ÉCHANTILLONNAGE DE SOLS SATURÉS ET CARACTÉRISATION EN HAUTE DÉFINITION DE ZONE SOURCE

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Hubert Sénéchal
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1 ÉCHANTILLONNAGE DE SOLS SATURÉS ET CARACTÉRISATION EN HAUTE DÉFINITION DE ZONE SOURCE Atelier national sur les sites fédéraux contaminés de l IBIC 2016 Patrick J. Curry, CPG, Joseph Quinnan, PE, PG, Jesse Wright, PE Le 25 avril 2016

2 Aperçu Caractérisation «SMART» Approche adaptative en matière de caractérisation de la source Méthodes de laboratoire mobile Échantillonnage de sol saturé Étude de cas : Lansing, Michigan Sommaire

Caractérisation «SMART» Rendement de l enquête Stratégies de sortie Définir les points de décision en fonction de la sélection de la solution et des facteurs économiques Sortir Rendement de l enquête

3 Caractérisation «SMART» Rendement de l enquête Stratégies de sortie Définir les points de décision en fonction de la sélection de la solution et des facteurs économiques Sortir Rendement de l enquête limité Continuer Rendement de l enquête qui correspond aux attentes Échantillonnage adaptatif et en haute résolution Hydrostratigraphie Perméabilité Concentration MCS axé sur le flux Accent sur la matière qui compte Modèle conceptuel de site axé sur le flux Stratégies de sortie Harmoniser la solution avec la stratégie d affaires Certitude du résultat Moindre coût Outils de la prochaine génération

4 Exemple de contexte de site Caractérisation au moyen de puits de surveillance Panache de COV diffus PW 20 ans de P et T

5 Évaluation de la source conventionnelle Zone source Les méthodes conventionnelles peuvent manquer la matière Échantillonnage du sol dans la zone vadose seulement Puits de surveillance pour l analyse des eaux souterraines PW Sable Sable à grosses par-cules Sable Argile Durée du pompage et traitement (P et T) inconnue

6 Caractérisation adaptative de la source Grille adaptative des forages Échantillons haute résolution du sol saturé et des eaux souterraines Données d analyse en temps réel PW Caractérisation détaillée de la stratigraphie et de la perméabilité

7 Évaluation de la source axée sur le flux Source de la zone de stockage Zone source Sable Ma-ère stockée dans la zone vadose Sable à grosses par-cules Sable et limon interstra-fiés Argile >90% du flux dans la zone de sable à grosses par-cules Quan-té de ma-ère substan-elle dans la zone de stockage difficile à traiter

La maturité du panache est un facteur déterminant L échantillonnage des sols saturés permet de caractériser les zones de transport et de stockage Interaction diffusive entre les zones de flux et les

8 La maturité du panache est un facteur déterminant L échantillonnage des sols saturés permet de caractériser les zones de transport et de stockage Interaction diffusive entre les zones de flux et les zones de stockage Concentration de l écoulement dans les segments les plus perméables des aquifères Retour de diffusion après l extraction de la source Zone source Source extraite Direction du transport de l eau souterraine (d après Payne, 2008; Suthersan, 2010)

Laboratoires mobiles Les laboratoires sur place sont la clé des enquêtes rapides Stone Environmental /Cascade Drilling Méthode 8260/solid phase micro extraction (SPME) Attestation NELAP 50

9 Laboratoires mobiles Les laboratoires sur place sont la clé des enquêtes rapides Stone Environmental /Cascade Drilling Méthode 8260/solid phase micro extraction (SPME) Attestation NELAP 50 échantillons par jour Possibilité d ajouter des analystes ou de l équipement pour augmenter le débit de traitement Triad Environmental Services Méthode 8265, Direct Sampling Ion Trap Mass Spectrometry (DSITMS)/ (SPME) échantillons par jour

Triad Environmental Composés organiques volatils LD pour des COV dans l eau : 1,0 µg/l LD pour des COV dans les sols : 150-200 µg/kg 1,4-dioxane LD dans

10 Triad Environmental Composés organiques volatils LD pour des COV dans l eau : 1,0 µg/l LD pour des COV dans les sols : µg/kg 1,4-dioxane LD dans l eau : 2-20 µg/l LD dans les sols : µg/kg La microextraction en phase solide peut être effectuée après une analyse des COV sur un même échantillon

11 Comparaison analytique 1,4-dioxane En général, les méthodes différentes méthodes correspondent bien entre elles L analyse DSITMS est un indicateur fiable de la présence de 1,4-dioxane dans les sols et les eaux souterraines Niveau de biais assez faible dans le cas de l eau souterraine Merit - EPA 8260 SIM (ug/kg) Concentrations d extraction de 1,4-dioxane dans le sol de EPA 8260 par rapport à EPA R² = 0, Triad ES - EPA 8265 (DSITMS) (ug/kg) Merit - EPA 8260 SIM (ug/l) Concentrations d extraction de 1,4-dioxane dans l eau souterraine de EPA 8260 par rapport à EPA R² = 0, Triad ES - EPA 8265 (DSITMS) (ug/l) Les échantillons de sol nécessitent une homogénéisation complète, ou une séparation directe de l extrait d échantillon

Calcul du sol saturé par rapport à l eau souterraine équivalente Les propriétés des produits chimiques et des sols sont utilisées pour convertir les données sur les sols saturés en concentrations

12 Calcul du sol saturé par rapport à l eau souterraine équivalente Les propriétés des produits chimiques et des sols sont utilisées pour convertir les données sur les sols saturés en concentrations équivalentes d eau souterraine Bonne estimation, mais pas exacte les concentrations d eau souterraine sont influencées par plusieurs facteurs : la teneur en carbone organique; le coefficient de partage carbone par substance chimique; la porosité du sol; la densité du sol.

