Programme R&D MACAOH (2001-2006) Modélisation, atténuation, caractérisation dans les aquifères des composés organo-halogénés

Description

Modélisation du devenir des composés organo-chlorés aliphatiques dans les aquifères

Dans le contexte des sites et sols pollués par des composés organo-chlorés, la modélisation numérique est un outil permettant de comprendre le comportement des polluants dans le milieu souterrain et de prédire leur devenir dans l’espace et dans le temps.

Le choix de l’outil de calcul (solution analytique ou plus généralement code numérique) et la mise en œuvre du modèle sont les deux étapes clés des travaux de modélisation, quel que soit l’objet de l’étude (quantification d’une zone source, estimation des mécanismes d’atténuation naturelle, étude d’impact, évaluation des risques pour la ressource en eau ou la qualité de l’air, dimensionnement d’un procédé de dépollution, …).
 
Ainsi, les objectifs du guide méthodologique sont doubles :

• proposer une aide à la décision pour le choix de l’outil de calcul. A partir des objectifs définis par le donneur d’ordre, des recommandations sont proposées pour aider le prestataire à sélectionner les mécanismes, les fonctionnalités, les formalismes mathématiques, les schémas numériques et in fine l’outil (ou les outils) de calcul en vue de l’établissement de son offre technique. En corollaire, ce processus d’aide à la décision permet au donneur d’ordre de juger de la pertinence des choix effectués par le prestataire dans son offre ou son rapport d’étude ;
• préciser la démarche à suivre pour qu'une prestation de modélisation réponde aux objectifs fixés (cahier des charges) par un donneur d’ordre. Cette démarche est motivée par l’absence de référentiel pour la modélisation dans un contexte où les incertitudes et les enjeux sont forts et la traçabilité de la démarche généralement faible. Au vu des incertitudes nombreuses qui interviennent dans la mise en œuvre de la modélisation, il n’apparaît pas possible de définir une «norme» de modélisation garantissant un degré de qualité connu à l’avance. Les recommandations proposées permettent néanmoins d’assurer une «bonne pratique» de modélisation et donc d’offrir des garanties de qualité sur les résultats obtenus.

ADEME - Référence 6173

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Atténuation naturelle des composés organo-chlorés aliphatiques dans les aquifères : guide méthodologique

Ce guide méthodologique a trait à la mise en évidence et à la quantification des mécanismes contribuant à l'atténuation naturelle des composés organo-chlorés dans les aquifères ainsi qu'à la prévision de l'évolution de ces mécanismes.

Il intègre les mécanismes d'atténuation de la zone source (zone d'aquifère contenant de la phase organique mobile et/ou immobile), du panache de composés dissous et du panache de composés gazeux.

La démarche comprend cinq étapes successives :

1) Étape 1 : analyse préliminaire des données. L'objectif de cette étape est de préciser la géométrie de la pollution (zone source et panaches) et les indices d'atténuation de celle-ci ;

2) Étape 2 : évaluation qualitative de la biodégradation
Cette étape comprend l’identification des mécanismes biologiques en jeu, la description des paramètres à acquérir, ainsi que des recommandations pour guider l'expertise des données ;
 
3) Étape 3 : évaluation quantitative des mécanismes contribuant à l'atténuation naturelle.
L’évaluation quantitative des mécanismes est fondée sur une approche de type bilan de masse :

• pour la zone source : les flux de composés dissous (pour la zone saturée) et gazeux (zone non saturée) sont estimés par une approche analytique à travers des sections représentatives des dimensions de la zone source;
• pour le panache de composés dissous (zone saturée) : un bilan de flux est calculé entre deux sections d’aquifère délimitées par des isopièzes et représentées par une ligne de piézomètres perpendiculaire à l’écoulement. L’approche est 2D, pour quantifier la dispersion hydrodynamique transversale, et éventuellement 3D (si les données sont disponibles) pour quantifier la dispersion hydrodynamique verticale. Le principe consiste à évaluer de manière analytique la part des mécanismes de convection, volatilisation et lessivage, puis de déduire la part de la dispersion hydrodynamique, de la « dilution » et de la biodégradation dans la diminution des concentrations ;
• pour le panache de composés gazeux (zone non saturée) : l’approche est similaire à celle proposée pour le panache de composés dissous, en postulant que le panache de composés gazeux est lié uniquement à la pollution de la nappe.

4) Étape 4 : prévision de l'évolution des saturations en phase organique (zone source) et des concentrations dans les panaches de composés dissous et gazeux ;

5) Étape 5 : surveillance à long terme des eaux souterraines (atténuation naturelle sous surveillance).
Le cahier des charges de la surveillance comprend le réseau des points de mesures, les protocoles d’échantillonnage, les paramètres à analyser et les techniques analytiques, la fréquence des mesures ainsi que les méthodologies d’interprétation des données.

ADEME - Référence 6172

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Caractérisation dans les aquifères d'une zone source constituée d'organo-chlorés aliphatiques

Ce guide méthodologique a trait à la caractérisation d’une zone source (zone d'aquifère contenant de la phase organique mobile et/ou immobile), laquelle comprend trois aspects :

• la détermination de la composition de la phase organique, objectif facilement réalisable à partir d’une analyse de phase organique ou éventuellement de quelques échantillons de sols fortement pollués,
• la localisation de la zone source, qui se traduit a minima par l’identification de quelques échantillons de sols ou d’eau présentant des concentrations révélatrices de la présence d’une phase organique, et au mieux par la géométrie et le volume de la zone source,
• la quantification du volume de phase organique à partir de la distribution des saturations, objectif délicat à atteindre.
• Pour caractériser une zone source, deux méthodes sont proposées, chacune ayant une finalité différente :
• une méthode fondée sur le prélèvement et l’analyse de sols, avec un protocole innovant développé dans le cadre de MACAOH. L'interprétation des données de concentration en saturation en phase organique, puis leur interpolation spatiale, permet d’estimer le volume (et la géométrie) de la zone source ainsi que le volume de phase organique,
• une méthode fondée sur le prélèvement et l’analyse d’eau, avec diverses techniques de prélèvement multi-niveaux. L’interprétation des concentrations mesurées vis-à-vis des concentrations d’équilibre permet d’identifier la présence de phase organique dans la zone saturée; la visualisation 3D des concentrations permettant ensuite de tracer le périmètre de la zone source. Il n’est par contre pas possible de déduire des saturations (en phase organique) à partir des concentrations dans l’eau, et donc d’estimer le volume de phase organique présent dans la zone source.

ADEME - Référence 6171

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