Devenir environnemental des résidus de propulsif aux positions de tir anti-char à travers la zone non saturée.

Bellavance-Godin, Aurélie (2009). Devenir environnemental des résidus de propulsif aux positions de tir anti-char à travers la zone non saturée. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 148 p.

Prévisualisation

PDF Télécharger (4MB) | Prévisualisation

Résumé

L'objectif principal de ce projet était l’étude du devenir environnemental des résidus de propulsif dissouts dans l’eau d’infiltration à travers la zone non saturée à l’aide de colonnes expérimentales d’échelle intermédiaire. L'étude vise à caractériser les impacts des activités militaires plus précisément aux positions de tir antichar. Le type de munitions utilisé lors des tirs antichar comprend la roquette à l’épaule de type M72 66mm ou 84 mm Karl Gustav, contenant un propulsif de type double base composé de 54,6% de nitrocellulose (NC), 35,5% de nitroglycérine (NG) et de 7,8% de perchlorate de potassium. Le processus de combustion lors des tirs est incomplet et entraîne le dépôt et l'accumulation de résidus de propulsif à la surface des sols (14% de la masse initiale pour chaque Karl Gustav et 0,2% pour chaque M72 tirées). Les composés étudiés sont la NG et de ses produits de dégradation (1,2-dinitroglycérine, 1,3-dinitroglycérine, 1- mononitroglycérine, 2-mononitroglycérine, nitrites, nitrates) et le perchlorate. Une méthode analytique consistant en une extraction en phase solide (solid phase extraction ou SPE) couplée à une analyse au HPLC-UV a été développée afin de détecter la NG et ses produits de dégradation à des concentrations traces dans l’eau. Les sols derrière deux positions tirs à la Garnison de Valcartier, Québec, et à la Base des Forces canadiennes (BFC) de Petawawa, en Ontario ont été échantillonnés. Les concentrations initiales de NG et de perchlorate dans les sols de surface sont de 3145 mg/kg et 3,52 µg/kg à Gagetown et 5652 mg/kg et 53,5 µg/kg à Petawawa. Les concentrations initiales de nitrites et nitrates sont de 307 mg/kg et 296 mg/kg à Gagetown et 483 mg/kg et 634 mg/kg à Petawawa. Les sols contaminés aux résidus de propulsif de Gagetown et de Petawawa ont été répartis sur la surface de quatre colonnes contenant des sols non contaminés provenant de Valcartier et de Petawawa. Les deux sols non contaminés sont des sables ayant une fraction négligeable de silt et d'argile, une faible capacité d'échange cationique (CEC) et une faible teneur en carbone organique total (COT). Le sable provenant de Valcartier est plus grossier que le sable provenant de Petawawa. Les sols ont été arrosés suivant la recharge calculée à leur site respectif pour deux années (deux printemps et deux auutomnes). L'eau interstitielle a été échantillonnée au bas des colonnes afin d'évaluer les concentrations de contaminant ayant transitées à travers la zone non saturée. Le pourcentage de récupération des différents composés a été évalué et est défini par la masse totale du composé dans l’effluent comparé à la masse initiale contenue dans les résidus de propulsif à la surface des colonnes. Pour Valcartier, une importante concentration de nitrates a été détectée au début de l'expérience et atteint un maximum de 128 mg/L. La limite maximale permise pour l’eau potable (maximal concentration limit ou MCL) est de 45 mg/L. Le pourcentage de récupération des nitrates pour les colonnes de Valcartier a été d'environ 130% indiquant une légère production, possiblement provenant de l’oxydation des nitrites. Les concentrations en nitrites pour les colonnes de Valcartier ont également un maximum au début de l'expérience de 45 mg/L (MCL = 3,2 mg/L). Le pourcentage de récupération a été d'environ 60%, en raison de l'oxydation rapide des nitrites en nitrates dans la zone non saturée. Les concentrations en NG, DNG et MNG pour les colonnes de Valcartier ont présenté un maximum à un volume de pores de transport, signifiant que la NG et ses métabolites dissouts sont transportés à la même vitesse que l’eau est sont non adsorbés par la matrice de sol. Les maxima successifs pourraient être expliqués par une dissolution graduelle de la NG provenant de la matrice de nitrocellulose. Les concentrations en NG ont atteint un maximum de 174 mg/L (MCL = 0,28 mg/L). Le faible pourcentage de récupération de la NG (environ 12%) est expliqué par la dégradation de la NG dans l’effluent à travers la zone non saturée. Pour Petawawa, la concentration en perchlorate dans l’effluent a été suivie. La concentration maximale de 14 mg/L détectée dans l’effluent a été observée à un volume de pores de transport, signifiant que ce composé n’est pas retardé ou adsorbé dans la matrice de sol. La MCL est de 6 mg/L. Le pourcentage de récupération des perchlorates a été de 95%. Les concentrations en nitrates ont été observées à la fin du premier printemps et ont atteint un maximum de 111 mg/L sans retard comparé aux perchlorates, ce qui signifie que les nitrates ne sont pas adsorbés sur la matrice de sol. Ensuite, une phase importante de production de nitrates a été observée avec un maximum de 102 mg/L au second printemps. Le pourcentage de récupération des nitrates pour les colonnes de Petawawa a été de plus de 600%, indiquant une importante production de nitrate, de six fois la masse initiale dans les résidus. La production de nitrates peut être reliée à son relâchement de la nitrocellulose et a l’oxydation des nitrites. En fait, aucuns nitrites n’ont été observés dans l’effluent a cause de leur oxydation dans les sols des colonnes de Petawawa avec un temps de résidence plus long que dans les sols des colonnes de Valcartier. Finalement, aucune concentration n’a été détectée en NG, DNG et MNG pour les colonnes de Petawawa. L’eau souterraine contenue dans la zone non saturée sous les positions de tir anti-char peut être contaminée par de la NG, ses métabolites, du nitrite, du nitrate et du perchlorate dissouts. Toutefois, dans la zone saturée, la concentration de ces contaminants est diluée dans le volume d’eau souterraine.