13 Équation de partage C t = C w * [(K oc * f oc ) + (Ɵ w /ρ b )] Hypothèses Aucune perte de contaminants causée par la volatilisation ou la dégradation L adsorption est linéaire par rapport à la concentration Les concentrations entre le sol et l eau interstitielle sont équilibrées L adsorption est réversible Utiliser des paramètres propres au site selon les types de sols Paramètre et définition C t = concentration dans la masse du sol -- C w = concentration de l eau souterraine -- K oc = coefficient de partage carbone organique Par défaut Soil Screening Guidance: Technical Background Document (U.S. EPA, 1996) Selon la substance chimique f oc = fraction de carbone organique 0,002 kg/kg (0,2 %) Ɵ w = porosité du sol rempli d eau ρ b = masse volumique apparente du sol sec 0,43 (L/L) 1,5 (kg/l)

14 Résultats d eau souterraine équivalente Par exemple, dans un sol argileux Dans la plupart des cas, influence dominante du partage carbone organique (Koc) Dans le cas du 1,4-dioxane, la porosité et la teneur en humidité sont déterminantes Valeurs par défaut Composé Concentration du sol saturé Facteur de conversion Concentration en eau souterraine équivalente Éthylbenzène 100 µg/kg 0,8 80 µg/l PCE 100 µg/kg 2,1 210 µg/l TCE 100 µg/kg 2,5 250 µg/l VC 100 µg/kg 3,0 300 µg/l MTBE 100 µg/kg 3,2 320 µg/l 1,4-dioxane 100 µg/kg 3,4 340 µg/l

Étude de cas : Panache de 1,4-dioxane Lansing, Michigan 1,4-dioxane dans la roche décomposée du substratum rocheux En contact avec l aquifère du substratum

15 Étude de cas : Panache de 1,4-dioxane Lansing, Michigan 1,4-dioxane dans la roche décomposée du substratum rocheux En contact avec l aquifère du substratum rocheux et dans la zone de protection des têtes de puits Migre de la zone source vers le sud sur une distance de pieds et passe sous un deuxième panache surélevé

MCS de la zone source du 1,4-dioxane, 2013 NO

1,4-dioxane dans l eau souterraine (µg/l) SEC

16 MCS de la zone source du 1,4-dioxane, 2013 NO Stade <5 82 Zone de répercussion des COVC Zone surélevée SE W. Saginaw Ave Recharge des eaux souterraines 34 1,4-dioxane dans l eau souterraine (µg/l) SEC SEC RICHE EN LIMON TILL Roche décomposée du substratum <5 Substratum <5

17 Caractérisation de la source inférieure de 1,4-dioxane Objectifs 1. Partie surélevée déterminer si la matière de la source est présente dans la zone supérieure Taille de l empreinte Traitabilité 2. Partie inférieure origine et étendue de la matière de la source de 1,4 dioxane inférieure

Portée des travaux Forages réalisés Grille adaptative de 25

Échantillons d eau souterraine pour la corrélation Analyses

1,4-dioxane Sous-ensemble analysé hors site 1,4-dioxane et

18 Portée des travaux Forages réalisés Grille adaptative de 25 x 25 pieds Échantillonnage des sols au substratum Échantillons d eau souterraine pour la corrélation Analyses (DSITMS) en laboratoire sur place >800 échantillons de 1,4-dioxane Sous-ensemble analysé hors site 1,4-dioxane et COV SPLP, FOC Perméabilité, masse volumique apparente et porosité 50 ft

19 Zone surélevée de 1,4-dioxane (0-25 pi sous la surface du sol) CONCENTRATIONS DU SOL

20 Panache inférieur de 1,4 dioxane (>60 pi sous la surface du sol) EAU SOUTERRAINE ÉQUIVALENTE

21 Source de 1,4-dioxane inférieure Précision du secteur 800 échantillons de sol Nappe phréatique section bleue Partie rocheuse supérieure section grise La vidéo initiale représente les résultats du sol et des sols saturés (vert et or) La vidéo suivante représente l eau souterraine équivalente (bleu et jaune)

Source de 1,4-dioxane inférieure Précision du secteur Zone surélevée Source épuisée dans les zones à K faible Selon la SPLP, lixiviation improbable Mort-terrain profond L

22 Source de 1,4-dioxane inférieure Précision du secteur Zone surélevée Source épuisée dans les zones à K faible Selon la SPLP, lixiviation improbable Mort-terrain profond L empreinte du panache de la zone source est petite Concentrations locales élevées d équivalent en eau souterraine dans les sols à K faible Halo qui s approche de la normale dans les sables

Sommaire de la caractérisation de la source SMART La caractérisation SMART offre des avantages clés Rapide approche adaptative qui demande moins de mobilisation Rentable cycle de

23 Sommaire de la caractérisation de la source SMART La caractérisation SMART offre des avantages clés Rapide approche adaptative qui demande moins de mobilisation Rentable cycle de transmission d informations réduit, moins de temps sur place, amélioration des données et des solutions Les données haute résolution offrent une base de qualité à l évaluation Risque Solution Durée

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