Le BRGM, partenaire privilégié des entreprises

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2 GEOSCIENCES ET INNOVATION Le BRGM, partenaire privilégié des entreprises Parmi les leaders européens et mondiaux des géosciences, le BRGM a vu en 2011 son label Institut Carnot, délivré par le ministère de la Recherche, reconduit pour cinq ans. Une reconnaissance qui marque son engagement croissant dans des projets de recherche partenariale avec des entreprises de toutes tailles, pour la mise en œuvre de solutions novatrices dans les domaines de la gestion des sols et du sous-sol, des matières premières, des ressources en eau et de la prévention des risques naturels et environnementaux Cinq priorités de recherche Réduire les impacts environnementaux Economiser l énergie Réduire l émission des gaz à effet de serre Valoriser le potentiel du milieu dans le développement industriel Gérer les risques Stratégie de Lisbonne, fonds européens Feder, dispositif Crédit-Impôt-Recherche, Investissements d'avenir ( Grand emprunt ) Pour faire face aux enjeux du développement durable, la France et l'europe ont résolument choisi d'investir dans la recherche, et singulièrement dans des dispositifs associant les secteurs publics et privés. Avec 700 ingénieurs et chercheurs, le BRGM, qui consacre chaque année près de 46 millions d'euros au volet recherche de son activité, s'est engagé il y déjà de nombreuses années dans des partenariats industriels. Une activité qui n'a, depuis lors, cessé de monter en puissance, jusqu'à quadrupler entre 2005 et L'avènement des écotechnologies C'est autour de cinq priorités thématiques (voir encadré) que s'articulent aujourd'hui les champs de recherche de l Institut Carnot BRGM, dans des domaines qui, parce qu'ils recoupent des problématiques sociétales majeures, trouvent de multiples prolongements dans un grand nombre de filières industrielles, notamment avec le développement des écotechnologies. Le BRGM s'avère ainsi un partenaire privilégié des opérateurs économiques, qu'il peut faire bénéficier, outre de ses moyens de recherches actuels, de plus de cinquante ans d'expertise et de recherches dans les sciences de la terre : autant d'acquis scientifiques, de procédés, de méthodologies exploitables ou transposables directement ou indirectement dans la mise au point de solutions et de procédés industriels innovants. Objectif PME/PMI Avec le renouvellement de son label Carnot, le BRGM, qui bénéficie par ailleurs de la certification ISO 9001, s est vu encouragé à renforcer dans les années qui viennent son partenariat avec les PME/PMI, viviers d'innovation dont les besoins en recherche et développement demeurent trop souvent insatisfaits, faute de moyens. Plusieurs types de collaboration BRGM/ Entreprise sont envisageables, à commencer par les recherches partenariales dites contractuelles, où l'entreprise et le BRGM s'engagent ensemble dans la résolution d'une problématique donnée et partagent à l'issue des recherches la propriété des solutions mises au point. Les recherches partenariales dites collaboratives, pour leur part, résultent le plus souvent d'appels à projets lancés, par exemple, par l'europe, l'agence Nationale de la Recherche (ANR) ou dans le cadre des Investissements d'avenir. Elles peuvent associer au BRGM une ou plusieurs entreprises et d'autres partenaires (académiques, scientifiques, publics ou privés ). Enfin, l'ouverture de plate-formes de recherche technologique est encouragée par le programme d'investissements d'avenir "Captiven" et va faciliter la familiarisation d'outils de recherche sur des problématiques co-construites avec des PME. Mais dans tous ces cas, et quelle que soit l'échelle, la volonté innovatrice passe par la levée d'incertitudes ou de verrous scientifiques, et une collaboration étroite entre les équipes est la règle.

3 NANOPARTICULES Des procédés de dépollution des effluents industriels Extraire les nanoparticules potentiellement toxiques des effluents industriels et des eaux de surface : c'était l'ambition de Nanosep, aujourd'hui pleinement satisfaite. L 'extrême petitesse de leur taille leur conférant des propriétés physiques particulièrement intéressantes, de plus en plus de nanoparticules sont utilisées dans l'industrie. Mais ce qui fait leur atout fait aussi la dangerosité de ces matériaux, susceptibles de pénétrer en profondeur dans les organismes vivants. Face à ce problème sanitaire potentiel, Nanosep, projet du BRGM validé par l'anr, vise à extraire les nanoparticules des effluents industriels et des eaux de surface où elles peuvent aboutir en fin de process. De 10 nanomètres à 400 microns C'est en s'appuyant sur des techniques de séparation développées pour l'industrie minière que le BRGM et ses partenaires dont Suez Environnement ont mis au point un procédé Flottateur spécifique pour l extraction des nanoparticules qui vise à débarrasser les eaux des nanoparticules qu'elles contiennent, mais également à récupérer celles-ci en vue de leur recyclage. Les matériaux ciblés sont l oxyde de titane et la silice, largement utilisés et sur lesquels pèsent de fortes suspicions de toxicité, directe pour le premier, ou indirecte (fonction vecteur de métaux lourds) pour la seconde. Après une caractérisation fine, et en développant une physico-chimie adaptée basée sur une sélection de réactifs d'agrégation, le BRGM est parvenu à agglomérer des particules dont la taille peut ne pas excéder 10 nanomètres, en particules de 400 microns, soit fois plus! A cette taille, leur extraction par des procédés éprouvés de séparation solide-liquide (floculation, filtration et flottation) peut être opérée. Après une phase de laboratoire aux résultats très positifs, des tests, réalisés à échelle semi-industrielle par Suez-Environnement, ont démontré l'efficacité du procédé. Les méthodologies développées par le BRGM en matière de séparation solide/liquide, ont été aussi appliquées avec succès à l'extraction des NPs d'oxyde de cérium de taille < 10 nm d'un milieu aqueux. Les principaux résultats de ces développements ont fait l'objet d'une thèse et de plusieurs articles. Des communications internationales ont été également faites sur ce sujet. Contact : Tél. : / Fax : Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012

