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Simulation du transfert de polluants dans les sols et les
eaux souterraines : recommandations pour le choix du
modèle et de la démarche
Fabrice QUIOT, Claire ROLLIN, Guillaume MASSELOT
Unité comportement des contaminants dans les sols et les matériaux
Direction des Risques Chroniques
2èmes rencontres nationales de la recherche sur les sites et sols pollués, ADEME, Paris oct. 2009, DRC-09-103772-08083A
Rappel du contexte
Etude rejet accidentel et/ou chronique de polluant(s)
Modèle
Outil d’aide à la
décision complémentaire à la mesure :
- simulation de l’évolution
de la pollution après travaux
- orientation des investigations
- orientation de la surveillance
- …..
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Choix de l’outil adapté et proportionné ?
Plan de la présentation
• Démarche générale recommandée, objectifs d’un modèle et
phénomènes à considérer
• Informations relatives aux outils disponibles
• Tests de modèles analytiques et comparaisons avec résultats
précédents (modèles numériques / mesure)
• Recommandations pratiques quant au choix d’un modèle
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Démarche générale de modélisation recommandée
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Objectifs d’un modèle
•
Synthétiser les données disponibles
 Orienter l’état des lieux
 Identifier les nouvelles zones à investiguer ou à surveiller plus
particulièrement
•
Prédire l’évolution d’une pollution
 Temps d’arrivée du panache - au droit d’une zone sensible
 Concentration donnée - au droit d’une zone sensible
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Objectifs d’un modèle (suite)
• Tester l’efficacité, l’impact d’un procédé de réhabilitation
 Sur les écoulements
 Sur le panache - atteinte des seuils définis
•
Tester l’effet de l’atténuation naturelle
 Concentrations
 Temps nécessaire à la régression du panache
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Phénomènes ou mécanismes (en nappe)
Mécanismes
Principaux paramètres associés
coefficient de perméabilité K
Advection (ou convection)
Dispersion cinématique
porosité efficace ne
coefficient de dispersivité longitudinale αL
coefficient de dispersivité transversale αT
Diffusion moléculaire
coefficient de diffusion moléculaire D
Adsorption (ou sorption)
coefficient de partage sol-eau Kd (hypothèse Kd)
Biodégradation
constante de dégradation
(hypothèse cinétique de biodégradation ordre 0 et 1)
constante de Henry
Volatilisation
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ou temps de demi-vie T1/2
pression de vapeur saturante
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Outils existants et principales caractéristiques
• 1D, 2D et/ou 3D
• Zone Saturée et/ou Zone Non Saturée
• Milieu poreux ou autre
• Phases (dissoute, gazeuse), polluants
• Phénomène de retard (sorption)
• Phénomène de dégradation
• Coût (logiciel libre ou payant)
• Retour d’expérience +/- important
• …
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Test d’outils analytiques
(nappe alluviale polluée par du Perchloroéthylène)
Etape 1
Utilisation de BIOCHLOR (US-EPA) et NAS (USGS-VirginiaTechNAVFAC), avantages et inconvénients
Etape 2
Comparaison aux résultats de modèles numériques
(précédemment acquis)
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Etape 1
TRANSPOL - site PCE - Schéma conceptuel
S
N
Z(m)
0
20
0
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400
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Y(m)
Etape 1
TRANSPOL - site PCE - Synthèse BIOCHLOR et NAS
BIOCHLOR
Adapté aux COHV
Conceptualisation
Dégradation séquentielle du 1er ordre
Un seul coefficient de retard
Source
NAS
•Principalement destiné à évaluer les
objectifs de dépollution d’une source
•Pas de dégradation séquentielle du
1er ordre
Option permettant de considérer une source variable •Source constante dans l’espace et
dans l’espace mais pas dans le temps
dans le temps
•Comparaison calculs/mesures non
disponible directement
Paramètres et
calibration
Calage des concentrations (calculs/mesures) à une
seule date et pour quelques ouvrages de surveillance
Bilan de masse
Option pratique permettant de visualiser l’effet de la
biodégradation
•Non disponible
Interface simple à appréhender mais unités anglosaxonnes (nécessite une étape de conversion)
•Manuel incomplet (notamment pour
justifier les calculs des paramètres).
Manuel d’utilisation et exemples
•Exemples disponibles
Utilisation
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•Définition auto par le calcul de
plusieurs paramètres
(sans ajustement possible)
Etape 2
Comparaison des résultats (numériques vs. analytiques / mesures)
4500
4000
BIOCHLOR
Analytiques (2)
NAS
3500
Concentration en PCE (µg/l)
ANTEA
3000
ENVIROS
Numériques (3)
INERIS
2500
MESURE
Mesures
2000
1500
1000
500
0
0
0,5
S-2
1
S-3
1,5
2
S-5
PR-3
2,5
BV
3
PL
3,5
Exemple des concentrations calculées pour le PCE (à la date de calage) / mesures
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Recommandations – Choix de l’outil
Liées aux
phénomènes
Informations à considérer
Liées aux objectifs
Prise en compte des
phénomènes identifiés
et retenus
Complexité du site et
hypothèses
simplificatrices
Comportement et
toxicité des polluants à
considérer
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Calculs doivent
permettre de
répondre aux
attentes
Enjeux en termes
de santé publique
et d’environnement
Coûts et délais
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Liées aux
données/outils
Quantité et qualité des
données
Retour d’expérience
Facilité d’utilisation
Recommandations - Approche pragmatique et itérative
En complément de la démarche générale proposée précédemment
:
• Privilégier une approche pragmatique et itérative en justifiant les réserves
relatives aux résultats présentés
• Débuter par un modèle simple (analytique ou numérique avec des
hypothèses simplificatrices) avant de compliquer le modèle si nécessaire
et en fonction des données disponibles
• En cas de trop fortes incertitudes, recommander de nouvelles
investigations
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Sorp-Bio
Outil d'aide à la modélisation :
• Base de données paramètres de sorption/dégradation
• Usage justifié en l’absence de données de terrain
• Contexte de l’étude similaire
(lithologie, teneur en Carbone organique…)
• Discussion de l’incertitude
(dispersion, uniformité des valeurs…)
Actuellement* (solvants chlorés et hydrocarbures aromatiques polycycliques) :
• 197 références bibliographiques
• 596 entrées en Kd
(* fin octobre 2009)
• 753 entrées en T1/2
Pour en savoir plus : http://transpol.ineris.fr/ et
http://www.sites-pollues.developpement-durable.gouv.fr/
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