Déterminer la qualité des eaux souterraines de fond dans les sites contaminés Une approche hydrogéochimique

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Richard Gaudet
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sites contaminés fédéraux Toronto, Ontario (mai 2012) Présenté par :

1 Déterminer la qualité des eaux souterraines de fond dans les sites contaminés Une approche hydrogéochimique Atelier national sur les sites contaminés fédéraux Toronto, Ontario (mai 2012) Présenté par : Tyler Wilen et Michael Choi pour le compte de Transports Canada et TPSGC

2 Aperçu de la présentation Introduction Établir le contexte approches Étude de cas Introduction Données recueillies Résultats Conclusions

3 Introduction Définition courante de la qualité des eaux souterraines de fond Examine la qualité des eaux souterraines «contregradient» pour les sources de contaminants connues. Pourquoi et quand déterminons-nous le fond? Pour fournir une approche rentable aux clients. Lorsque les contaminants observés ne correspondent pas à la source (composition et étendue).

4 Déterminer les conditions de fond Approche courante en C.-B. : Installer au moins 3 puits «contre-gradient» Problèmes ou préoccupations possibles : Les puits sont installés dans une géologie différente Les statistiques peuvent influencer les concentrations «contre-gradient» définies

5 Réglementaire Exigences réglementaires en C.-B. et au Yukon : Installer 3 puits de «contre-gradient» Analyse statistique exhaustive Au moins 2 événements d échantillonnage requis

Minéralogie du sol et des sédiments (si avantageuse) 6.

6 Approche fondée sur les sciences 1. Étude au bureau achevée 2. Examen de l historique du site 3. Élaboration du modèle conceptuel préliminaire 4. Définition de la géologie et de l hydrogéologie locales 5. Minéralogie du sol et des sédiments (si avantageuse) 6. Collecte de données géochimiques supplémentaires sur les eaux souterraines (cations majeurs, anions, alkalinité) 7. Perfectionnement, confirmation ou réfutation du modèle conceptuel préliminaire

7 Emplacement de l étude

8 Contexte de l étude de cas Situé à côté de l aéroport du Fort Nelson, dans le nord-est de la Colombie-Britannique

9 Objectifs de l étude 1. Déterminer si le sulfate est d origine naturelle ou humaine. 2. S il est d origine naturelle, déterminer pourquoi il est élevé et définir une teneur de fond locale

10 Données recueillies pour le fond Renseignements au bureau Géologie des dépôts meubles locaux Collecte et analyse de soufre «en spéciation» dans le sol Soumission et analyse d échantillons minéralogiques (pétrographiques) Échantillonnage des eaux souterraines sur tout le site pour repérer des métaux et des anions en solution

11 Résultats

12 Géologie Géologie de dépôts meubles Régionale et locale Géologie du socle rocheux Régionale et locale Cartes pédologiques régionales publiées, rapports et résultats Chimie du sol Shales marins Les sols de Fort Nelson sont salins

13 Coupe transversale géologique

14 Hydrogéologie Eaux souterraines locales suspendues Directions de l écoulement des eaux souterraines Les pentes imitent la topographie Les eaux souterraines s écoulent vers le nord, vers l est ou vers le sud selon l emplacement le long de la dorsale topographique.

15 Direction de l écoulement des eaux souterraines locales

16 Mise en plan de la répartition du sulfate Min Max Moyenne Concentrations de sulfate dans les eaux souterraines (mg/l) 9,

17 Résultats de l évaluation préliminaire Il est possible que les sites de décharge contiennent des cloisons sèches Une décharge contient du charbon Géologie du socle rocheux Géologie des dépôts meubles Études du sol régional Résultats du sol Chimie des eaux souterraines

(CaSO 4 2H 2 O) provenant de closions sèches ou gypse d origine naturelle dans le sol (levé du

18 Modèle conceptuel préliminaire Le SO 4 dans les eaux souterraines est associé à ce qui suit : Barite (BaSO 4 ) qui pourrait être d origine naturelle et provenir des shales marins Gypse (CaSO 4 2H 2 O) provenant de closions sèches ou gypse d origine naturelle dans le sol (levé du sol régional) Charbon contenant des minéraux sulfurés (FeS 2 ) qui se sont oxydés et ont rejeté du SO 4

19 Test du modèle conceptuel préliminaire Pour confirmer ou réfuter la source de barite, de gypse ou de minéraux sulfurés : Il faut effecuter une analyse de spéciation du soufre dans le sol Minéralogie du sol Données de chimie des eaux souterraines Tracé chimique en croisé

