1

Evaluation du terme source pour l’étude des risques :

pourquoi améliorer la reconnaissance des sites?

Evaluating the pollution stock for risks study : why improve the sites survey ?

Chantal de FouquetChantal de FouquetEcole des mines de Paris Ecole des mines de Paris

géosciences - géostatistiquegéosciences - géostatistiquechantal.de_fouquet @ensmp.frchantal.de_fouquet @ensmp.fr

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Introduction

1. Incertitudes sur les teneursIncertitudes on the grades

2. Incertitudes sur les volumes polluésIncertitudes on the polluted volumes

3. Incertitudes sur les paramètres de l’écoulement

Incertitudes on the flow parameters

Conclusion

3

IntroductionHistoire du site, remaniements, contexte hydrogéologique

► chaque site est particulier► variabilité spatiale, hétérogénéités► incertitudes

teneurs volumes : extension à 3Dimensions

paramètres de l’écoulement

4

Introduction

Prévisions : transfert à la nappe traitement du site

► quantification du terme source► reconnaissance du milieu► estimation des teneurs en place

- krigeage, incertitude associée

- probabilité de dépassement de seuil

► simulations pour l’étude de risque - adapter le modèle à la réalité

- études de sensibilité aux paramètres mal connus

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1. Incertitudes sur les teneursIncertitudes on the grades

Exemple : ancien site pétrochimique

hydrocarbures totauxéchantillonnés sur deux niveaux

resserrement local de l’échantillonnage

6

1 2 3 4

log10 Hydrocarbures

0.00

0.05

0.10

0.15

Frequence

a) 0 500 1000 1500

X (m)

0

500

1000

Y (m)

Implantation des mesures

1 2 3 4 5

log10 HC fond

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20 Fr

eque

nces

0 1 2 3 4

log10 HC surface

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

Freq

uenc

es

0 1 2 3 4 5

log10 HC surface

0

1

2

3

4

5

log1

0 HC

fon

d

Relation entre teneur et profondeur

Teneurs dans les sols d’un ancien site pétrochimique

7

Estimation des teneurs pour des blocs de 25mx25m

Krigeage

0 500 1000 1500

X (m)

0

500

1000

Y (m

)

>=20001000750500250<100

0 500 1000 1500

X (m)

0

500

1000 Y (m)

>=450400350300250<200

Ecart-type de krigeage

unité : ppm

8

Estimation des teneurs pour des blocs de 25m x 25m

Krigeage

0 500 1000 1500

X (m)

0

500

1000

Y (m

)

>=20001000750500250<100

0 500 1000 1500

X (m)

0

500

1000 Y (m)

>=450400350300250<200

Ecart-type de krigeage

0 500 1000 1500

X (m)

0

500

1000

Y (m)

unité : ppm

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2. Incertitudes sur les volumes Incertitudes on the volumes

Friche de cokerie, reconnue par plusieurs campagnes successives

profondeur : 2m puis 4m

Puis prospection du site à la pelle mécanique (programme de recherche du ministère de l’environnement)

profondeur investiguée : jusqu’à 6m

10

Deux coupes verticales

Thiry et al., 2000

0 m

3 m

5 m sable, béton, laitier

grossier à briques réfractaires

matériaux concassés

laitier avec structures de verse

limons argileux

gravier imprégné de bitume nappe

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Observations lors de la prospection

Dans quelques fosses, les travaux à la pelle mécanique ont atteint les alluvions.

Baignant dans la nappe, elles sont imprégnées par des goudrons sur environ 1 m d'épaisseur.

La moitié Est de la friche est remblayée sur 2 à 4 m par des laitiers qui n'ont pu être traversés.

Des sondages seraient nécessaires pour mesurer l’épaisseur de ces remblais.

Thiry et al, 2000.

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Relation entre la teneur en plomb et la profondeur

47600 47800

Plomb

14300

14500

0 1 2 3 4

profondeur echantillon

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Pb

0 1 2 3 4 5 6

profondeur echantillon

0.00

0.05

0.10

0.15

1ère campagne 2ème campagne

13

Relation entre la teneur en HAP et la profondeur

Isatis

47500

47500

47600

47600

47700

47700

47800

47800

47900

47900

14100 14100

14200 14200

14300 14300

14400 14400

14500 14500

14600 14600

logHAP(donnees totales)

fosses 91-93 fosses 95 autres

log HAP

profondeur

14

Extension verticale de la pollution

quel critère d’arrêt de la reconnaissance en profondeur lors de l’échantillonnage ?

le volume des sols pollués et le tonnage de la pollution en place restent inaccessibles lorsque l’extension verticale de la pollution n’est pas reconnue

- dimensionnement de la dépollution ?- quantification du terme source pour

l’étude du transfert à la nappe

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3. Incertitudes sur les paramètres de l’écoulement

Incertitudes on the flow parameters

Prévoir -l’extension d’un panache de pollution-le temps d’arrivée de la pollution à la nappe, à un captage, à un cours d’eau

Modélisation numérique de l’écoulement

Paramétrage : perméabilité, porosité,teneur en eau à saturation...