4 Vignobles de Orschwihr-Bergholtz, l un des 4 sites d étude d ISONITRATE. TRAÇAGES ISOTOPIQUES Des outils multi-isotopes pour identifier les sources de nitrates dans les eaux Projet de démonstration financé par le programme Life de la Commission européenne, Isonitrate a permis de démontrer la pertinence des traçages isotopiques pour identifier et différencier les sources de nitrates dans les eaux. L 'objectif de bon état des eaux souterraines et de surface visé par la Directive cadre européenne sur l'eau a suscité de nombreux programmes de recherche dédiés aux substances indésirables dans les eaux, notamment les nitrates, dont la présence excessive engendre régulièrement la fermeture de captages destinés à l'alimentation en eau potable. Si le suivi des teneurs en nitrates est essentiel pour mesurer l'évolution temporelle d'une contamination et prévenir toute conséquence sanitaire, l'identification et la différenciation de leurs sources l'est tout autant. Elle est en effet la clé de la mise en place des moyens et actions de lutte appropriés. C'est l'objet d'isonitrate, projet conduit entre 2007 et 2010 sous leadership du BRGM, en partenariat avec l'université de Gent, Vito (Vision of Technology), l'office international de l'eau et l'unesco. Deux guides méthodologiques à destination des acteurs de l'eau Si l'origine agricole des nitrates liée notamment à l'utilisation d'engrais azotés est la plus fréquemment évoquée, les effluents urbains peuvent aussi contribuer à la dégradation des eaux. Le principe d'isonitrate repose sur l'identification de la signature isotopique des nitrates rencontrés, qui, parce qu'elle diffère selon leur source, permet de remonter jusqu'à celle-ci. Afin de démontrer la faisabilité d'un outil multi-isotopes (couplage des isotopes de l'azote, de l'oxygène des nitrates et du bore co-migrant des nitrates) dans la détermination de ces sources en cas de contamination d'une ressource, Isonitrate a étudié sur quinze mois quatre sites situés dans la plaine d'alsace : un site non-pollué utilisé comme référence, un site a priori Conditionnement des échantillons destinés aux analyses chimiques et isotopiques

5 TRAÇAGES ISOTOPIQUES (suite) impacté par des intrants minéraux seuls (engrais utilisés dans les vignes), un site impacté à la fois par des intrants organiques (amendements organiques), minéraux (engrais) et des effluents urbains, et un site où l'on observait un phénomène de dénitrification naturelle. Cette démarche, fondée pour l'essentiel sur des analyses physicochimiques et des analyses isotopiques, a également intégré une évaluation coût-bénéfice des différentes méthodes de traçage. Elle a débouché sur la réalisation de deux guides destinés aux acteurs de l'eau, l'un définissant les critères de pertinence de l'utilisation ou non de l'outil multi-isotopique, l'autre décrivant étape par étape le processus du suivi isotopique. Fin 2009, un workshop international a permis de partager les résultats du projet avec près 150 intervenants impliqués dans la mise en œuvre de la Directive cadre européenne sur l'eau. Contact : Présentation des résultats lors du Workshop International organisé par le consortium ISONITRATE. «Towards new methods to manage nitrate pollution within the Water Framework Directive, 10 & 11 December 2009, UNESCO, Paris. Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012 Tél. : / Fax :

6 SEDIMENTS POLLUES Un outil multicritères d'aide à la gestion Mesure de la qualité des eaux souterraines sur le site de dépôt de Lens, sonde multiparamétrique Partenaire d'un programme de recherche sur les sédiments du Rhône pollués aux PCB (Axelera), le BRGM est aussi partie prenante de GeDSet, un outil d'aide à la gestion. Dans les rivières et les canaux, les sédiments ne sont pas seulement synonymes d'envasement, problème majeur auquel doivent faire face les pouvoirs publics et les gestionnaires. Parce qu'ils contiennent généralement des métaux lourds, PCB et autres substances chimiques, ils posent aussi un problème sanitaire en cas de crue, de dragage, de curage circonstances favorables à leur remise en suspension. Sur le Rhône, aux côtés de partenaires industriels et académiques, le BRGM est l'un des acteurs d'axelera, avec un double objectif : caractériser le comportement des sédiments pollués aux PCB et imaginer des solutions de dépollution, notamment la biodégradation via des souches bactériennes appropriées. les sédiments, les modes de gestion, les procédés de décontamination, des cas concrets en Wallonie le but est de mettre au point un outil capable d'évaluer les performances et les effets, positifs comme négatifs, de telle ou telle intervention dans une situation donnée, afin depermettre au gestionnaire de choisir la meilleure solution : atténuation naturelle, curage, traitement, stockage voire combinaison de solutions. L'outil final fournira, pour chaque cas, un ensemble de scénarios et une évaluation des conséquences et impacts sur les enjeux identifiés, offrant ainsi une vision complète des tenants et aboutissants de la gestion des sédiments et de son intégration dans le contexte plus global du développement durable. Echantillonnage pour analyse des sédiments frais dragués, (canal de Lens, dépôt de Loison) Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012 Des scénarios de gestion Contact : Analyse sur site par fluorescence X des sédiments dragués, avant essais de traitement Dans le cadre d'un projet européen Interreg (GeDSet), le BRGM et plusieurs partenaires français et belges ont également engagé l'élaboration d'un outil d'aide à la décision appliqué à la gestion des sédiments. Il s'agit, en évaluant précisément les enjeux environnementaux, économiques et sociaux de différents types d'intervention, de déterminer le mode de gestion le plus pertinent. Après capitalisation de l'ensemble des informations disponibles sur Tél. : / Fax :

