Site urbain contaminé par les solvants chlorés : Assainissement

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Présentation ARPEA – Investigations et assainissements de sites contaminés - septembre 2009

Site urbain contaminSite urbain contaminéé par les solvants chlorpar les solvants chloréés :s :Assainissement & SAssainissement & Séécuritcuritéé

SimonSimon PinzelliPinzelli -- CSD IngCSD Ingéénieurs Conseils SAnieurs Conseils SAIngIng. G. Gééologueologue dipldipl. UNIGE & Hydrog. UNIGE & Hydrogééologue CHYN, Chef de projetologue CHYN, Chef de projet

Forum ARPEA - Investigations et assainissements de sites contaminés

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sEAUmmAIResEAUmmAIRe

Situation géographique, géologique & hydrogéologique

Historique du cas d’étude & Travaux réalisé et en cours

Pollution des eaux et des terrains

Buts et urgence de l’assainissement

Mise en danger avant, pendant et après l’assainissement

Conclusions

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Situation gSituation gééographiqueographique

Récepteurs sensibles à proximité– Habitations (bleu)– Bureaux (jaune)– Garderie (rouge)– Parc public (vert)

Sens de l’écoulement de la nappesuperficielle de Carouge-La Praille

Bureau CSD Genève

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Situation GSituation Gééologique & Hydrogologique & Hydrogééologiqueologique

Géologie & Hydrogéologie:

• Terrains de couverture (remblais & colluvions) : ~1.5 m

• Alluvions de la terrasse de l’Arve (graviers) : de ~1.5 à 4m

• Nappe superficielle de Carouge-La Praille entre 3 et 4m

• Retrait würmien (argiles): de ~4 à >50m

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•Activités de blanchisserie depuis 1895.

•Arrêt des activités en 2006

•Utilisation massive de PCE durant environ 100ans

•Accident de mazout en 1986 (600 litres)

•Déversement accidentel de mazout (1986)

•Emplacements des machines de nettoyage à sec

DonnDonnéées historiqueses historiques

HistoriqueHistorique

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Travaux réalisés à ce jour:

– Investigation historique & technique selon l’OSites

– Investigation de détail

– Projet d’assainissement

Travaux en cours de réalisation:

– Réalisation de l’assainissement (Déconstruction GDC & Dépollution) (2009-2010)

– Surveillance hydrogéologique (2009 à 2013)

– Suivi géotechnique des travaux (2009-2010)

Travaux rTravaux rééalisaliséés et en cours de rs et en cours de rééalisationalisation

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• Mesure des concentrations en PCE en mg/l

Foyer principalprésence de phase pureavérée (pollution chronique)

Foyer secondaire (accident?)

Secteur de biodégradationFavorisée: présencede mazout (surnageant)

?

?

?

Pollution de la nappe souterrainePollution de la nappe souterraine

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Pollution des terrainsPollution des terrains

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Buts & urgence de lButs & urgence de l’’assainissement (Investigation de dassainissement (Investigation de déétail)tail)

Ordonnance sur les sites contaminés: « Pour apprécier les buts et l’urgence de

l’assainissement, les données suivantes sont identifiées dans le détail et évaluées sur

la base d’une estimation de la mise en danger :

a. type, emplacement, quantité et concentration des substances dangereuses pour

l’environnement présentes sur le site pollué;

-> PCE présent en phase pure en fond d’aquifère au droit d’une des anciennesmachines de nettoyage à sec.

b. type des atteintes à l’environnement effectives et possibles, charge et évolution de ces

atteintes dans le temps;

-> Effective – Eau: pollution dissoute et transportée en un panache par les eauxsouterraines de la nappe de Carouge- La Praille avec un flux estimé à environ 5 g /jour,faible dégradation du PCE. Le panache est stationnaire selon modélisations et analysesen laboratoire

-> Possible - Air interstitiel: volatilisation des solvants chlorés (PCE, TCE, 1,2-DCE, CV)

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Art. 9 al. c - Protection des eaux souterraine

« Un site pollué nécessite un assainissement si, dans leseaux souterraines situées hors du secteur Au deprotection des eaux, la concentration des substancess’écoulant du site dépasse, en aval à proximité du site,le double de la valeur mentionnée dans l’annexe 1. »

Art. 11 - Protection contre la pollution atmosphérique

« Un site pollué nécessite un assainissement du point de vue de laprotection des personnes contre la pollution atmosphérique si l’airinterstitiel dépasse la valeur de concentration mentionnée àl’annexe 2 ET si les émissions dégagées par le site atteignent desendroits dans lesquels des personnes peuvent se trouverrégulièrement pendant un certain temps. »

c. emplacement et importance des domaines environnementaux menacés.»

