CONCLUSION GENERALE Transfert par infiltration de l'eau et du soluté dans les sols non saturés - Utilisation de la méthode TDR-

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3 CONCLUSION GENERALE L'étude présentée dans ce mémoire concerne principalement l'analyse et l'interprétation d'essais d'infiltration d'eau et de soluté réalisés, au laboratoire, sur un sol non saturé pour apporter quelques éléments de compréhension du transfert simultané d'eau et de soluté. Pour suivre ce transfert en temps réel et en continu, nous avons utilisé les sondes TDR. Ces sondes permettent de mesurer, en un point, la teneur en eau et la conductivité électrique du sol. Le dispositif expérimental mis au point nous a permis de suivre l'évolution des profils hydriques et de conductivité électrique au cours de l infiltration. Cette mesure de la teneur en eau et de la conductivité électrique des sols a permis d'évaluer le taux d infiltration, le flux d eau dans le sol, les taux de transfert des polluants, et d'évaluer le potentiel de fuite d une barrière étanche. Afin d'utiliser la méthode TDR avec une bonne précision, nous avons effectué une calibration statique des sondes pour différents types de sols et différents liquides puis une comparaison avec les relations de calibration existantes. Cette comparaison a permis d observer le domaine de validité des relations proposées dans la littérature. La relation de calibration θ=f(ε) obtenue a permis le suivi des teneurs en eau volumiques très élevées telle que la teneur en eau des bentonites. Ainsi on a pu suivre l'évolution de teneur en eau dans le géosynthétique bentonitique. Nous avons effectué une série d'essais d'infiltration dans des colonnes de sable argileux, d'argile (du Gault) et de deux couches alluvions séparées par un géosynthétique bentonitique (GSB). Des essais ont été effectués sur des colonnes comportant une couche drainante et un matériau étanche. Ces colonnes de sol ont été soumises à l'infiltration de l'eau et des lixiviats (lixiviats de Miom, de Refiom et de scories). L'étude de l'infiltration de l'eau et des lixiviats dans le sable argileux sous une charge nulle a montré que le processus de saturation d'un sol compacté se fait par la combinaison d'un mouvement de convection et de diffusion capillaire de l'humidité. L'analyse des profils de conductivité électrique a montré que le transport de soluté se fait aussi par dispersion et par convection. Après la comparaison des profils hydriques et de conductivité électrique, on a pu constater que le sol retient les éléments polluants du lixiviat dans les niveaux supérieurs et retarde leur migration vers les parties inférieures. Le sol joue son rôle de filtre en purifiant le lixiviat. Lorsqu'on utilise le lixiviat de Refiom, on constate une forte augmentation de la perméabilité du sol qui n'arrive pas à retenir une grande partie des ions : le lixiviat du Refiom présente un risque de pollution pour les nappes phréatiques. Ces résultats montrent que l infiltration d un liquide ne dépend pas seulement du type de sol, mais dépend aussi du type de liquide et des éléments chimiques qu il contient. L'impact des lixiviats sur le sol se traduit par la réduction du temps de transit (le lixiviat traverse plus rapidement les couches de sol) et de la teneur en eau d'équilibre c'est-à-dire la quantité d'eau que le sol peut retenir. Au cours de l'infiltration de l'eau et des lixiviats de mâchefer et de scories, on observe une propagation progressive de l'humidité dans le sol. Le mouvement du liquide dans le sol non saturé par diffusion capillaire est de même importance que le mouvement par convection sous l'effet de la gravité. C'est le mouvement par convection qui est prépondérant lors de l'infiltration du lixiviat de Refiom. Les résultats des essais d'infiltration dans l'argile du Gault ont montré que les paramètres hydrodynamiques sont aussi influencés par le type de liquide infiltré. Les valeurs de la diffusivité dans la colonne où s'infiltre le lixiviat sont supérieures aux celles mesurées dans la colonne où le liquide infiltré est l'eau pure. De même, les conductivités hydrauliques sont plus élevées dans la - 247

