TRANSAT ( ) Evaluation des TRAnsferts dans la zone Non SATurée dans un contexte de pollution industrielle localisée

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1 TRANSAT (25-29) Evaluation des TRAnsferts dans la zone Non SATurée dans un contexte de pollution industrielle localisée Sébastien Kaskassian, BURGEAP CEA LCSN : Véronique Barthes, Daniel Getto, Stéphanie Szenknect BURGEAP R&D : Juliette Chastanet, Thomas Gleize, Jean-Marie Côme EDF R&D : Fabien Decung, Mohammed Krimissa LTHE : Rafael Angulo-Jaramillo (ENTPE), Jean-Paul Gaudet Caractérisation et diagnostics 21 octobre

2 Où, quand et dans quelle proportion une contamination répandue à la surface du sol atteindra la nappe aquifère? Zone d infiltration (fuite, déversement ) Stockages par exemple Cible (AEP, riverains ) Zone non saturée : rôle central pour le transfert Hétérogénéité stratégie de caractérisation : quelles mesures Zone non? àsaturée quelle échelle? répartition en x,y ET en z? quelle schématisation : écoulement / transport? Sens de l écoulement Zone saturée (nappe) Substratum 2

3 Paramètres àacquérir Écoulement Saturé : conductivité hydraulique (ou Ksat), porosité (totale / cinématique) Non saturé : courbes h(θ) et K(θ) Lassabatère et al, 26 h(θ) K(θ) Transport Selon les polluants : dissous / particulaire, organiques / inorganiques / métaux Dispersion hydrodynamique Transfert de masse : sorption / volatilisation : bio-géo-chimiques / dépôt 3

4 Objectifs, contexte, livrable, méthodes Outils pour caractériser et modéliser les transferts en ZNS 1 guide : aide à la décision (mesures / calculs) Périmètre (ICPE-sites pollués) : Milieu poreux alluvionnaire (d > 2 mm) Source localisée dans l espace Polluants dissous ou particulaires 5 méthodes de mesure Échelle locale (cm 3 / dm 3 ) : Mesure de la granulométrie et valorisation BEST-Beerkan : infiltromètre d # 1 cm Colonne de laboratoire : conditions saturées / non saturées + traçages réactifs Échelle globale (m 3 ) : gros infiltromètre (d # 8 cm) avec traçage ZNS / nappe Échelle pertinente Réponse : Conc. et Tps. d impact à la nappe 4

5 Site industriel (1) A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 D1 D2 D3 D d (µm)

6 Site industriel (2) Discontinuité de la couche d argile (4-5m) m gravier, sable grossier et galet m sable grossier, gravier et galets m sable grossier et gravier m gravier, sable grossier et galet m gravier, galet et sable grossier m sable m limon et sable fin m sable m sable et limon d (µm) Profondeurs (m/tn) Ksat-z Labo Kw (m/s) à 1 C Kw (m/s) à 15 C Kw (m/s) à 2 C Nappe (avril à juillet 27) PzTA1 remblais graviers, sables grossiers et galets sables grossiers sables sables limoneux limons argiles limoneuses argiles 1.E-1 1.E-8 (m/s) 1.E-6 1.E-4 6

7 Site industriel (3) C/C#12% 8 7 Infiltromètre avec traçage C(t) Piézos C(t)+V(t) infiltro ppb AGA ppb Rh.WT 5. Pz D 3 Pz C Pz B Temps (h) T#2h INF 4 : Restitution dans PzTB1, PZTC1 et PZTD1 P z D - mes uré P z C mes uré - mes uré P z D3D s imuléhétérogène P z C - s imulé P z B(_) - s imulé Mesures (.) etp z Bmodèle 8.8 heures -1 PzTB1 PzTC1 U (m/s) 3,6 1-5 à ,4h(t)1 PzC h(t) PzD à 5, ,3 1-5 DL (m2/s) à à 1, , C onc entrations (µg /l) 6 5 Modélisation.6 3D Hétérogène.5 4 PzTD1 h(t) PzB.4 Calage couche surface Ksat = 1-4 m/s Déconvolution.2 Convection-Dispersion 1.1 heures T e m ps (jours) èmes rencontres nationales de la Recherche sur les sites et sols pollués :