Buts & urgence de lButs & urgence de l’’assainissement (Investigation de dassainissement (Investigation de déétail)tail)

->Double de la valeur de concentrationOSites pour le PCE, le 1,2-DCE et le CVdépassé à l’aval hydraulique du site

->Extension importante du panache précisépar sondages complémentaires

->Modélisation hydrodynamique et detransport de polluants à l’aide de FEFLOW

->Estimation de la dégradation à l’aide deBIOCHLOR

->les valeurs mentionnées à l’annexe 2 de l’OSites,en l'état aucun récepteur sensible n'est présent surle site: aucune activité n'est réalisée sur le sitedepuis 2006

->Présence d’habitations en aval immédiat du site etdans la direction du panache. Risque sanitairepossible par volatilisation des composés chlorésdissouts dans la nappe

->Evaluation par modélisation d’intrusion vapeurdepuis une nappe polluées à l’aide du modèle deJOHNSON & ETTINGER

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BiodBiodéégradation du perchlorgradation du perchlorééthylthylèènene

Mise en danger avant assainissementMise en danger avant assainissement

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Eau souterraine: Logiciel BIOCHLOR– Modélisation de la dégradation du PCE dans le panache en aval du site

Graphique 1 : Résultats de la modélisation pour le PCE

Graphique 2 : Résultats de la modélisation pour le TCE

Graphique 3 : Résultats de la modélisation pour le DCE

Graphique 4 : Résultats de la modélisation pour le VC


Paramètres:-Advection-Dispersion-Adsorption-Biotransformation

Validation:-Valeurs laboratoires-Observations terrains

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Eau souterraine: Logiciel FEFLOW– Modélisation hydrodynamique & transport de polluant du panache

Foyer principal:

Foyersecondaire:

• Bonne corrélation entre valeurs deconcentration modélisées et valeurs deterrain

• Panache stationnaire

• Bonne représentation de la(bio)dégradation favorisée au droit du site(mazout)

• Constante de dégradation (PCE) = 0.56 ans(dans la gamme des valeurs données parla littérature et par Biochlor) pour lerestant de l’aquifère.

Sous-sols

Zone à forte biodégradation-zone rouge: 2.0E-05 1/s

Zone à faible dégradation - zone bleue : 1.8E-08 1/s


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Atmosphère: Modélisation Johnson & Ettinger (Vapor Intrusion Model)– Modélisation de la diffusion dans les bâtiments voisins

Modèle conceptuel d’intrusion vapeur depuis des terrains pollués

Qbâtiment

Csource = Cair interstitiel

Crésiduelle dans le terrain

Qsoil

Qbuilding

Modèle conceptuel d’intrusion vapeur depuisune nappe contaminée

Csource = Cair interstitiel

Crésiduelle dissoute dans la nappe superficielle


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Valeurs limites à utiliser ?« Pour des composés tels que le PCE (cancérigène suspecté) et ses produits dedégradation (cancérogénicité avérée), il n’existe pas de base légale pour les valeursd’immission » SPair, décembre 2008

Utilisation des valeurs toxicologiques de référence les plus basses de lalittérature pour une inhalation chronique

Quelles valeurs limites faut-il prendre?


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Valeurs Toxicologique de Référence des effets à seuil

Exposition par voie respiratoire

VTR (mg/m3)

Teneur de produit dans l’air ambiant à laquelleun individu peut être exposé sans constat d’effetnuisible.

– Reference Concentration (RfC) élaborées parl’US EPA

– Minimal risk levels (MRL) élaborés par l’ATSDR

– Concentrations Admissibles dans l’Air (CAA)élaborées par l’OMS

Exposition par voie orale:

VTR (mg/kg pc/j)

Estimation de la quantité de produit à laquelle unindividu peut être exposé sans constat d’effet nuisible,sur une durée déterminée et sur la base de toutes lesinformations actuelles.

– Reference doses (RfD) élaborées par l’US EPA

– Minimal risk levels (MRL) élaborés par l’ATSDR

– Dose Journalière Admissible (DJA) ou DoseJournalière Tolérable (DJT), élaborées par l’OMS,le RIVM ou Health Canada.

-Un effet à seuil est un effet qui survient au delà d’une certaine dose administrée de produit.-En deçà de cette dose, le risque est considéré comme nul.-Au delà de cette dose, l’intensité de l’effet croît avec l’augmentation de la dose administrée.-VTR différentes selon la voie d’exposition de l’organisme.