7 PRODUITS TOXIQUES Des charbons actifs, pour piéger les PCB de sédiments pollués Les bactéries se développent en présence de PCB et de charbon actif. L'adsorption sur charbons actifs est une voie prometteuses de traitement des PCB contenus dans les sédiments de nombreuses rivières. Des recherches en laboratoire en ont fait la démonstration, en attendant des tests en grandeur réelle. Les Polychlorbiphényles, dérivés chimiques chlorés aux propriétés isolantes, thermiques et ignifuges ont été largement utilisés dans la fabrication de transformateurs électriques et d'appareils hydrauliques, jusqu'à leur interdiction totale en Mais des décennies de rejets industriels ont abouti à une pollution massive des sédiments de rivière, la plus emblématique étant le Rhône, dont les pêcheurs professionnels se sont vu interdire en 2006 de commercialiser leur pêche. Pour lutter contre ces produits très toxiques, qui ne se dégradent pas dans l'eau, le BRGM est depuis plusieurs années partie prenante du Programme PCB-Axelera, adossé au pôle de compétitivité Chimie-Environnement en Rhône-Alpes, qui vise le traitement ciblé de millions de m 3 de sédiments. Caractérisation et compréhension du comportement des sédiments pollués, monitoring environnemental, traitements séparatifs, mise au point de procédés de biodégradation sont certaines des voies de recherches déjà largement engagées. Avec Sedica, dernier programme en date (sur 36 mois), qui associe au BRGM des partenaires académiques (Ircelyon et IFS) et industriels (Soletanche-Bachy et Extract Ecoterres), l'une des ambitions est de démontrer l'efficacité et la fiabilité de l'ajout in situ de charbons actifs, pour adsorber les PCB contenus dans les sédiments et ainsi les piéger. Le biofilm, potentiel allié naturel du procédé Si les importantes capacités d'adsorption des charbons actifs vis à vis des PCB se sont rapidement avérées, un problème demeurait : la formation attendue de biofilms en surface des charbons actifs, du fait de la présence de micro-organismes dans les sédiments pollués, et leur incidence éventuelle. Afin de savoir si la formation de tels biofilms pourrait gêner le transfert des PCB dans le charbon actif, le BRGM a reconstitué en laboratoire les conditions naturelles. On a ainsi pu observer qu'une couche de bactéries matures se mettait bien en place, sur une période d'un mois. Puis on a étudié le comportement du charbon colonisé par ce biofilm. Les premières constatations attestent que les capacités d'adsorption des PCB par le charbon actif ne sont nullement altérées par cette présence. Ces travaux devraient également permettre de savoir si la formation de biofilms contenant potentiellement des microorganismes impliqués dans la biodégradation des PCB est susceptible d'améliorer l'efficacité globale du procédé, par couplage de l'adsorption des PCB par les charbons actifs et de leur dégradation par les bactéries présentes. Des recherches sur pilotes seront réalisées par d'autres partenaires du projet afin de déterminer le potentiel d'application du procédé en grandeur réelle. Contact : Tél. : / Fax : Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012

8 de l'agence nationale de la recherche, qui réunit plusieurs partenaires Colonnes de sol polluées au toluène et surveillance de l activité bactérienne de dégradation par polarisation provoquée spectrale. DEPOLLUTION NATURELLE Des méthodes non-destructives pour surveiller une bio-dépollution d'hydrocarbures Projet ANR piloté par le BRGM, Biophy propose une amélioration des méthodes classiques de suivi de la bio-dépollution d'une nappe polluée aux hydrocarbures, au moyen de mesures géophysiques et d'analyses de gaz. Forages, prélèvements de sols et dans la nappe, analyses en laboratoire Les méthodes actuellement utilisées pour suivre la bio-dépollution d'un site pollué aux hydrocarbures sont lourdes, longues et coûteuses, avec une efficacité relative : la grande variabilité locale de l'activité biologique rend en effet difficile l'évaluation précise des phénomènes à l'œuvre entre deux points de forage. C'est pour optimiser l'efficacité de ce suivi, par le recours à des méthodes non-destructives, qu'est né le projet Biophy en réponse à un appel à projet publics (Laboratoire LPCE2 du CNRS, Géosciences Montpellier) et privés (Bureau d'études Serpol, Groupe Total) sous coordination BRGM. Quantifier l'efficacité de la bio-dégradation Une technique couramment utilisée pour traiter les hydrocarbures dissous dans la nappe phréatique consiste à stimuler l'activité de bactéries naturellement présentes dans le milieu par injection d'oxygène. Pour se développer, certaines bactéries trouvent en effet leur source d énergie en dégradant ces hydrocarbures, entamant ainsi un processus naturel de dépollution. Afin de suivre l'évolution dans le temps et l'efficacité de cette bio-dépollution, Biophy propose aujourd'hui deux méthodes complémentaires, testées avec succès à l'échelle du laboratoire, et prochainement en grandeur réelle. La première d'entre elles est géophysique, fondée sur un phénomène maintenant connu : la modification des propriétés électriques des sols en présence d'hydrocarbures, et l'évolution de celles-ci au fur et à mesure du développement de l'activité bactérienne. Le principe consiste à injecter un courant électrique depuis la surface et à mesurer au moyen d'un réseau d'électrodes à mailles plus ou moins fines (5 x 5 m, 10 x 10m, 20 x 20m ) les conditions de circulation du courant (conductivité, capacitance ), révélatrices du niveau de pollution/dépollution et d activité bactérienne sur chacun des points investigués.

9 DEPOLLUTION NATURELLE (suite) La seconde méthode, complémentaire de la première, est fondée sur l'analyse du CO 2, gaz dégagé par les bactéries lors de la dégradation des hydrocarbures. Après pompage en surface au moyen d'une cloche, l'analyse isotopique du CO 2 prélevé permet de mesurer le niveau d'activité des bactéries (par mesure de l'augmentation ou de la baisse des volumes de carbone 12 par rapport au carbone 13, révélateurs de cette activité). Des outils spécifiques de suivi automatique en continu, sur site, sont actuellement développés. Fin 2012, une station-service du Groupe Total sera appareillée afin de tester la validité de ces méthodes très prometteuses. Une analyse technicoéconomique est également prévue, sur la base d'une évaluation coût-efficacité par rapports aux méthodes classiques de suivi. Contact : Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012 Tél. : / Fax :