8 Démarche Cahier des charges (demande du maître d ouvrage) Etapes de l offre technique et/ou de l étude 1 ère schématisation hydrogéologique de la zone d étude (ZNS et ZS) Définition de la zone d étude et du scénario de déversement Coupe géologiqueet estimation des perméabilités Volume, Superficie & Durée d infiltration Polluants Définition du régime d écoulement (cf. Figure 3) Capillaire Mixte Gravitaire Définition des mécanismes de transport Logigramme et Critères OUTILS DE CARACTERISATION Sélection des outils de caractérisation (cf. 3) éventuellement Logigramme OUTILS DE MODELISATION Sélection des outils de modélisation (cf. 4) Dimensionnement / calage sensibilité / autres scénarios simulations prospectives Rendu de l étude 8

9 Critères de choix Outils de caractérisation détaillés sous forme de fiches : description, mise en œuvre, interprétation, limites, coût, exemples 9

10 Choix de Monophasique (eau) Schématisation Fonctionnalités «phase en écoulement» Diphasique (eau + gaz) l outil de Particulaire Choix «polluants» Particulaire + Dissous interagissant Dissous modélisation Modèle de transport non réactif et sans échange interphases Convection-Dispersion Modèle plus complexe (mobile / immobile, double porosité, double perméabilité ) Selon les méthodes de caractérisation Dimensionnement d essais Interprétation d essais (calage) Simulations d autres scénarios Simulations prospectives Étude de sensibilité * Code avec module particulaire Code avec module géochimie 1 Ecoulement eau Adsorption EL 3D FEMWATER + 3DLEWASTE CHAIN2D (2D) FEFLOW FRAC3DVS PORFLOW UTCHEM SUTRA VS2DT (2D) MARTHE MODFLOW 25 (1D) + PHT3D Sorption (eau / sol) EL ou NEL 2 Ecoulement eau + MIM Adsorption EL HYDRUS * MODFLOW SURFACT MARTHE HYTEC (2D) MODFLOW 25 (1D) + PHT3D HP1 (1D) Dépôt / Remobilisation 3 Ecoulement eau Adsorption NEL HYDRUS * 3FLO (Adsorp. NEL pour inorg.) HYTEC (2D) MODFLOW 25 (1D) + PHT3D HP1 (1D) Fonctionnalités «transfert de masse» 4 Ecoulement eau (+ MIM) Adsorption EL Volatilisation EL Diffusion vapeurs Volatilisation (eau / gaz) EL ou NEL Fonctionnalités «réactions» HYDRUS * MODFLOW- SURFACT HP1 (1D) Choix du modèle physique 5 Ecoulement eau (+ MIM) Adsorption NEL Volatilisation NEL Diffusion vapeurs Multi-physique Exemples d outils de calcul Réaction chimique et biologique 6 Ecoulement eau et gaz (+ MIM) Adsorption NEL Volatilisation NEL Diffusion vapeurs Multi-physique Sorption + Volatilisation EL ou NEL 7 Ecoulement eau et gaz Adsorption EL Volatilisation EL Diffusion vapeurs SIMUSCOPP STOMP TOUGHREACT (adsorp. NEL) 8 Ecoulement eau et gaz Adsorption EL Volatilisation EL Diffusion vapeurs MUFTE_UG NAPL3D (1 comp, NEL.) TOUGH 2 1

11 Valorisations / Perspectives Recommandations valorisables pour d autres problématiques Concentration et Temps d impact à la nappe Échelle décimétrique : recours à la modélisation / mise à l échelle du site Gros infiltromètre + traçage : OK (modélisation si polluants) Perspectives R&D : Développement d une méthode non intrusive d acquisition de h(θ) et K(θ) in situ à l échelle métrique Prise en compte de la fraction grossière (d>2mm) et de la structure du sol pour évaluer Ksat, h(θ) et K(θ) Besoin de développement de codes plus riches en fonctionnalités : hystérésis, modèles double-milieux, cinétiques d échanges, couplage «rétroactif» des réactions géochimiques sur l écoulement 11