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Résultats de la mise en danger liée à la pollution atmosphérique


TCA : Concentration tolérable dans l’airCRinhalation: Risque cancérigène de 1/10’000 pour une exposition une vie entière

La concentration tolérable dans l’air mg/m3 est une concentration pour laquelle une personne peut être exposée encontinu durant toute sa vie sans effets néfaste.

Les TCA sont basées sur des effets non-cancérigène et sont calculées en multipliant un NOAEL

(No-Observed-Adverse-Effect Level) ou un LOAEL (Lowest-Observed-Adverse-Effect-Level) par un facteur desécurité.

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Conclusions concernant les diverses mises en danger avantassainissement:


-La modélisation rend compte d’un panache à l’état stationnaire -> pas demodifications physico-chimiques de l’aquifère donc pas d’augmentation desproduits de dégradation en aval immédiat ou éloigné du site à cours ou moyenterme (confirmé par mesures laboratoire).

-Pas de mise en danger de la population lié à l’émission de solvants depuis lanappe dans les habitations tant sur la base des valeurs de VME de la SUVAque des valeurs VTR de l’OMS et de l’Institut National de Santé Public desPays-Bas.

-Pas de dégradation importante de la nappe à l’exception du secteur debiodégradation favorisée liée à l’accident de mazout (biodégradation locale).

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Variante d’assainissement

Dimension du confinement :-Emprise au sol : 33 X 45 m- Haut. lat. > 5,0 m / Faitage > 9,0m

Exigences minimales :-Etanche aux eaux météoriques et à l’air (mise en dépression)

-Installation de ventilation interne-Zonage avec 3 compartiments (SAS) / Portance libre sur toute la surface

-Profondeur : ~ 10 m-Epaisseur : ~ 50 cm-Périmètre : ~156 m

Recyclage de la bentonite ou gestion des mélanges bentonite/terrespolluées

-Profondeur : ~8 m-Epaisseur : ~ 50 cm-Périmètre : ~ 205 m

Ventilation+ filtre

-Emprise au sol : 33 X 50 m-Haut. latérale : > 5,0 m-Faitage : > 9,0 m

Ventilation+ filtre

Traitement

Pompage préalable de produits en phase libre au droit de l’emprise de paroi moulée concernéRéalisation des parois moulées :

Débit de pompage : ~ 30 l/minRejet des eaux traitées dans les eaux usées ou eaux claires avecrespect des critères de rejet selon l’OEauxTraitement des effluents gazeux issus de l’installation detraitement des eaux avant rejet à l’atmosphère

Pompage pour assécher l’enceintede fouille délimitée par les paroismouléesTraitement on site des eauxpompées par stripping

Pompage ettraitement onsite des eauxsouterraines

Terrains fortement contaminésConfinementphysique

Réalisation des parois mouléesautour de la future enceinte defouille

Travauxspéciaux

Déconstruction ordonnéeGestion des déchets spéciaux (cf. diagnostic bâtiment)Tri sélectif des déchets de chantier en conformité avec la législation en vigueur :

Tous les bâtiments, avecconservation uniquement desradiersConservation des revêtementsbitumineux des aires extérieures

Déconstruction desbâtiments

Evacuation sélective des déchetsEvacuation et traitement conformedes déchets mobiles présents sur lesiteInstallation générale de chantierDécontamination des bâtiments

Travauxpréparatoires

Couplé au projet constructifSans projet constructifSCHEMA

Caractéristiques spécifiques de l’assainissement OSitesEléments concernésPHASES

Mise en danger pendant lMise en danger pendant l’’assainissementassainissement

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Terrassement sélectif réalisé en deux phasesPhase (d) (toute l’emprise hors confinement) :

Ventilation+ filtre

(b)

(a)

Ventilation+ filtre

(c)

(d)

(e)

Terrassement sélectif (c) :-Profondeur : 0 à -2 m-Emprise de fouille partielle(~ 350 m2)-Talus : 2v/3hEvacuation des déchets spéciaux parbennes ACTS

Nettoyage et démontage duconfinement physiqueDémolition des radiers et emprisesbitumineuses résiduellesTerrains pollués hors de l’emprisedu confinement :-PA uniquement : emprise partielleentre 0 et -2 m de profondeur (c)-PA+PC : emprise totale entre 0 et -4 m de profondeur (d), puis entre -4et -7 m emprise du 2ème sous-sol(e)