10 EAU POTABLE Des hydroxydes doubles lamellaires pour piéger les nitrates dans les eaux La fabrication artificielle de minéraux à forte capacité d'absorption permet de fabriquer des pièges à nitrate. Schématisation du procédé de capture des nitrates dans les solides de type HDLs. Synthèse au laboratoire de solides de type HDLs, utilisés pour le piégeage des nitrates. Régénération H2O NO3 - OH - H + NO 3 - NO3 - NO 3 - NO3 - NO3 - Réduire la teneur en nitrates des eaux destinées à la consommation : avec le projet Trainit, le BRGM a ouvert une voie très prometteuse La dégradation des eaux souterraines destinées à l'alimentation en eau potable résulte de multiples facteurs. Parmi ceux-ci, les intrants d'origine agricole occupent une place prépondérante, avec pour résultat des teneurs en nitrates qui dépassent de plus en plus fréquemment les normes fixées pour la préservation de la santé humaine (50 mg/litre). L'impossibilité au moins à court terme de faire baisser ces teneurs par des actions en amont, a suscité la mise au point de procédés biologiques ou physicochimiques de dépollution, mais qui restent lourds et coûteux. Une forte réduction de la charge polluante Avec Trainit, c'est une nouvelle voie que le BRGM, cofinancé par la région Centre et en partenariat avec l'institut des Sciences de la Terre d'orléans et la Lyonnaise des eaux, a ouvert sur cette problématique. En étudiant puis en développant un nouveau procédé de traitement fondé sur l'utilisation de matériaux de synthèse de type hydroxydes doubles lamellaires, il a mis en évidence la capacité de ces composés à piéger les nitrates dans les eaux, et à faire baisser la charge polluante dans des proportions considérables : de 48 mg/litre à 8,3 mg/litre après traitement dans une eau prélevée sur le captage de la Tête Noire à Saran (nappe de Beauce Loiret). Le principe du procédé repose sur la capacité de ces matériaux, par échange anionique, à piéger dans leur structure les anions nitrates. Si une optimisation de ce procédé de capture demeure nécessaire avant une mise en œuvre industrielle pour sélectionner des matériaux présentant une affinité optimale aux anions nitrates, les voies ouvertes sont très prometteuses. Car sur le même principe, de nombreux composés, notamment médicamenteux, dont la présence dans les eaux commence à poser problème, pourraient eux-aussi être piégés par des hydroxydes doubles lamellaires Synthèse au laboratoire de différentes compositions de solides utilisés pour le piégeage des nitrates. Contact : Tél. : / Fax : Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012

11 L Allier à proximité de Nonette - Manuel Garcin POLLUANTS MÉTALLIQUES Une boîte à outils pour l'étude des bassins versants Le projet Transposa, visant à discriminer les contributions naturelles et anthropiques du contenu métallique des eaux du bassin de l Allier, a débouché sur la mise au point d'une boîte à outils technique et méthodologique applicable à d'autres bassins versants. Signature isotopique du Lithium dans le bassin versant de l Allier. Les indices d hydrothermalisme concordent avec des signatures isotopiques reflétant les interactions eau-roche haute température. Le projet Transposa, Transfert et quantification des flux de sédiments et polluants métalliques du bassin de l Allier, mené en collaboration avec l'agence de l'eau Loire-Bretagne, a été réalisé par une équipe pluridisciplinaire de 2010 à 2012 dans le cadre du projet Régolithe du BRGM. Le bassin de l Allier présente une grande diversité géologique (socle hercynien, volcanisme, formations sédimentaires, hydrothermalisme ). Les activités anthropiques y sont d'intensité variable, avec un bassin amont assez préservé alors que les activités agricoles et industrielles sont largement développées à l'aval. De nombreux anciens sites miniers sont par ailleurs disséminés sur l ensemble du bassin. Cette diversité complexifie l analyse et la compréhension des mécanismes régissant les flux métalliques. Une méthodologie complète Le travail des géochimistes, géomorphologues et microbiologistes impliqués dans le projet a consisté analyser le bassin versant de l Allier en se focalisant sur les caractéristiques et les paramètres qui y régissent la chimie des eaux (plus de 350 analyses au total, 115 échantillons). L approche suivie est globale (holistique), tant dans son échelle géographique que dans le degré d analyse (maximum de paramètres en chaque point du bassin). Des développements méthodologiques spécifiques, qui constituent l un des points forts de cette approche en terme de géochimie environnementale, ont également été conduits. Il s agit par exemple de la mise en œuvre d'un nouvel outil isotopique (isotopes du lithium) pour l étude des processus de transfert solide/liquide des éléments chimiques.

12 POLLUANTS MÉTALLIQUES (suite) miniers demeurait ponctuel et que, dans les Limagnes d Allier, certains éléments chimiques provenaient pour partie de l'activité hydrothermale du Massif Central. Evolution de la concentration de l'arsenic en fonction de la surface du bassin versant de l'allier (Rad et al., 2012). Il s agit également de la mise en place d approches conjointes permettant l identification des origines (agricoles, urbaines, minières ou hydrothermales) de certains éléments métalliques (arsenic, antimoine). Transposa a débouché sur la mise au point d'une boîte à outils comportant : l'architecture de la base de données à constituer ; la description du système d'information géographique permettant une vision spatialisée de l'ensemble des données ; la méthode de choix des isotopes à utiliser et à combiner aux analyses plus classiques d éléments majeurs et en traces selon le contexte du bassin versant. La méthode développée dans le cadre de Transposa, utilise pour partie des données largement disponibles sur le territoire français (géologie, occupation des sols ) et des analyses géochimiques spécifiques à la problématique. Cette méthode est parfaitement transposable à d autres bassins. Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012 Ce projet a permis de démontrer, par exemple, que le transfert des polluants métalliques issus des anciens sites Contact : Tél. : / Fax :

