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.
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: |
Thèse
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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