Excavationparterrassementsélectif horsconfinement– Etape 2

Terrassement sélectif réalisé en deuxphasesPhase (a) (emprise totale du site) :-Profondeur : 0 à -4 m-Exécution contre paroi mouléePhase (b) (emprise partielle) :-Profondeur : -4 à -7 m-Talus subvertical, stabilisé pargunitage/clouageExcavation complémentaire dessecteur fortement pollués (-4 à -6m) etremplacement par grave stabiliséeEvacuation déchets spéciaux parbennes ACTS

Terrassement sélectif réalisé surl’emprise totale du site (a) :-Profondeur : 0 à -5 m-Exécution contre paroi mouléeEvacuation des déchets spéciaux parbennes ACTS

Terrains pollués dans l’emprise duconfinement :-PA uniquement : entre 0 et -5 m deprofondeur (a)-PA+PC : entre 0 et -4 m deprofondeur (a), puis entre -4 et -7 memprise du 2ème sous-sol (b)

Excavationparterrassementsélectif sousconfinement– Etape 1

Déconstruction ordonnéeContrôle de l’état de pollution du radierContrôle de la teneur en HAP dans les revêtements bitumineuxEvacuation sélective des déchets selon résultats des contrôles

Radier des anciens bâtiments etrevêtements bitumineux situés dansl’enceinte du confinement

Travaux dedémolitionsousconfinement



Profondeur : 0 à -4 m-Talus : vertical (paroi moulée)Phase (e) (solde de l’emprise du2ème sous-sol non terrassé sousconfinement) :-Profondeur : -4 à -7 m-Talus subvertical(gunitage/clouage)

Evacuation des déchets spéciauxpar bennes ACTS


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Nappe superficielleTraitementconditionnelde la nappesuperficielle

Mise en forme du fond de fouille (g) :-Pose d’un géotextile-Couche de tout venant (20 cm)-Couche de béton maigreDémarrage du projet constructif

Remblayage jusqu’au terrain naturel(f)Fourniture et compactage du remblaiTravaux d’aménagements finaux de laparcelle-Pente résiduelle : > 2%-Revêtement bitumineuxSystème de drains périphériques pourla collecte des eaux de ruissellement dela parcelle, connecté au réseau collectif

Travaux de finition (remblayage oumise en forme du fond de fouille)Repli des installations de chantier

Travaux definition



Traitement de la nappe par :-Ventilation coaxiale si décroissance insuffisante des courbes de concentrationsfavorisant la résorption du panache de pollution- « Dual phase extraction » en cas de suspicion du maintien d’un foyersecondaire résiduel decontamination (phase libre par exemple).- Oxydation chimique au permanganate en cas de suspicion importante de laprésence résiduelle d’un foyer secondaire

~ 2% ~ 2%

(f)

(g)


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Récepteurs sensibles du voisinage


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Estimation de la mise en danger pendant les travaux d’assainissement

Emissions (2 scénarios potentiels)

-Cas 1: Dégazage de PCE lors de l’excavation des alluvions fortement polluées

-Cas 2: Volatilisation du PCE en produit pur selon 2 origines:

->Polluant en phase libre localisé à la base de la nappe (interface graviers-argiles)

->Polluant en phase libre en imprégnation de la frange superficielle des argiles(remplacement de l’eau par du produit en phase pure)

Calcul du flux-Cas 1: Loi de Henry et de Karickhoff (coefficient de partage eau-air-sol)Hypothèses: Concentration maximum observées lors des investigations, 150m3 d’excavation par jour réparti sur 9 heures

-Cas 2: Modèle de MacKay et Matsugu (vitesse du vent, température)Hypothèses: vitesse du vent entre 1 et 10 m/s, température du produit 20°C, dimension de la flaque entre 50 et 200m2

Calcul de la dispersion atmosphérique:

-Cas 1 & 2: Logiciel EFFECTS permet de déterminer les concentrations attenduesen PCE à une distance donnée.