13 LA GÉOTHERMIE POUR LES PARTICULIERS Le développement d'une solution géothermique innovante pour l'habitat individuel En s'appuyant sur les acquis scientifiques de sa plate-forme expérimentale Géothermie, le BRGM met actuellement au point, avec plusieurs partenaires industriels et institutionnels, une solution géothermique complète destinée aux particuliers. Échéance du projet Micro-Géo : Mise en place à la tarière d une corbeille géothermique en polyéthylène sur la plate-forme Géothermie sur le site du BRGM à Orléans. Spécialiste de la géothermie haute-énergie (200 à 250 C), avec notamment la centrale de production électrique de Bouillante, en Guadeloupe, le BRGM possède une expertise reconnue en matière de géothermie moyenne et bassetempérature (80 à 120 C), comme l'attestent les réseaux de chaleurs développés en région parisienne depuis les années 70 et plusieurs projets similaires en Chine et en Indonésie. L'établissement, avec la plate-forme Géothermie installée sur son site orléanais depuis 2008, a également renforcé ses recherches en matière de géothermie très basse énergie. Son ambition, en testant différents types d'échangeurs enterrés superficiels (de 0 à 100 m), est de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la performance énergétique, en fonction de la nature des sols, des conditions climatiques et des sollicitations énergétiques des bâtiments. L'objectif est également de mesurer l'incidence éventuelle des installations sur le milieu : bactériologie, chimie des eaux souterraines, phénomène de refroidissement Réalisation d une corbeille géothermique en cuivre à l atelier du BRGM La plate-forme a été équipée de sondes géothermiques verticales, d'échangeurs horizontaux, d'échangeurs compacts et de puits canadiens. Les travaux qui y sont menés ont déjà, notamment, débouché sur une thèse consacrée aux échangeurs horizontaux et sur la modélisation du fonctionnement de ceux-ci en couplage avec le système pompe à chaleur (PAC) alimentant en chaud ou en froid des bâtiments.

14 LA GÉOTHERMIE POUR LES PARTICULIERS (suite) Cette recherche en partenariat est conduite avec des industriels, RYB Terra, fabricant français d'échangeurs géothermiques enterrés, CIAT, fabricant de pompes à chaleur, EDF, le CEA-INES, le centre technique CETIAT et l'entreprise de chauffage Proxiserve. Implantation des échangeurs géothermiques de type «corbeilles cylindriques» sur la plate-forme Géothermie Un système PAC géothermique complet pour TTC maximum La mise en test et l'évaluation des performances de sept échangeurs compacts de type corbeille cylindrique à différentes profondeurs sur sa plate-forme Géothermie a permis au BRGM de s impliquer dans un projet financé par le Fonds unique interministériel : la mise au point d'ici 2015 d'un ensemble PAC géothermique complet destiné à l'habitat individuel neuf type RT2012*, pour un coût TTC ne devant pas excéder , pose et raccordement inclus. Elle doit aboutir au développement d'une solution géothermique innovatrice, capable d assurer les trois usages thermiques essentiels pour un pavillon résidentiel : eau chaude sanitaire, chauffage et rafraîchissement. Encore peu développée en France, la géothermie très basse-énergie, susceptible d'être développée en tous points du territoire, est aujourd'hui l'une des énergies renouvelables les plus prometteuses. Elle est appelée à jouer un rôle majeur, sa contribution dans la production de chaleur, définie par le Grenelle de l'environnement, devant passer de 40 ktep (kilotonne équivalent pétrole) en 2006 à 550 ktep en * Règlementation thermique 2012 Contact : Tél. : / Fax : Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012

15 Injection d'un traceur fluorescent en amont d'une perte pour repérer la trajectoire des eaux souterraines. - Bruno Leclerc POLLUTIONS ACCIDENTELLES Un outil novateur de valorisation des traçages hydrogéologiques Avec TRAC, le BRGM propose aujourd'hui un logiciel gratuit d'interprétation des traçages hydrogéologiques, utilisable notamment dans la prévention des pollutions accidentelles. Le recours aux traçages hydrogéologiques a pour objectif principal de repérer la trajectoire des eaux souterraines et leur vitesse d'écoulement. Mais d'autres enseignements peuvent en être tirés : sur le mode de dispersion du produit traceur dans le milieu souterrain, ses interactions et ses échanges avec celui-ci Autant de paramètres très utiles pour évaluer, par exemple, le comportement d'un aquifère donné face à une contamination, et donc anticiper sur les mesures de prévention utiles. Un outil d'aide à la décision Le projet TRAC, issu d'un appel à projets de la Région Centre, a réuni autour du BRGM des partenaires académiques et industriels (au sein du pôle de compétitivité Eaux et Milieux Dream). Il a débouché en 2011 sur la mise à disposition sur internet (http://trac.brgm.fr) de la première version d'un logiciel très novateur d'interprétation des traçages hydrogéologiques. Le premier objectif de cet outil est d'aider à mieux préparer un traçage et particulièrement le dosage des produits traceurs, en simulant, à partir des données (géologiques, hydrologiques ) existantes et d'éventuels anciens traçages, la propagation du flux. Après la réalisation du traçage propre- ment dit, l'outil permet d'interpréter les informations recueillies sur la dispersion du produit, les durées d'écoulement, la porosité du milieu et d'ajuster les données initiales. Grâce à cette mise en lumière des paramètres et processus impliqués dans les écoulements souterrains et de leurs conséquences sur le devenir de produits entrants, par exemple issus de pollution accidentelles, TRAC est un outil précieux d'accompagnement pour les acteurs de la protection des ressources en eau, l'une de ses applications étant l'aide à la définition des périmètres de protection des captages destinés à l'eau potable. Contact : Tél. : / Fax : Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012

