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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 Fouquet Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris Ecole des mines de Paris géosciences - géostatistique géosciences - géostatistique chantal.de_fouquet @ensmp.fr chantal.de_fouquet @ensmp.fr

Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris géosciences - géostatistique

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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 Fouquet Ecole des mines de Paris géosciences - géostatistique chantal.de_fouquet @ensmp.fr. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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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

Page 2: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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Introduction1. Incertitudes sur les teneurs

Incertitudes on the grades

2. Incertitudes sur les volumes polluésIncertitudes on the polluted volumes

3. Incertitudes sur les paramètres de l’écoulementIncertitudes on the flow parameters

Conclusion

Page 3: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

3

IntroductionHistoire du site, remaniements, contexte hydrogéologique

► chaque site est particulier► variabilité spatiale, hétérogénéités► incertitudes teneurs volumes : extension à 3Dimensions paramètres de l’écoulement

Page 4: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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

Page 5: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

5

1. Incertitudes sur les teneursIncertitudes on the grades

Exemple : ancien site pétrochimiquehydrocarbures totauxéchantillonnés sur deux niveauxresserrement local de l’échantillonnage

Page 6: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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1 2 3 4

log10 Hydrocarbures

0.00

0.05

0.10

0.15

Freq

uenc

e

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 Frequences

0 1 2 3 4

log10 HC surface

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

Frequences

0 1 2 3 4 5

log10 HC surface

0

1

2

3

4

5

log10 HC fond

Relation entre teneur et profondeur

Teneurs dans les sols d’un ancien site pétrochimique

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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

Page 8: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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

Page 9: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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2. Incertitudes sur les volumes Incertitudes on the volumes

Friche de cokerie, reconnue par plusieurs campagnes successives

profondeur : 2m puis 4mPuis prospection du site à la pelle mécanique (programme de recherche du ministère de l’environnement)

profondeur investiguée : jusqu’à 6m

Page 10: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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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

Page 11: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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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.

Page 12: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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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

Page 13: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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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

Page 14: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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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

Page 15: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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3. Incertitudes sur les paramètres de l’écoulementIncertitudes 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’écoulementParamétrage : perméabilité, porosité,teneur en eau à saturation...

Page 16: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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Les simulations géostatistiques pour reproduire la variabilité spatiale du

milieu

Marco De Lucia, et al. 2007

Page 17: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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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

Page 18: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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Methodology

-pedological pit for the porosity

-infiltrometry for Ks, VG parameters and n

-effective pluviometry

Model fittinggeostatistics

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

Page 19: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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 pl

uvio

met

ry fl

ux

(m/m

onth

)

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

Page 20: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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

Page 21: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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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

Flux

123456789101112131415161718192021222324252627282930

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

Flux

moyenneminimummaximumhomogène

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

Page 22: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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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

Flux

/vite

sse

123456789101112131415161718192021222324252627282930

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

Flux

/vite

sse moyenne

minimum

maximum

homogène

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

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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

Flux

/ vi

tess

e

modèle moyen

modèle à simulationsindépendanteshomogène à moyennearithmétiquemodèle à faible variance

homogène à moyennegéométriquemodèle 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

Page 24: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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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

Page 25: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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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

Page 26: Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris  géosciences - géostatistique

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Bibliographiede 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