TZW

espace de controle

2.500 m

cDCE / VC

cDCE / VC

PCE PCE / TCE

cDCE

SP1SP2 SP3

N

sens d'écoulement

de la nappe

Figure N° 1 :Carte de Karlsruhe avec panachede pollution COHV et avec larépartition des produits dedégradation des COHV

KMRKMSKMS

PANACHE DE POLLUTION

KMR115

110

105

100

95T E R T I A I R E

115

110

105

100

95

[m+NN]0 500 m

Niveau piézomètrique

Quest-Nord-Ouest Est-Sud-EstSource de

pollution n° 3

Anciennes décharges

sens d'écoulement

de la nappe

Aquifère

Figure N° 2 :Coupe hydrogéologique à traversla nappe phréatique rhénane avecle panache de pollution à COHV

Zone méthanogène

Zone de rèduction fer et manganèse Source de pollution

Zone de rèduction nitrate KMS

Zone aérobie

Sens d’écoulement

de la nappe

niveau

piézomètrique

0

95

1.500 1.000

9072 B2 mm

500 Altitude

T E R T I A I R E

Source de pollution n° 3

Anciennes décharges

Distance [m]

Quest-Nord-Ouest Est-Sud-Est

115

110

105

100

Aquifère

Figure N° 3 :Coupe à travers l'aquifèredémontrant la distribution deszones réductrices dans le panache

Littérature

ADEME (2007) Atténuation naturelle des composés organo-chlorés aliphatiques dans les aquifères. Guideméthodologique. 228 p., Angers

BRADLEY, P.M. (2003) History and ecology of chloroethene biodegradation : A review. Bioremediation Journal7(2): 81 109

KORA: Retention and degradation processes to reduce contaminants in groundwater and soils.-

LABO Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Bodenschutz (2009) Berücksichtigung der natürlichenSchadstoffminderung bei der Altllastenbearbeitung. Positionspapier, www.labo-deutschland.de

MÜLLER, A., SCHÄFER, W., WICKERT, F., TIEHM, A. (2006) Nachweis und Identifikation von NaturalAttenuation Prozessen in einer LCKW-Fahne. Altlastenspektrum, 6, 301 - 309

SCHÄFER, W., WICKERT, F., TIEHM, A. (2007) Modellrechnungen zur Quantifizierung von NA-Prozessen fürden LCKW-Schadensfall in Karlsruhe-Ost/Killisfeld. Grundwasser, 12, 2, 108 - 124

SCHMIDT, K.R., WICKERT, F., HEIDINGER , M., ERTL, S. et TIEHM, A. (2009) Atténuation naturelle dessolvants chlorés identification de la biodégradation anaérobie et aérobie : 2éme rencontres nationales de larecherche sur les sites et sols pollués, octobre 2009, Paris

www.natural-attenuation.de

5. Remerciements

Les résultats présentés ici ont été rendus possibles grâce au ministère de l'éducation et de la recherche allemandsous le code FKZ 02WN0373 02WN0375 dans le cadre du programme KORA (retention and degradationprocesses to reduce contaminants in groundwater and soil).

4. Évaluation

En ce qui concerne l'évaluation du site modèle à Karlsruhe, la surveillance des processus de l'AN n'a pas étéacceptée par les autorités car le comportement stationnaire du panache de pollution n'a pas été prouvé. Latransformation de chlorure de vinyle dans les eaux souterraines en CO2 ou ethène / éthane a été prouvéeseulement au laboratoire et non sur le terrain. L'estimation de l'adéquation des coûts pour les actions dedépollution favorisent les actions conservatoires, comme un traitement classique, et non une surveillance de l'AN.

3. Réglementation

Dans le cadre du projet KORA, les ministères des Landes allemands ont présentés par le « LABO » en 2005 etdéfinitivement en 2009 un document réglementaire décrivant les critères d'acceptation des processus de L'ANdans le cadre de l'étude et de la gestion des sites et sols pollués. L'AN peut être considéré ici comme unealternative ou un accompagnement des méthodes classiques de dépollution comme par exemple le « pompage ettraitement ». Ces critères prennent en compte le traitement de la source de pollution et du panache de pollution,l'identification et la quantification des processus de l'AN ainsi que l'évaluation du panache de pollution avec uneprévision de son évolution future. Pour un approfondissement de la base de connaissance sur les processus del'AN, des investigations supplémentaires sont à réaliser dans le cadre d'un monitoring des eaux souterraines quiaccompagne le diagnostic initial, le diagnostic approfondi et l'étude de dépollution. La réalisation d'unemodélisation de transport et des processus réactifs dans la nappe est obligatoire dans le cadre de cesinvestigations supplémentaires. Les différentes étapes dans la démarche d'identification l'atténuation naturellesont présentées en figure 4.

