Recherche et innovation

SoSie - Saturations initiale et résiduelle en NAPL dans la zone de battement

statut du projet | En cours
Détails de la manifestation
Date de début : Janvier 1
Date de fin : Janvier 4
Appel à projets de recherche : Gesipol - Gestion intégrée des sites et sols pollués : aide à la recherche et au développement
Année de l’appel à projets : 2021
Programme de la stratégie de Recherche : Gestion durable des sols, sites pollués et stockage du CO2
Organisme coordinateur : CNRS DR15
Partenaires : BURGEAP
Partenaires : INPT
Partenaires : EAEF
Zone d’implantation
des porteurs du projet :
Auvergne-Rhône-Alpes / Rhone / LYON
Grand-Est / Bas-Rhin / Strasbourg
Nouvelle-Aquitaine / Gironde / Talence
Occitanie / Haute-Garonne / Toulouse

L’objectif du projet est de fournir des données de saturations en NAPL en développant plusieurs méthodologies. Des prélèvements sur des sites pollués sont effectués en suivant des protocoles cryogéniques ou non. Au laboratoire des mesures sont effectuées sur des échantillons naturels ou artificiels ainsi que des visualisations directes dans des micromodèles transparents. Les différentes mesures sont comparées entre elles en s’appuyant sur les données de différents logiciels.

Protocoles de prélèvement/analyses de sols

Deux protocoles de prélèvement d’échantillons de sols ont été développés :

  • Un premier protocole comprend un carottage sous gaine avec un découpage de la carotte de sols puis la mise des sols dans deux flaconnages contenant des solvants d’extraction, l’un pour la fraction volatile et l’autre pour la fraction semi-volatile
  • un second protocole, cryogénique (i.e. fondé sur la congélation des sols par de l’azote liquide), a été développé.

    Les deux protocoles ont ensuite été mis en œuvre sur deux sites de démonstration pollués par des hydrocarbures pétroliers. Les deux protocoles comprennent le carottage de sols sous gaine, son découpage, la mise en flaconnage contenant des solvants d’extraction, le transport et l’analyse en laboratoire.

    Expériences sur micromodèles

    Un micromodèle est un milieu poreux 2D transparent réalisé par photolithographie et moulages successifs de résines dans le but d’obtenir une structure poreuse représentative de la morphologie des milieux naturels. Le milieu est ensuite connecté et piloté par un banc microfluidique permettant d'injecter les fluides (air, eau, NAPL) par contrôle de pression, pour imposer des saturations des différents fluides et des battements de nappe.

    Les différentes expériences qui ont été réalisées ont permis de mettre en évidence le rôle des hétérogénéités sur la répartition des polluants piégés. La simulation de plusieurs battements de nappe a permis de visualiser le piégeage de polluants par « encerclement » d’eau ce qui le rend très difficile à extraire.

    Expériences sur carottes modèles

    Trois types de milieux poreux ont été considérés, un sable calibré de forte perméabilité et deux grès naturels de perméabilité plus faible. Deux dispositifs expérimentaux ont été mis en œuvre, qui diffèrent par le mode d’injection des fluides.

  • Etude du battement de nappe : des cycles drainage/imbibition sont répétés plusieurs fois en mesurant à chaque cycle les valeurs des saturations limites atteintes. Les résultats obtenus montrent que le phénomène d’hystérésis est clairement mis en évidence lors du premier cycle drainage/imbibition quel que soit le milieu poreux considéré (sable ou grès) sans présenter de de changement notable après plusieurs cycles.
  • Relation entre saturation initiale en polluant et saturation résiduelle : les expériences ont mis en évidence une relation non linéaire qui dépend des propriétés pétrophysiques des milieux poreux.

Simulation analytique et numérique

Les travaux de modélisation ont été réalisés selon 2 approches : modélisation analytique (en statique) et modélisation numérique (en dynamique). La mise en œuvre de ces approches est mise en perspective avec les données de terrain collectées selon les protocoles développés lors du projet. L’objectif est une meilleure compréhension des dynamiques de migration de la phase NAPL avec l’évolution du niveau piézométrique et d’évaluer la pertinence des outils de modélisation disponibles pour évaluer le stock de NAPL dans le milieu souterrain et pré-dimensionner un traitement par pompage-écrémage.

 

 

Figure 1 : Mise en œuvre du carottage cryogénique sur le site de démonstration (à gauche) - Exemples de résultats de micromodèle avec injection d'eau dans un milieu hétérogène initialement partiellement saturé en NAPL/eau et suivie de battements de pression (à droite)

 

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