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Détermination des propriétés de transport du TNT dans les sols et les eaux souterraines en relation avec la démonstration de l'atténuation naturelle, à un site de production d'explosifs.

Hains, Sylvain (2002). Détermination des propriétés de transport du TNT dans les sols et les eaux souterraines en relation avec la démonstration de l'atténuation naturelle, à un site de production d'explosifs. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 423 p.

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Résumé

Depuis la fin de la guerre froide dans les années 1960, les efforts de démilitarisation et de désarmement à l'échelle mondiale ont causé l'abandon de nombreuses installations militaires ainsi qu'une baisse de production importante de la fabrication de différents explosifs. Dans un effort de revalorisation de certains de ces anciens sites, quelques effets néfastes de leur utilisation antérieure ont été mis à jour. Ainsi, l'eau souterraine, les sols et les sédiments de plusieurs sites de production d'explosifs se sont révélés contaminés par une gamme de composés organiques de la famille des nitroaromatiques. En fait, aux États-Unis seulement, quelque 11 000 sites ont été répertoriés comme étant fortement contaminés par des composés nitroaromatiques. La prise de conscience de ce problème d'actualité a lancé une vague de recherche multidisciplinaire afin d'implanter un système de gestion adapté à ce nouveau défi environnemental. Ainsi, un partenariat formé d'entreprises et de centres de recherche oeuvrant dans le domaine de l'environnement au Québec a débuté en juillet 1999. Ce partenariat a donné jour à un projet de recherche, de développement et de démonstration technologique portant sur la gestion des sites contaminés par des produits énergétiques (nitroaromatiques) supporté par le «Volet environnement du fonds des priorités gouvernementales en science et en technologie (FPGST-E)» du Ministère de l'Environnement et de la Faune et du Ministère de I'Industrie, du Commerce, de la Science et de la Technologie. Le projet regroupe un partenaire de l'industrie privée, des consultants spécialisés dans le domaine de l'environnement (Biogénie et Technorem) et des groupes de recherche (l'Université Laval, l'Institut national de la recherche scientifique (INRS-géoressources), l'Institut de recherche en biotechnologie du CNRC (IRB) et le Centre de recherche de la défense de Valcartier (CRDV)). Le développement de I'hydrogéologie et de la microbiologie environnementale au cours des dernières années permet aujourd'hui de définir avec plus de précision les propriétés de transport et le comportement d'un contaminant dans l'environnement. La compréhension des intenelations entre les processus chimiques, physiques et biologiques a conduit les scientifiques à prendre conscience que la nature possédait le pouvoir de se régénérer lorsque certains composés récalcitrants étaient libérés dans l'environnement. Dans le contexte actuel où la préservation de l'environnement et la restauration des conditions naturelles sont constamment confrontées aux coûts qui leurs sont associés, l'approfondissement de ce pouvoir de régénération que la nature possède est devenu une perspective économiquement et scientifiquement judicieuse. C'est ainsi qu'origine le concept de l'atténuation naturelle. L'atténuation naturelle est une technique de restauration éprouvée dans le cas des hydrocarbures pétroliers, mais les bases de sa démonstration dans le cas des composés nitroaromatiques sont encore sous investigation. De même, c'est dans ce contexte que s'inscrit ce projet de recherche sur la gestion des sites contaminés par des composés nitroaromatiques. Ce projet de maîtrise visait à élaborer un modèle conceptuel du transport et du devenir du trinitrotoluène à un site de production d'explosifs. Pour ce faire, le projet consistait dans un premier temps à identifier les propriétés de transport du trinitrotoluène. Dans un deuxième temps, le projet visait à implanter un système de surveillance environnemental constitué de puits à niveaux multiples et ainsi à évaluer les propriétés hydrogéologiques et géochimiques du site, en relation avec la démonstration de l'atténuation naturelle. Suite aux travaux de recherche effectués en laboratoire, il est apparut que le trinitrotoluène possède de faibles propriétés d'adsorption, que le facteur retard (R) varie en fonction de la concentration du TNT dans le milieu et que ce composé peut êhe sujet à une transformation biologique plus ou moins rapide dépendant des conditions du milieu. En fait, il a été observé que le TNT est sujet à une transformation biologique, mais que sa minéralisation complète est très difficile. Les travaux de terrain ont démontré la présence d'une source en composés nitroaromatiques à concentration très élevée dans les sols de surface. De plus, ces travaux ont clairement mis en évidence un panache de contamination à extension horizontale restreinte dans les eaux souterraines. Finalement, plusieurs indicateurs d'atténuation ont été observés, mais des travaux supplémentairess ont nécessaires pour statuer sur l'applicabilité de l'atténuation naturelle comme mode de gestion des sites contaminés par des produits énergétiques.

Abstract

Rehabilitation of former military sites challenges scientists with new environmental problems. Water, soils and sediments at most of these sites are contaminated by energetic compounds. 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) is commonly found as the main soil and groundwater contaminant near manufacturing facilities, since it is one of the most used compounds in ammunitions. TNT manufacturing require large quantities of water that were often disposed as wastewater on the ground and in lagoons around manufacturing facilities, thus leading to soil and groundwater contamination. The project objectives are 1) to evaluate natural attenuation as a remedial option for energetic material contaminated sites, 2) to identify site-specific environmental properties of TNT, and 3) to develop a conceptual model of the fate and transport of TNT in soil and groundwater. Soil sampling at the source revealed a high concentration contamination, including 2,4,6-trinitrotoluene, 2,4-dinitrotoluene, 2,6-dinitrotoluene, numerous metabolites of these compounds and manufacturing impurities. The source of contamination is an ancient lagoon later filed with soil. Mass calculations show that more than 1 ton of TNT is still present in soil and it has been there for more than three decades. A monitoring network including multilevel observation wells was set up in the vicinity of the source. The network was used to evaluate the attenuation rates and to predict the future extent of groundwater contamination. Two hydrostratigraphic units are present: a deep fractured lime stone aquifer underlies a shallow aquiclude made of morainic till with a very widespread grain size distribution. Vertical hydraulic gradients are very high, thus the groundwater movement is mainly vertical through the aquiclude. Environmental properties of TNT where determined by laboratory batch tests and column tests to evaluate TNT sorption on soil and its distribution coefficient. A microcosm study identified the biodegradation kinetics of TNT under aerobic condition. The monitoring of geochemical and hydrogeological parameters show that many attenuation mechanisms are active in soil and groundwater at the site. Laboratory tests suggest that dissolved TNT is not very adsorbed, thus the retardation factors of the contaminants are not expected to be important. The microcosm study revealed that TNT is rapidly transformed but is poorly mineralised. Thus an unidentified TNT metabolite may be more recalcitrant than TNT itself and probably accumulates in the environment.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Martel, Richard
Co-directeurs de mémoire/thèse: Lefebvre, René; Gélinas, Pierre
Mots-clés libres: TNT; sols; eaux souterraines; explosifs; trinitrotoluène; modélisation numérique
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 16 nov. 2012 18:15
Dernière modification: 20 nov. 2015 15:46
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/348

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