Une stratégie de l'AN acceptée suppose les conditions suivantes :

Le transfert des polluants de la source de pollution doit être réduite, par exemple par une dépollution activeLes processus de la réduction des polluants doivent être quantifiésLa possibilité d'une transformation complète des polluants doit être prouvéeUn pronostic sur le comportement futur du panache de pollution doit être établi etLe comportement stationnaire ou régressif du panache de pollution doit être prouvéUn risque sanitaire pour tous les cibles doit être exclu au futur.

Une stratégie de l'AN ne sera plus retenue si

des techniques de dépollution capables de parvenir aux seuils de dépollution exigés et sides techniques les plus douces pour atteindre ces seuils sont disponibles et sil'estimation d'un rapport raisonnable entre les dépenses nécessaires et l'objectif de dépollution est prévu.

!

!

!

!

!

!

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!

!

Figure N° 4 :Positionnement et prise en considération del'atténuation naturelle dans le cadre de l'étude dessites et sols pollués d'après LABO,ANS = Atténuation naturelle surveillée

Dépollution l'ANS

Etu

de d

e d

épollu

tion "typ

ique" sa

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n co

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nuatio

n n

atu

relle

(AN

)

Les chargesdes polluants dans le lixiviat et la concentration

des polluants dans les eaux souterrainessont localement limitées et d'une durée

calculable

Pollution des eaux souteraines constatée Banalisable

Dépollution nonnécessaire, éventuellement

des mesures de contrôle

Etude de dépollution

Investigation comme base de décision pour la gestion desmesures indispensables (étude des scénarios ettechnico-économiques, analyse coûts-avantages)

Des indicationssur l'existence des processus de

l'atténuation sont existantessur le site?

Des indicationssur l'existence des processus de

l'atténuation sont existantessur le site?

Investigations des processus d'atténuationnaturelle relatif au site

Investigations des processus d'atténuationnaturelle relatif au site

Les conditionsindispensables pour une stratégie

de l'ANS sont biendéfinies?

Les conditionsindispensables pour une stratégie

de l'ANS sont biendéfinies?

Est-ce qu'une dépollutionest proportionnelle?

Est-cequ'une dépollution dans

des sections estproportionnelle?

Dépollution en combinaisonavec l'ANS

Etude initiale

Etude détailée

Exceptionnellementune dépollution est démesurée

sans étude dedépollution

non

non

oui

non

oui

oui

oui

oui

non

non

non

oui

en rè

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le

non

non

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oui

oui

oui

cas particulier

1 Introduction

Les processus naturels de dégradation microbiologique occupent une place de plus en plus importante en matièrede traitement des sites pollués et de protection de la ressource en eau. L'ensemble de ces processus, contribuantsans intervention humaine à une diminution de l'extension des panaches de pollution et de la concentration enpolluants, est regroupé sous le terme «atténuation naturelle» (AN) (ADEME 2007). Parallèlement à cettedégradation biologique, des processus abiotiques comme la dilution, la sorption et le dégazage contribuentégalement à l'abaissement de la pollution. Cependant, la dégradation microbiologique est le seul procédéprovoquant une perte nette en polluants et une réduction durable de la propagation de la pollution. Concernant laterminologie on distingue entre le processus de l'AN, la surveillance de l'AN, appelée atténuation naturellesurveillée (ANS) et la stimulation de l'atténuation naturelle (ANSti), par exemple dans la cadre d'une dépollutionactive.

Les composés organiques halogénés volatils (COHV) font partie des polluants les plus répandus dans le monde.La dégradation biologique qui a lieu dans la source de pollution et son panache est soumise aux limites spécifiques au site respectif. Celles-ci déterminent le degré de la dégradabilité et les différentes voies possibles debiodégradation (BRADLEY 2003). Concernant les processus de la déchloration des COHV nous référons à lacontribution de SCHMIDT et al. 2009 de ce colloque.

2 Etude modèle

Cette présentation s'occupe des résultats de l'étude modèle d'une pollution par des solvants chlorés àKarlsruhe, Allemagne, explique l'évaluation des données et décrit la réglementation disponible en Allemagnepour évaluer les risques.