16 EAUX MINERALES Définir des stratégies pertinentes d'exploitation des ressources Projet de recherche en eau minérale pour la Communauté de Commune Ardenne Rive de Meuse : images tridimentionnelles de couches géologiques plissées et faillées datées du Paléozoïque ( Ma) dans les Ardennes françaises. Extrait du modèle hydrogéologique 3D du gisement d eau minérale. Un projet de recherche collaborative du BRGM avec le groupe Nestlé a permis de réaliser un modèle numérique du site de Quézac, base de scénarios d'exploitation durable de la ressource. Voilà plus de cinquante ans que le BRGM capitalise l'information sur les quelque sources d'eau minérale françaises (dont 700 exploitées). Ces données d'ordre géologique, hydrologique, physico-chimique, technique, historique, réglementaire constituent un corpus largement utilisé par les services de l'etat, les collectivités mais également les exploitants. Le BRGM, qui dispose d'une antenne Eaux minérales à Montpellier, est ainsi régulièrement sollicité par les grands opérateurs du secteur afin d'apporter son expertise scientifique et ses moyens de recherche pour enrichir la connaissance des ressources et aider à définir les meilleures conditions de leur exploitation. Une recherche pluridisciplinaire En partenariat avec le groupe Nestlé, le BRGM a piloté un projet de recherche pluridisciplinaire visant à mieux connaître, décrire et caractériser le site carbo-gazeux de Quézac, en Lozère, qui produit plus de 70 millions de bouteilles d'eau par an. En ligne de mire, l'élaboration d'un modèle informatique permettant de simuler différents scénarios stratégiques d'exploitation du site. Associant géologues, hydrogéologues, géochimistes, modélisateurs le projet, adossé au capital de connaissances du BRGM sur la géologie et l'hydrogéologie locale et régionale et complété par de nouvelles acquisitions, a permis d'établir un modèle numérique 3D du site et de reconstituer son fonctionnement, notamment les conditions de création des flux d'eau minéralisée et l'importance des failles dans l'apport depuis le socle en éléments minéraux et en gaz Aujourd'hui mieux décrite tant en ce qui concerne l'aquifère lui-même que la formation et la nature des eaux, la ressource de Quézac peut faire l'objet des investissements pertinents qui garantiront son exploitation à long terme, dans des conditions conformes aux exigences sanitaires, réglementaires et économiques. Contact : Tél. : / Fax : Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012

17 SURVEILLANCE ENVIRONNEMENTALE De nouvelles méthodes de suivi qualitatif des eaux souterraines Prélèvement d eau à Orléans, à la source du Loiret, Le Bouillon (ci-dessus et ci-contre) Avec son programme Metro, le BRGM développe des méthodes de suivi, outils analytiques et moyens de mesure alternatifs aux dispositifs classiques de surveillance environnementale. C'est le cas du projet Masques, dédié aux eaux souterraines. La Directive cadre européenne sur l eau, qui vise le bon état écologique des eaux à l'horizon 2015, requiert un suivi régulier de l'état chimique des masses d'eau. La pratique couramment utilisée par les réseaux de surveillance repose sur un échantillonnage ponctuel couplé à des analyses en laboratoire, mais un tel dispositif, pour produire des résultats pertinents, est contraignant et coûteux. Depuis plusieurs années, le BRGM s'intéresse à une autre approche, fondée sur l'utilisation d'échantillonneurs passifs. Cette technique, basée sur l accumulation des polluants sur un dispositif immergé, a pour avantage de fournir une image plus représentative de la qualité chimique de l eau en estimant une concentration moyenne en polluants au cours du temps d exposition. Mais si ce principe est largement appliqué aux eaux de surface, il demeurait jusqu'alors peu étudié pour les eaux souterraines. L'un des objectifs du programme Metro est donc de tester les potentialités de différents types d échantillonneurs passifs spécifiques de familles de polluants (métaux, pesticides, HAP...). Masques : capteur intégratif Pocis et tests analytiques rapides Elisa Masques, pour Méthodes alternatives pour le suivi de la qualité des eaux souterraines, est un projet commandité par le Conseil général du Loiret, qui réunit le BRGM et le laboratoire Isto (CNRS-Université d'orléans), avec le soutien du pôle Dream Eaux et milieux. Il vise à tester in situ des échantillonneurs passifs de type Pocis (capteur capable d'adsorber et accumuler un large spectre de molécules, notamment certains pesticides) ainsi que des méthodes de tests analytiques rapides et économiques, les tests Elisa. Deux sites d'alimentation en eau potable ont été étudiés, le système karstique du Val d'orléans (source du Loiret) et les sources des Trois Fontaines (Est du Loiret). Le travail effectué a permis de confirmer l'intérêt du couplage des deux méthodes. Ainsi les capteurs Pocis ont montré leur efficacité dans le suivi des polluants à des concentrations même très faibles, en cumulant des quantités infinitésimales pendant leur période d'implantation.

18 SURVEILLANCE ENVIRONNEMENTALE (suite) Prélèvement d eau à la source des Trois Fontaines (Est du Loiret) Ils s'avèrent un bon outil qualitatif et semi-quantitatif (évolution d'un contaminant, mise en évidence d'un polluant émergent) pour le suivi d'un milieu karstique - où les variations de qualité de l'eau peuvent être très rapides -, sous réserve d'être remplacés de manière régulière. pouvoir traiter un très grand nombre d'échantillons à la fois et d'être faciles d'emploi et peu coûteux. Une certaine marge d'erreur existe toutefois pour les très faibles quantités d'une molécule donnée, mais la possibilité de multiplier les tests compense cet aléa. Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012 Quant aux tests Elisa, fondés sur une technique biochimique de reconnaissance immuno-enzymatique, bien que ne permettant l'analyse que d'une molécule (ou groupe de molécules) à la fois, ils ont l'avantage de Contact : Tél. : / Fax :