16

Les simulations géostatistiques pour reproduire la variabilité spatiale du

milieu

Marco De Lucia, et al. 2007

17

Example : radioactive marker flow

Context : transport in the unsaturated zone

Purpose : uncertainties amplitude, through a fixed model, due to the hydrodynamic parameters spatial variability.

S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP

18

Methodology

-pedological pit for the porosity

-infiltrometry for Ks, VG parameters and n

-effective pluviometry

Model fitting

geostatistics

5m

2m

Sampling surveys from a soil of a real site:

Flow and transport simulationswith stochastics fields

Uncertainties amplitude(velocities, flux)

Small domain

S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP

19

Model fitting: the boundary conditions

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0 5 10 15 20

number of months

effe

ctiv

e p

luvi

om

etry

flu

x (m

/mo

nth

)

Unsaturated zone

Saturated zone

15 m

5 m

Modelled zone

2D unsaturated medium

Succion = 0 imposed condition

Zero-flux were imposed on the lateral boundaries of the domain.

time serie of monthly

effective rainfall

S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP

observation

20S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP

Simulation 1

Simulation 2

Concentration (mol.m-2)

Homogeneous

A non reactive water (H3) tracer injected to a few cm of surface

After 3 months

Preferential pathways on the simulations

Software ESTEL 2D (EDF R&D)

Simulations results: uncertainty on the plume

21

Résultats de simulations – Modèle fixé

Flux de 3H traversant la section située à z = 0.5 m (soit 50 cm au-dessus de la nappe)

30 simulations Intervalle d’incertitude

Pluies variables dans le temps flux/vitesse, équivalent à une concentration

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

0.018

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

nombre de mois

Flu

x

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

0.018

0 5 10 15 20

nombre de mois

Flu

x

moyenne

minimum

maximum

homogène

S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP

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Flux/vitesse de 3H traversant la section située à z = 0.5 m (soit 50 cm au-dessus de la nappe)

Biais entre le milieu homogène et la moyenne des simulation Incertitude sur la date d’arrivée du panache dans la nappe (2ème ou 3ème mois).

Résultats de simulations – Modèle fixé

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

nombre de mois

Flu

x/v

ite

ss

e

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0 5 10 15 20

nombre de mois

Flu

x/vi

tess

e moyenne

minimum

maximum

homogène

S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP

23

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0 5 10 15 20

nombre de mois

Flu

x /

vite

sse

modèle moyen

modèle à simulationsindépendantes

homogène à moyennearithmétique

modèle à faible variance

homogène à moyennegéométrique

modèle à faible portée

à « tirage » fixé, influence du modèle sur la date d’arrivée et la durée de passage du panache sa concentration

Incertitudes sur le modèle : étude de sensibilité

S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP

24

Conclusion Reconnaissance des sites

et étude exploratoire des données sont nécessaires

- échantillonnage systématique - extension verticale des pollutions mesures géophysiques, mesures rapides sur site

- cartographie & précision de l’estimation

- précision est-elle suffisante pour une dépollution sélective

ou pour le suivi du traitement sur site

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Risque de transfert à la nappe

Incertitudes sur

• le terme source : teneurs, volume• l’écoulement et sa modélisation

- conditions aux limites- lois reliant certains paramètres : porosité,

perméabilité

améliorer la connaissance de certains mécanismes

- variabilité spatiale de ces paramètres

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Bibliographie

de Fouquet C., Prechtel A., Setier J. C. 2004. Estimation de la teneur en hydrocarbures totaux du sol d’un ancien site pétrochimiques : étude méthodologique. Oil&Gas Science and Technology- Rev. IFP, 59(3) 275-295

Mazuel S., de Fouquet C., Chilès J.-P., Goblet P., Krimissa M. 2006. geostatistical modelling for the quantification of uncertainties on the unsaturated zone and the groundwater transfer. Groundwater hydraulics in complex environments. IAHR, Toulouse.

de Fouquet C. 2006. La modélisation géostatistique des milieux anthropisés. Habilitation à diriger des recherches. Mémoire des Sciences de la Terre n° 2006-13. Université Pierre-et-Marie Curie, Académie de Paris