) and NTO (3-Nitro-1,2,4-triazole-5-one), in ammunition and wants to know its environmental behaviour before deploying it, to ensure the sustainability of the training areas. Our mandate is to evaluate the environmental fate and behaviour of this formulation under Canada’s weather conditions. The different processes that can degrade PAX-48 compounds were studied and their relative contribution in the environment discussed. The experimental program consisted in evaluating: alkaline degradation, drip dissolution, aqueous solubility, aerobic biodegradation, adsorption on soils (K_D) and octanol water (K_ow) partition coefficients. The results show that alkaline hydrolysis can contribute to the degradation of DNAN; that the aqueous solubilities are similar to the theoretical ones; that the drip dissolution follows the solubilities of the constituents; that photodegradation is an effective way to degrade EM in surface water; that aerobic biodegradation is not significant for NTO and DNAN, but could contribute to the degradation of HMX in sandy soils; that the adsorption of the PAX-48 constituents is low; and that the K_ow is affected by the pH and by a multi-component effect.