19 DÉGRADATION DES SOLS Une plateforme multi-capteurs, pour la cartographie physique des sols système de mesure sismique «en continu» composé d une série de capteurs (land streamer) tirés au sol par une chenillette et d une centrale d acquisition numérique. Mesurer les propriétés des sols, afin d'identifier les phénomènes de dégradation auxquels ils sont soumis pour mieux anticiper les conséquences de ceux-ci Telle est l'ambition de Digisoil, projet européen visant la conception d'un outil multi-capteurs combinant plusieurs techniques d'investigation géophysique. Salinisation, érosion, compactage, perte de matière organique de nombreux milieux vitaux pour les activités humaines sont menacés ou susceptibles de l'être par ces phénomènes, avec des conséquences parfois irréversibles sur la production agricole, la qualité des ressources en eau, le maintien de la biodiversité Mais comment et avec quel outil, dans des conditions économiques satisfaisantes et avec un bon niveau de fiabilité, mesurer les propriétés des sols et leurs indicateurs de dégradation? C'est l'objet du projet européen Digisoil (7 ème PCRD). Piloté par le BRGM sur trois ans ( ), il réunit un consortium de partenaires académiques français, belges, italiens, allemands et hongrois, des établissements de recherche (Inra, Geological institute of Roumania) et deux entreprises spécialisées, Abem, en Suède, et Selex Galileo en Italie. Un socle indispensable à l'élaboration de modèles de prédictivité L'accès aux menaces auxquelles sont soumis les sols passe par la mesure de leurs propriétés, lesquelles dépendent de facteurs géologiques, minéralogiques, pédologiques, ainsi que de la porosité, l'humidité ou le contenu en matière organique Plusieurs types de capteurs géophysiques permettent de recueillir de telles informations. La première partie de la démarche a donc consisté à identifier et tester les techniques les plus pertinentes, en prenant notamment en compte leur capacité à caractériser la complexité des milieux, tant sur le plan spatial que temporel, et leur indépendance au regard du contexte climatique ou d'utilisation des sols Des séries d'essais réalisés sur plusieurs sites en Europe ont permis de sélectionner un ensemble de méthodes d'investigation : géoélectrique, géoradar, électromagnétisme, magnétisme, sismique, hyperspectral. A partir des données acquises, combinées puis interprétées, des cartes de propriétés des sols ont pu être produites, à un degré de précision allant jusqu'au décamètre.

20 DÉGRADATION DES SOLS (suite) Carte de l épaisseur de sol obtenue à partir de mesures sismiques (gauche) ; carte de l épaisseur de sol obtenue par sondage pénétrométrique et servant de validation (droit) Les performances du système d'acquisition ainsi élaboré ont ensuite été testées dans deux contextes différents, au Luxembourg et en Italie, en parallèle de campagnes d'échantillonnage visant à mieux calibrer et valider les mesures. L'outil a démontré sa capacité à produire des cartes haute-résolution d'épaisseur de sol, d'humidité, de densité massique, de stock de carbone autant de paramètres indispensables à l'élaboration future de modèles prédictifs d'évolution des sols. Si l'étape prototype n'a pas été franchie, un cahier des charges complet de la plateforme multicapteurs (types d'outils, spécifications techniques, méthodes d'interprétation des données, production de cartes ) a déjà été réalisé, ainsi qu'une analyse technico-économique du projet, attestant sa viabilité. Contact : Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012 Tél. : / Fax :

21 RISQUES SISMIQUES Des outils pour évaluer l'endommagement des bâtiments en cas de séisme Dans le cadre de deux projets ANR l'associant à la société NECS, le BRGM a mis au point de nouveaux outils d'évaluation de la vulnérabilité sismique du bâti. Parmi les leaders européens de l'évaluation des risques naturels, le BRGM a mené sur puis deux projets de recherche collaborative dédiés à une même problématique : la vulnérabilité du bâti en cas de séisme. Conduits avec la société NECS, spécialisée dans le développement de modèles numériques de comportement des bâtiments, ces projets ont porté respectivement sur l'évaluation de l'endommagement des constructions en béton armé (projet Veda) et en maçonnerie (Evsim), le mode et les matériaux de construction ayant en effet une forte influence sur la réponse des bâtiments aux agressions sismiques. Mieux caractériser la vulnérabilité des bâtiments pour mieux anticiper les conséquences d'une nouvelle catastrophe (ici séisme de l'aquila - Italie, avril 2009) Deux paramètres au lieu d'un Une même démarche a présidé aux recherches des deux projets, avec un même objectif : améliorer les méthodes d'évaluation de la vulnérabilité des constructions vis-à-vis des séismes, afin d'évaluer le risque de manière plus fiable. Les nouveaux outils mis au point intègrent désormais deux paramètres pour relier le niveau d'aléa sismique et le niveau d'endommagement engendré. Ainsi, alors que seul un paramètre (accélération maximale, déplacement maximum ) était jusqu'alors retenu par les modèles pour représenter le mouvement séismique et établir une courbe de fragilité du bâti, les nouveaux modèles prennent en compte par exemple l'accélération au sol ET la durée du phénomène, ce qui permet de définir une surface de fragilité beaucoup plus pertinente pour évaluer les dommages en fonction du séisme. Les essais en laboratoire et des confrontations avec des observations post-sismiques se poursuivent, avant une mise à disposition prochaine des modèles informatiques et de la méthodologie complète qui fournira, par type de construction, le couple de paramètres de mouvement le plus pertinent pour évaluer la probabilité des dommages et ainsi mieux anticiper les conséquences des séismes Contact : Tél. : / Fax : Rédaction : Jean-Louis Derenne / - Octobre 2012

22 RECYCLAGE DES BÉTONS COFRAGE, une nouvelle technologie de fragmentation LE PROJET DE RECHERCHE Deux nouvelles méthodes de fragmentation LES RESULTATS OBTENUS Validation en laboratoire, avant un test en grandeur réelle Granulats triés L objectif est d optimiser le recyclage des bétons par une libération sélective de leurs constituants, ciments et granulats. PROJET ANR Ecotech visant deux objectifs : Libérer sélectivement les constituants des bétons (granulats et ciments) au moyen de technologies de fragmentation sélective. Permettre l'utilisation des granulats obtenus dans la formulation de bétons de bonne qualité, et de la pâte de ciment dans la fabrication de clinker (ciment artificiel). Résultats de laboratoire très encourageants : Amélioration de la recyclabilité des bétons permettant de fournir des matériaux de meilleure qualité, substituables à des ressources naturelles. Décalage de la chaîne vers le haut, des déchets aujourd'hui mis en décharge étant susceptibles de se substituer aux bétons recyclés par concassage. Valorisation des fines dans la filière cimentière, qu'aucun procédé n'avait jusqu'alors envisagée LE CONTEXTE ET LES ENJEUX Des méthodes actuelles peu satisfaisantes Prochaine étape : la mise en place d'un pilote industriel Nécessité d'augmenter la part du recyclage des bétons dans la consommation française de granulats (400 à 500 kilos par an et par habitant aujourd'hui, pour une consommation de 7 tonnes) Techniques actuelles de valorisation par concassage produisant des bétons peu qualitatifs, seulement utilisables dans les graves routières ou en incorporation dans des bétons de faible qualité. Four micro-onde expérimental Mise au point de deux technologies de fragilisation et de fragmentation par : Chauffage par micro-ondes : en se vaporisant, l'eau présente dans les bétons exerce des contraintes mécaniques facilitant le processus de séparation. Fragmentation électrique : les différences de conductivité électrique entre les matériaux génèrent des fractures aux interfaces. Les partenaires du BRGM Université de Bordeaux, IMS, ENSIAT, Picheta, Colas, Selfrag Contact : Tél. : / Fax : Octobre 2013