4 colonne où le lixiviat est infiltré. Il faut donc prendre en compte le type du liquide infiltré lors du dimensionnement des barrières étanches. L'analyse du mouvement du liquide dans les colonnes a montré que les modèles courant de conductivité hydraulique peuvent être appliqués pour la description de la percolation à travers une barrière étanche. Les calculs de la conductivité hydraulique ont montré que la valeur de la perméabilité à saturation dans la colonne d'argile est constante au cours du temps. Par contre la valeur de perméabilité du géosynthétique bentonitique augmente au cours de l'infiltration du lixiviat. Le géosynthétique bentonitique (GSB) a perdu progressivement sa propriété de barrière étanche lors d'un contact continu avec le lixiviat. Un contact direct entre une bentonite et un lixiviat tel que le lixiviat de scories utilisé, peut inhiber le gonflement de la bentonite. Il faut donc éviter un flux permanent de lixiviat à travers ce matériau. On a aussi remarqué que la présence d'une couche drainante au-dessous ou au-dessus d'une couche moins perméable influe sur les paramètres hydrodynamiques tels que la vitesse d'infiltration, la capacité de rétention et la succion. La position de cette couche drainante influe aussi sur ces paramètres hydrodynamiques. Une couche drainante située au-dessous d'une couche peu perméable facilite le mouvement des particules fines de cette couche vers la couche drainante. L'étude de la sorption a montré que le lixiviat de scories étudié contient un mélange important d'ions. Ces éléments ont des coefficients de distribution K d différents. Ce qui signifie que la rétention des ions par la matrice solide diffère d'un ion à un autre. L'analyse des sols et des percolats au cours des essais de perméabilité aux lixiviats a montré que les phénomènes d extraction et d adsorption des ions sont plus marqués pour les faibles charges de percolation donc pour les faibles vitesses d infiltration. En effet, avec une faible vitesse d infiltration, le temps de contact entre le lixiviat et les particules solides est plus important. L étude de la diffusion pure du soluté a montré que la migration des ions se fait dans les deux directions, du lixiviat vers le sol et du sol vers lixiviat. Il existe des ions qui quittent le sol et remontent vers le lixiviat. La migration étant liée à la capacité d échange d ions, la présence de lixiviat sur une barrière étanche peut provoquer l appauvrissement en ions de cette barrière. Cet appauvrissement peut augmenter ou diminuer la perméabilité de la barrière. La conception de barrière étanche doit tenir compte d'un tel phénomène. La variation du coefficient de dispersion calculé lors de l'infiltration du lixiviat de scories dans la colonne du GSB suit la variation de la vitesse de Darcy. On a remarqué que le chlore et la fraction soluble FS suivent l'écoulement du liquide infiltré. La concentration en fraction soluble à la sortie permet de suivre le mouvement du liquide avec un retard plus important. Des deux éléments Cl - et FS qui caractérisent le mouvement du liquide chargé, l'ion Cl - joue mieux le rôle d'élément traceur. Les sondes TDR ont permis de suivre l'évolution de la masse de soluté retenu dans le sol. On peut ainsi faire une économie des frais de prélèvement et d'analyse chimique si on dispose de plusieurs profils d'impédance du sol pollué ou de la variation temporelle de l'impédance du sol. On a constaté que la quantité de soluté retenu à un temps donné dépend de l'épaisseur de la couche. L'épaisseur de la couche influe donc sur le temps de sortie du polluant. Pour l'argile du Gault, les courbes des masses de soluté retenu montrent que ce sol a un fort pouvoir de rétention. En admettant une isotherme d'adsorption linéaire, on remarque que le - 248

5 coefficient de dispersion ne varie pas au cours du temps, donc ne dépend pas de l'état hydrique du sol. On peut donc caractériser la migration des éléments solubles du lixiviat par un coefficient de dispersion unique qui ne différencie pas les espèces chimiques. On justifie ainsi le fait que la diffusion moléculaire est faible et que le mouvement du soluté est assuré par la dispersion mécanique. La vitesse de Darcy à l'intérieur de l'argile du Gault a atteint le régime permanent 150 jours après la vitesse d'infiltration à l'entrée de la colonne. Lors de la mesure de la perméabilité in-situ, il faut s'assurer que la vitesse à l'entrée du perméamètre est proche de la vitesse de Darcy à l'intérieur de l'échantillon. Les essais d'infiltration de l'eau et du lixiviat dans les colonnes d'argile sont en cours. Après deux ans et demi d'infiltration, les liquides n'ont pas encore sorti des colonnes. Il faut maintenir ces essais jusqu'à la sortie des solutions de la colonne. On pourra alors étudier l'évolution de la concentration dans les percolats. Les profils hydriques permettront la connaissance de l'état hydrique de la teneur en eau à la sortie, donc connaître le temps de transit. Les profils d'impédances et de conductivité électrique donneront une idée sur la répartition de soluté dans la couche d'argile au cours de la percolation. On peut aussi connaître avec les profils d'impédances et de conductivité électrique, le temps nécessaire pour mobiliser toute la capacité de rétention des ions sur toute la hauteur de la colonne. Le flux de concentration de la fraction soluble ou du Chlore sera alors utilisé pour le calcul du coefficient de dispersion. On pourra alors comparer le coefficient de dispersion obtenu par les profils à celui obtenu par le flux de la matière sortant (méthode statistique). Cette recherche devrait être complétée par une étude effectuée sur des colonnes de sol à multicouche. Ces colonnes seront composées de deux couches d'alluvions séparées par une couche d'argile ou par une couche de sable argileux pour répondre aux problèmes d'équivalence de matériaux étanches. Une étude complète consiste à faire varier les épaisseurs du sable argileux et de l'argile pour étudier cette équivalence. Une étude similaire peut être effectuée dans des bacs équipés des bougies de prélèvement. Ces bougies serviront à mesurer la conductivité électrique du liquide prélevé ainsi que la concentration en soluté. A un point donné, on compare les masses de soluté retenu obtenues par les sondes TDR à la concentration en soluté obtenue par prélèvement. Cet essai permettra de savoir si avec le suivi de la solution à l'entrée ou à la sortie on peut caractériser ce qui ce passe à l'intérieur de l'échantillon. Finalement, les valeurs des coefficients de dispersion et de distribution peuvent être utilisées pour valider les modèle numériques du transfert de soluté en milieu poreux