Le site de l'étude (1,3 km de largeur et 2,5 km de longueur) se trouve à l'Est de Karlsruhe, sur le versant Est dufossé rhénan. La nappe phréatique principale est composé à cet endroit de sables et graviers du quaternairesupérieur appartenant à la terrasse inférieure du fossé rhénan. Son épaisseur varie entre 15 et 20 m. La base de lanappe est constituée de limons et d'argiles peu perméables datant du tertiaire. On trouve également dans la zoned'étude un ancien système de chenaux fluviatiles et enchâssé dans les sédiments de la basse terrasse. Laformation a été comblée par des sédiments sablo-limoneux comportant une fraction organique (KMS). Lessédiments de ce système de chenaux sont peu perméables et recouvrent l'aquifère principal sur une large part(figure 2). La nappe est le plus souvent captive dans les zones recouvertes par les KMS, mais elle est libre sur lamajorité de l'aire d'étude. Le toit de la nappe se situe entre 2 et 3 m et les variations de son niveau sont de l'ordre de0,5 m. L'épaisseur de l'aquifère a été déterminé entre 12 à 16 m à partir de l'épaisseur de la couche de sables etgraviers et des variations du niveau d'eau. La conductivité hydraulique a été évaluée entre 1,5 x 10 m/s et 3,5 x10 m/s à partir des transmissivités et des diffé rentes épaisseurs de l'aquifère. Enfin, il a été calculé un gradienthydraulique de 0,0009 à partir des hauteurs d'eau mesurées chaque mois pendant l'année 2002 sur 57piézomètres dans le cadre de la modélisation de la nappe phréatique. En prenant une porosité efficace de 0,3, il aété calculé une vitesse moyenne v = 0,4 m/j à 0,9 m/j.

-3

-3

a

Les pollutions de la nappe phréatique et du sol par le Chloréthène sont connues depuis le début des années 80dans les secteurs étudiés, lesquels sont dans leur majorité des zones industrielles. La pollution de l'aquifère pardu Chloréthène a été analysée dans le cadre du projet à l'aide de 40 piézomètres. D'après son extensionhorizontale et verticale, son origine a été attribuée à trois sources de pollution (SP).

Il s'agit chez la première source d'une décharge abandonnée contenant des déchets domestiques et industriels;le polluant principal est le PCE ; la concentration maximale en COHV à la source est de 10.000 µg/L (1996) et lasomme des COHV en aval direct est de 2000 à 3000 µg/L.

A la deuxième source Il existe au moins deux points d'entrée, mais ceux-ci n'ont pas été recherchés en détail; lepolluant principal est le PCE ; la pollution maximale en COHV à la source est de 2.600 µg/L (1999) et la somme desCOHV en aval direct est de 200 à 300 µg/L.

A la troisième source il s'agit d'un site industriel métallurgique abandonné avec deux points d'entrée distincts (unesource en PCE et une autre en TCE) ; la pollution maximale en COHV à la source est de 20.000 µg/L (1996/97) etla somme des COHV en aval direct est de 100 µg/L.

Les trois panaches de pollution s'écoulent dans la direction Ouest Nord-Ouest. Ils sont tout d'abord parallèles,puis se superposent ou plutôt se mélangent dans la direction de propagation. Ces panaches de COHV ont unelongueur minimale de 2,5 km (figure 1). Dans le panache de pollution les COHV s'étendent jusqu'à la base de lanappe phréatique (figue 2). Une diminution sensible de la teneur en COHV et la présence de métabolites chloréscomme le TCE et le cDCE y ont été observées. Ce phénomène est la conséquence de la dégradationmicrobiologique du PCE dans les panaches de pollution.

En aval hydraulique des trois sources de pollution on peut observer la disparition des polluants originaux (PCE etTCE) et l'apparition d'une succession des métabolites cDCE et VC (et des traces d'Ethène et d'Ethane). Cetteapparition des métabolites dans les eaux de la nappe phréatique est liées aux anciennes décharges et auxpollutions de sol par des hydrocarbures. A ces endroits un apport de carbon organique et d'ammonium aide laformation des métabolites (fig. 2 + 3). La dégradation des solvants chlorés dans la nappe phréatique se manifesteaussi par le développement d'une succession de plusieurs zones réductrices typiques: zones des nitrates/nitrites,zone du manganèse et du fer, zone méthanogène. Ainsi le VC, produit de dégradation peu chloré issu desChloréthènes PCE et TCE est observé principalement dans les zones où des conditions de milieu méthanogènessont présentes (MÜLLER et al. 2006).

La modélisation hydrodynamique et du transport réactif a montrée qu'une grande partie des COHV libérés par lestrois sources de pollution de la zone modélisée a été dégradée par oxydation et rendue ainsi inoffensive (46%).Une autre part importante sera réduite sous forme d'Ethène/Ethane et quittera le modèle sous cette forme ou seraoxydée (26%). 28 % des polluants libérés s'écoulent sous forme de VC hors de la zone modélisée (SCHÄFER etal. 2007).

Atténuation naturelle des solvants chlorésétude modèle, réglementation, évaluation

Frank Wickert (1) (2) (2), Kathrin Rachel Schmidt , Andreas Tiehm(1 )

(2 )G.U.C. SECEG, PARC CLUB DES TANNERIES, 2, rue de la Faisanderie, 67380 LINGOLSHEIM,

Water Technology Center (TZW), Karlsruher Straße 84, D 76139 Karlsruheinfo@guc-seceg.com,