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Conception par modélisation numérique d'un essai de restauration in situ à l'aide de solutions tensioactives sur des sols contaminés aux BPC.

Roy, Annie (1998). Conception par modélisation numérique d'un essai de restauration in situ à l'aide de solutions tensioactives sur des sols contaminés aux BPC. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 161 p.

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Résumé

La compagnie Domtar possède une usine de produits chimiques en Ontario datant du début du siècle. L'utilisation de biphényles polychlorés (BPC) à l'usine a occasionné une contamination des sols et de l'eau souterraine principalement sous des bâtiments. En 1995, la compagnie a pris des mesures pour restaurer les sols et l'eau souterraine sur la propriété en ayant pour contraintes la préservation des bâtiments en place ainsi que le maintien des activités de production. La méthode de restauration retenue est une technique in situ appelée communément lavage de sol, développée par l'université Laval de 1993 à 1997 (Martel, R. et al.). Elle consiste en l'injection de produits tensioactifs dans un aquifère afin de solubiliser les contaminants qui sont ensuite récupérés par pompage. Cette technique est basée sur les principes utilisés dans le domaine du génie pétrolier. Le projet "Domtar" a nécessité la participation d'une dizaine de chercheurs de l'Institut national de la recherche scientifique et de l'Université Laval. Ma contribution au projet a consisté à: 1. coordonner les travaux préparatoires à l'essai pilote de restauration, 2. réaliser la caractérisation exhaustive du site, 3. faire la conception de l'essai pilote et 4. participer à l'essai pilote et à certains travaux de laboratoire. Étant donné l'ampleur des travaux effectués, le présent ouvrage ne porte que sur le volet de la conception de l'essai pilote. Les informations concernant les autres travaux de terrain se trouvent dans un rapport distinct (Roy, 1997). L'outil retenu pour la conception de l'essai pilote est la modélisation numérique, à l'aide du logiciel MODFLOW© (McDonnald et Harbaugh, 1988; Prudic, 1989). Préalablement à la conception de l'essai pilote, l'écoulement de l'eau souterraine à l'échelle de la propriété a été déterminé par modélisation numérique. Le modèle d'écoulement à l'échelle de la propriété a été monté et calibré en deux mois et demi. La conception de l'essai a ensuite été réalisée, à partir de ce modèle d'écoulement, selon les séquences typiques d'une restauration par lavage de sol: 1. le prélavage à l'eau, 2. l'injection de polymères et de solutions tensioactives de viscosités variables permettant la solubilisation des contaminants et 3. le rinçage à l'eau (Martel, R. et al., 1993, 1996, 1997). L'essai pilote prévoyait la restauration d'une parcelle d'aquifère de 1 m3 et d'une superficie de 1 m² selon un patron carré composé d'un puits d'injection central et de quatre puits de pompage périphériques. À ce patron s'ajoutent deux puits d'appoint en aval hydrogéologique installés pour intercepter les fuites potentielles des liquides. La difficulté majeure de la conception de l'essai pilote était la modélisation de l'injection de liquides de viscosités différentes de celle l'eau. Pour ce faire, la conductivité hydraulique (K) du modèle a été modifiée dans la parcelle à décontaminer selon la formule générale: K= kρg/ µ qui permet de tenir compte de la viscosité des fluides. En laboratoire, il a été déterminé que la densité des polymères et des solutions tensioactives était à peu près identique à celle de l'eau alors que leur viscosité pouvait être de 3 à 10 fois plus élevée. Chacune des séquences de lavage a donc été modélisée en tenant compte des différentes viscosités pour obtenir les débits, les temps et les volumes d'injection ainsi que les volumes de liquides pompés. Par la suite, j'ai participé au montage de l'essai pilote qui a été réalisé par l'équipe de recherche durant les mois d'avril et de mai 1997. La modélisation numérique s'est avérée très utile pour faire la conception de l'essai pilote et s'est révélée particulièrement pertinente pendant sa réalisation. En effet, en cours d'essai sur le terrain, il a fallu faire une nouvelle modélisation d'une des séquences de lavage parce qu'un des puits de pompage périphériques ne fonctionnait pas tel que prévu. La modélisation numérique a donc aussi démontré sa grande utilité et sa souplesse à s'ajuster à des conditions hydrauliques changeantes durant la réalisation de l'essai pilote. À la fin de l'essai, le bilan hydraulique a été examiné, à partir des résultats disponibles alors, afin d'avoir une idée de l'efficacité de la modélisation numérique comme outil de conception. Selon ce bilan, il appert que les débits et les temps d'injection prévus par modélisation numérique concordent en général assez bien avec les valeurs obtenues sur le terrain, particulièrement jusqu'à la l'injection de liquides de viscosités supérieures à celle de l'eau. Cependant, les volumes théoriques de liquides pompés s'avèrent nettement supérieurs aux volumes réellement pompés sur le terrain. Malgré les écarts entre les résultats de la modélisation et de l'essai de terrain, le modèle numérique semble performant pour établir l'écoulement et le bilan hydraulique lors des séquences de lavage avec de l'eau ou avec des liquides montrant une faible différence de viscosité jusqu'à 3 fois). Lorsque la viscosité est supérieure de façon appréciable à celle de l'eau, le bilan hydraulique est moins probant. En conclusion, le modèle numérique utilisé a été un bon outil pour la conception de l'essai pilote de restauration. Même si le bilan hydraulique n'est pas concluant sur le plan de l'estimation des volumes, le modèle numérique a été d'une grande utilité pour planifier l'essai et choisir les équipements appropriés. Il s'agit là d'un atout indéniable puisque sans la modélisation numérique, les paramètres de conception doivent en général être déterminés de façon empirique.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Lefebvre, René
Co-directeurs de mémoire/thèse: Martel, Richard
Mots-clés libres: modélisation numérique; essai de restauration; sol; décontamination; BPC; pollution; biphenyle; polychlore; hydrogéologie; stratigraphie
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 11 févr. 2014 16:07
Dernière modification: 16 mars 2016 15:23
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1958

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