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e de la phase solide[-]


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Calcul du flux – Evaporation depuis la phase libre


Modèle de MacKay et Matsugu

Source : VROM, Yellow Book, Méthods for the calculation of physicals effects due to releases of hazardous materials, 3rd edition 97, 2nd rev. print 2005

• Modèle simple pour déterminer le flux d’évaporation d’une flaque de produit non bouillant (ie dont le point d’ébullition estinférieure é la température ambiante ou la température du sol)

• Principe : le flux d’évaporation d’une flaque de produit non bouillant va principalement dépendre de la vitesse à laquelle lesvapeurs formées à la surface de la flaque vont être éliminées par le vent (facteur limitant = transfert de masse par diffusion)

• Paramètres déterminants :- surface de phase libre au contact avec l’air ambiant- conditions météorologiques locales : température ambiante, vitesse du vent- propriétés physico-chimiques des polluants en phase libre

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Logiciel EFFECTS

Cas 1: Les concentrations n’atteindront pas la VME nile seuil olfactif

Cas 2: Les concentrations dépasseront la VME etle seuil olfactif

-CONFINEMENT SOUS TENTE AFIN DE PROTEGER LE VOISINAGE ET L’ENVIRONNEMENT-PROTECTIONS INDIVIDUELLES SPECIFIQUES POUR LES INTERVENANTS


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• Quelle sera le devenir du panache résiduel post-assainissement ?• Sera-t-il nécessaire de traiter le panache résiduel de la nappe ?

Modélisation hydrodynamique du panache à l’aide du logiciel Feflow

• Quelle sera la concentration atmosphérique dans le bâtiment• Quelle devra être la teneur résiduelle à atteindre dans les terrains laissés en fond

de fouille ? Modélisation des intrusions de vapeurs liées à une pollution résiduelle des terrains à l’aide du

modèle de Johnson & Ettinger

Mise en danger aprMise en danger aprèès ls l’’assainissementassainissement

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ModModéélisation du panache rlisation du panache réésiduel aprsiduel aprèès excavation ets excavation etmise en place des parois moulmise en place des parois moulééeses


30


0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Jours après exécution de la paroi moulée+excavations

Co

nce

ntr

atio

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enP

CE

en[m

g/l]

PO16: Aval immédiat àproximité du site

PO8: Aval hydro IT

PO9: cour Lavotel

PO11: rue Epinettes

PO12: rue Epinettes

CPO1: Citroën Acacias

CPO3: Citroën Boissonnas

CPO5: Citroën Rue Marziano

PO18: Rue Marziano

PO17: Rue Marziano-Acacias

Limite OSites x 2 (PCE): 0.08mg/L

Commentaires:

• Diminution rapide des concentration en avalimmédiat du site (PO16/PO9) et en amont(PO11/PO12)

• Diminution retardée et tamponnée en avaléloigné (CPO1/CPO2/CPO3/PO17/PO18)

RRéésultatssultats -- Evolution des concentrations en PCE aux puits dEvolution des concentrations en PCE aux puits d’’observationobservation


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Quelle devra-t-être la pollution résiduelle acceptable sans risquede mise en danger des biens à protéger ?

Terrassement pour les besoins ded’assainissement

Pollution résiduelle faible ~10mg/kg COV

Terrassement pour les besoins du projetconstructif

Pollution résiduelle importante >100mg/kg COV

Nécessité de purger les foyers fortement contaminés afin d’éviter:-une possible contamination à long terme de la nappe par des processus diffusifs (peu probable)-une contamination du bâtiment par intrusion de vapeur (très probable)

Emprise et concentration de la pollution résiduelle en fond de fouille


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Modèle Johnson & Ettinger – Intrusion depuis des terrains pollués


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Le flux de polluants potentiellement dégazés depuis le chantier et sa dispersion

atmosphérique ont pu être évalués par le logiciel EFFECTS préalablement au travaux

d’assainissement, afin de déterminer les mesures spécifiques à mettre en œuvre en termes

de protection du voisinage et des intervenants

ConclusionsConclusions

La modélisation du panache de PCE et de ses produits de dégradation a été effectuée avec

le logiciel BIOCHLOR afin d’estimer les risques liés à une éventuelle biodégradation (CV)

Une modélisation numérique à l’aide de FEFLOW a permis d’évaluer le comportement de la

nappe et du panache de pollution en aval du site avant et après enlèvement des foyers de

contamination. Les paramètres de biodégradation obtenus préalablement par la simulation

effectuée avec le logiciel BIOCHLOR ont été intégrés dans le présent modèle d’écoulement et

transport FEFLOW.

En raison de la présence locale de très fortes quantités de composés volatils toxiques dans le

terrain et dans les eaux, le risque d'atteinte au bien à protéger "Air" a été évalué à l’aide du

modèle JOHNSON & ETTINGER :

• pour le dégazage à partir de la pollution des eaux souterraines (avant assainissement)

• pour le dégazage à partir de la pollution du terrain; les calculs ont aussi porté sur le risque résiduel

lié à l'excavation site dans le cadre du projet constructif prévu (post-assainissement)

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Merci pour votre attention

Documents

Site urbain contaminé par les solvants chlorés : Assainissement