23 ÉCHANTILLONNAGE PASSIF POCIS, un outil pour traquer les polluants émergents L objectif : mettre en évidence la présence de polluants polaires dans les eaux, et notamment de substances émergentes, même à de très faibles concentrations. LE CONTEXTE ET LES ENJEUX La surveillance in situ des ressources en eau POCIS, pour Polar Organic Chemical Integrative Samplers Echantillonneurs passifs implantés in situ (dans la rivière ou à différents niveaux d'un piézomètre) sur une période variable (10 jours, 15 jours). Dotés d'une membrane protégeant une phase qui absorbe et accumule les composés présents dans l'eau (de surface ou souterraine). Polluants ciblés : les composés polaires (ayant une affinité avec l'eau et qui se répandent par ce vecteur) en particulier les phytosanitaires et les polluants émergents (molécules pharmaceutiques ). Exposition des échantillonneurs en eaux de surface (Essai Inter laboratoire AQUAREF 2011) de fiabilité (et les limites) de ces échantillonneurs (ORIGAMI) Travaux de calibration et de validation réalisés en laboratoire et sur différents sites. Déploiements et validation dans différents contextes : en eaux de surface en Guyane, sur la Vilaine et la rivière Loiret en eaux souterraines sur l'ariège et dans l'hérault (projet sur deux ans, en cours) Le pic de pollution non détecté par analyse classique, est enregistré sur le POCIS ng/l Metolachlore Echantillonnage ponctuel Echantillonnage POCIS Exemple d application POCIS eau souterraine Prochaines étapes : Amélioration attendues sur le plan quantitatif : nouvelles études à conduire pour affiner les analyses à partir des cumuls de polluants enregistrés sur la durée d'implantation du POCIS. Développement de phases spécifiques pour élargir la gamme des composés recherchés. Action avec le ministère de l'écologie, du développement durable et de l'énergie sur le rôle des échantillon neurs passifs dans la mise en œuvre des contraintes réglementaires dictées par la Directive cadre européenne sur l'eau (consortium AQUAREF). Contact : Octobre 2013 Avantages : Souplesse d'utilisation. Coûts induits inférieurs à l'échantillonnage manuel. Echantillonnage de substances même à très faible dose. LE PROJET DE RECHERCHE La validation des performances des échantillonneurs POCIS PROJET ANR visant à mesurer le niveau LES RESULTATS OBTENUS Des résultats très satisfaisants sur plan qualitatif : Sur des milieux déjà connus, informations produites plus complètes que les analyses classiques. Dans d'autres milieux, mise en évidence de polluants à très faible concentration, validant le caractère d'alerte de l'outil face à une pollution. Tél. : / Fax :

24 POLLUTIONS MÉTALLIQUES pxrf, un outil de diagnostic, in situ, des sites et sols pollués Analyse directe d'un sol à l'aide du pxrf. Objectif : acquérir une meilleure connaissance de l'étendue, du type et des niveaux de pollution d'un site (ou de sédiments) pollué(s) par des métaux, au moyen d'un spectromètre portable à fluorescence X LE CONTEXTE ET LES ENJEUX Un outil léger, maniable et polyvalent Pistolet muni d'un tube rayons X, d'un détecteur et d'un système de traitement. Léger, maniable et produisant de l'information en temps réel à partir d'échantillons prélevés directement dans le milieu. Capacité de détection du mg/kg à quelques % selon les éléments. Adapté à un ensemble de substances inorganiques : arsenic, mercure, calcium, uranium, cuivre, aluminium, chlore Quelques utilisations possibles : Diagnostic d'un sol pollué et dimensionnement de l'ampleur d'une pollution, préalablement à des analyses de laboratoire. Suivi d'un site réhabilité et des effets de la dépollution. Délimitation d'une zone à excaver Applications minières : tri des minerais en fonction des concentrations. LE PROJET DE RECHERCHE L'amélioration des performances du pxrf Projet européen INTERREG. Principal objectif : Améliorer la précision des mesures du pxrf pour se rapprocher des niveaux de performance du laboratoire. Clé identifiée : Une préparation adaptée des échantillons, afin de diminuer les effets de l'humidité, de la granulométrie et de la surface. LES RESULTATS OBTENUS Un kit de préparation d'échantillons et une méthodologie de mesure Développement d'un kit d'outillage (sous forme de mallette) destiné à la préparation des échantillons : prélèvement, tamisage, broyage Développement d'une méthodologie spécifique de l'utilisation du spectromètre et rédaction d'un guide méthodologique de mesure Amélioration sensible des performances du pxrf Préparation d'un échantillon (homogénéisé, tamisé, séché, broyé et pastillé) et analyse à l'aide du pxrf attaché au support "blindé" permettant de travailler en toute sécurité au laboratoire Prochaine étape : La normalisation du procédé en France et la recherche de nouveaux partenaires pour le développement, sur le même principe, de l'utilisation des appareils miniatures de spectrométrie infrarouge et Raman pour des applications en minéralogie. Les partenaires du BRGM Thermofisher, Fondis Electronic-Bioritech Contact : Tél. : / Fax : Octobre 2013

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