The main goal of this paper is to study the fate of propellant residues on large soil columns. The study is aimed at characterizing the impact on soil and groundwater of military activities related to antitank firing position. The type of ammunition used at the antitank ranges is the M72 66mm and 84 mm Karl Gustav shoulder rocket, containing a double base propellant comprising 54.6% of nitrocellulose (NC), 35.5% of nitroglycerin (NG) and 7.8% of potassium perchlorate. The combustion processes in the rockets when fired is incomplete, and resulted in the deposition and accumulation of propellant residues at the soil surface (14% of initial mass in each Karl Gustav and 0.2% in each M72 fired). The compounds of interest were NG and its metabolites (1,2- dinitroglycerine, 1,3-dinitroglycerine, 1-mononitroglycerine, 2-mononitroglycerine, nitrites, nitrates) and perchlorate. A solid phase phase extraction method coupled with HPLC-UV analysis was developed to monitor both NG and its degradation products at a trace level in water samples. The soil behind 2 firing position at CFB Gagetown, New- Brunswick and CFB Petawawa, Ontario were sampled. Initial concentrations of NG and perchlorate in the surface soil were 3145 mg/kg and 3.52 µg/kg at Gagetown and 5652 mg/kg and 53.5 µg/kg at Petawawa. Nitrite and nitrate initial concentrations were 307 mg/kg and 296/mg/kg at Gagetown and 483 mg/kg and 634 mg/kg at Petawawa. The soils containing propellant residues from Gagetown and Petawawa were spreaded on the surface of four columns containing uncontaminated soils from CFB Valcartier and CFB Petawawa. Both soils consisted of sand with negligible silt and clay fractions, low cation exchange capacity (CEC) and negligible total organic carbon content (TOC). The Valcartier sand is coarser than the Petawawa sand. Those soils were watered following the recharge patterns of their respective location for two years (two springs and two falls). Effluent of the columns was sampled in order to evaluate the contaminants transport through the unsaturated zone. Percentage of recovery of chemicals was evaluated and defined as the total mass of the chemical in the effluent to the initial mass in the propellant residues at the surface of the column. For Valcartier, a significant nitrate concentration at the beginning of the experiment shown up in the effluent and reached a maximum of 128 mg/L. The MCL is 45 mg/L. Percentage of recovery of nitrates for Valcartier was around 130% indicating a slight production from, possibly, nitrites oxidation. The nitrite concentration in the effluent has shown a significant wash out at the beginning of experiment and has reached a maximum of 45 mg/L. The MCL is 3.2 mg/L. Percentage of recovery of nitrites for Valcartier was around 60%, because of nitrite oxidation into nitrate. The NG, DNG and MNG concentrations in the effluent have presented a peak of concentration at one pore volume, meaning that dissolved NG and its metabolites is transported at the same velocity of water and not absorbed to the soil matrix. The following successive peaks of NG could be explained by its release from the nitrocellulose matrix during dissolution events. NG concentrations have reached a maximum of 174 mg/L. The MCL is 0.28 mg/L. The low percentage of recovery of NG (around 12%), is explained by NG degradation in the effluent along the flow path. For Petawawa, perchlorate concentrations in the columns effluent were followed The maximum concentration of 14 µg/L was observed at one transport pore volume meaning that this compound is not retarded or adsorbed onto soil matrix. The maximum concentration limit (MCL) is 6 µg/L. Percentage of recovery for perchlorates is 95%. Nitrate concentrations in the effluent was observed at the end of the first spring infiltration period and have reached a maximum of 111 mg/L with no delay compare to perchlorate meaning the nitrate is not absorb onto the soil matrix. Then, an important phase of nitrate production was observed with a maximum of 102 mg/L at the second spring. Percentage of recovery of nitrates was more than 600% indicating an important nitrate production of six times its initial mass on top of the sand column. Production of nitrate may be related to its release from the nitrocellulose and from transformation of nitrite into nitrate. In fact, no nitrite was observed in the column effluent because of is oxidation in the Petawawa soil column with longer residence time than Valcartier soil column. No concentrations of NG, DNG and MNG were detected in the effluent of the Petawawa column. Groundwater in the unsaturated zone under antitank firing position may be contaminated by dissolved NG, NG metabolites, nitrite, nitrate and perchlorate However, in the saturated zone the concentration of these pollutant are diluted by the flowing groundwater.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Martel, Richard
Mots-clés libres:	résidus; matériaux énergétiques; propulsifs; tir antichar; eau souterraine, eau surface; sol; extraction; analyse; nitroglycérine; roquette; M72 66mm; 84 mm Karl Gustav
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	04 juin 2013 19:44
Dernière modification:	18 mai 2023 13:53
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/1374

Gestion Actions (Identification requise)

Modifier la notice