20 Résultats de l analyse des sols : S en spéciation ID de l échan,llon Emplacement de l échan,llon Profondeur de l échan,llon (mbgs) Type de sol Concentra,on en sulfate (ppm) Minéraux sulfurés (ppm) 9 10TP 50 Aéroport de Fort Nelson Site 9 1,8 2,0 Limon et argile TP 51 Aéroport de Fort Nelson Site 9 4,7 4,9 Argile TP 74 Aéroport de Fort Nelson Site 9 3,6 3,9 Argile TP 75 Aéroport de Fort Nelson Site 9 7,3 7,6 Argile A 10TP 63 10A 10TP 64 10A 10TP 65 10A 10TP A 10TP A 10TP 67 10B 10TP 53 10B 10TP 79 10B 10TP 80 Aéroport de Fort Nelson Site 10A Aéroport de Fort Nelson Site 10A Aéroport de Fort Nelson Site 10A Aéroport de Fort Nelson Site 10A Aéroport de Fort Nelson Site 10A Aéroport de Fort Nelson Site 10A Aéroport de Fort Nelson Site 10B Aéroport de Fort Nelson Site 10B Aéroport de Fort Nelson Site 10B 3,45 3,65 Argile ,1 4,3 Argile ,9 4,0 Argile ,8 3,9 Argile ,8 3,9 Argile ,7 4,8 Argile ,1 4,2 Argile ,3 3,4 Argile ,3 3,4 Argile 200 < TP 1 Aéroport de Fort Nelson Site 11 3,05 3,15 Argile BMW BMW 1.4 Aéroport de Fort Nelson Site 10B Aéroport de Fort Nelson Site 10B 1,2 1,4 Sable et gravier 100 <0.01 Sulphate is the dominant form of sulphur in the native soil 4,3 4,7 Argile

échantillon où 12 200 ppm de SO 4 sont signalées

21 Résultats minéralogiques Résultats minéralogiques Des sections minces polies préparées pour un échantillon où ppm de SO 4 sont signalées dans le sol Plusieurs grains de gypse >1 % (c.-à-d. > ppm)

Tracé chimique en croisé et [Piper plots] Tracés chimiques en croisé Based on groundwater samples collected in historic sampling events to present (1997 2010). Conc.

22 Tracé chimique en croisé et [Piper plots] Tracés chimiques en croisé Based on groundwater samples collected in historic sampling events to present ( ). Conc. de paramètres (métaux et anions) tracés vs conc. de SO4 Ca, Mg et Na en solution s associent positivement au SO4 (PAS Ba et Fe) Calcium Magnesium Sulfate (ppb) [Piper Plots] Magnesium (ppb) Calcium (ppb) Sodium Sodium (ppb) Sulfate (ppb) Sulfate (ppb)

23 Signature chimique du SO 4 en solution La minéralogie type contenant du Ca, Mg, Na et SO 4 comprend : Nom du minéral Formule du minéral Indice de composition (Ca, Na, Mg:SO4) du minéral Indice de composition selon les résultats de l analyse des eaux souterraines (intervalle) Gypse / Anhydrite CaSO 4 *2H 2 O 0,42 (Ca:SO 4 ) 0,2 0,6 (Ca:SO 4 ) Epsomite MgSO 4 *7H 2 O 0,25 (Mg:SO 4 ) 0,1-0,4 (Mg:SO 4 ) Thénardite Na 2 SO 4 0,48 (Na:SO 4 ) 0,01 0,07 (Na:SO 4 ) Les indices de composition en solution concordent avec les indices de composition du minéral Ces minéraux sont habituellement présents dans les dépôts sédimentaires évaporitiques comme les shales marins

24 Perfectionnement du modèle conceptuel préliminaire La barite n est pas une source importante du SO 4 en solution Le minéral sulfuré n est pas une source importante de SO 4 en solution Le gypse est une source plus probable Questions qui restent : 1. La solubilité du gypse naturel pourrait-elle expliquer les concentrations mesurées? 2. La source du gypse est-elle d origine naturelle ou humaine?

1.Solubilité du gypse La concentration de SO 4 2 590 mg/l Littérature 3 150 mg/l à 5 000 mg/l dans les environnements au sol plus salin Se traduit à des concentrations

25 1.Solubilité du gypse La concentration de SO mg/l Littérature mg/l à mg/l dans les environnements au sol plus salin Se traduit à des concentrations de SO 4 de à m/l [SO 4 ] dans l eau de mer ~2 700 mg/l Conclusion : Le gypse seul pourrait expliquer les concentrations signalées dans les eaux souterraines

Charbon : Peut contenir de la pyrite (FeS 2 ) qui, si elle est oxydée,

26 2. Sources de SO 4 Origines humaines possibles : Cloison sèche : Aurait pu être éliminée pendant le déversement? Charbon : Peut contenir de la pyrite (FeS 2 ) qui, si elle est oxydée, peut libérer du sulfate et du fer. Conclusion : Il est peu probable que le sulfate soit d origine humaine

27 2. Sources de SO 4 (suite) Minéraux sulfatés naturels : Gypse La cartographie pédologique en indique la présence dans le sol La minéralogie confirme qu il s agit de gypse naturel (> ppm) Sulfate Forte concentrations de sulfate dans les sols indigènes (> ppm)

28 Conclusions de l étude Il n est pas toujours facile de trouver des emplacements de puits de fond D autres sources de résultats ont été utilisées pour établir le fond Le gypse naturel dans le sol était la source du SO 4 dans les eaux souterraines Le document [Background P9 Release] a été publié par le MOE de la C.-B. en Concentration de fond régionale de SO 4 dans les eaux souterraines établie au site

29 Leçons apprises Trois puits de fond ne sont pas toujours possibles ou suffisants Se demander «POURQUOI» la concentration est présente (preuve scientifique) Élaborer un modèle conceptuel du site afin d expliquer l occurrence du constituant en question; et recueillir des données clés pour appuyer ou réfuter le modèle conceptuel

30 Des questions? Merci! [your headshot] Tyler Wilen, [EET], gestionnaire de projet. Hemmera, Vancouver (C.-B.) Canada Hemmera.com Vancouver Burnaby Victoria Calgary

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