Grand Lyon : Rapport Tierce-Expertise études - Préconisations
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1. Pour les trois mod les hydrodispersifs r alis s sans sorption ni d gradation avec sorption mais sans d gradation et enfin avec sorption et d gradation les param tres de dispersion pris en compte sont les suivants donn es fournies par l INERIS Dispersion Dispersion Coefficient Unit lithologique Dispersion Horizontale Horizontale de Diffusion Longitudinale m Longitudinale Verticale mol culaire m jour ris de ou Graves nr inf rieur CE 70 0 1 0 01 la Craie La premi re phase de la simulation num rique utilisant le code de calcul MODFLOW a permis de simuler la pi zom trie des diff rentes nappes consid r es dans le cas r el 1 et de r cup rer ainsi les champs de vitesses et les flux associ s pour chacun des aquif res Version du 25 f vrier 2002 page 6 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW l Cabinet Conseil BLONDEL Les r sultats de cette mod lisation hydrodynamique r alis e en r gime permanent sont pr sent s sous forme de cartes et de coupes N S pour chacune des unit s lithologiques consid r es aquif re libre des Graves horizons imperm ables des Argiles de Louvil et aquif re captif de la Craie cf Programme DRS 01 TRANSPOL Volume 2 Recueil des rapports techniques 30 janvier 2001 Rapport FSS International r amp d Annexes 16 192. Version du 25 f vrier 2002 page 19 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW s Cabinet Conseil BLONDEL ANNEXES 29 02 40 02 Mod le 3 convection dispersion sorption biod gradation Simulation du panache polluant en Naphtal ne dissous de 40 ans 200 ans dans la nappe des Graves et dans la nappe de la Craie vues en plan et vues en coupes N S et E W Version du 25 f vrier 2002 page 20 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW s Cabinet Conseil BLONDEL ANNEXES 41 02 45 02 Mod le 3 convection dispersion sorption biod gradation e Evolutions simul es des concentrations aux droit des pi zom tres implant s dans la nappe des Graves dans la nappe de la Craie et au droit des points d observation consid r s e Histogrammes de calibration des concentrations observ es calcul es pour la nappe des Graves et pour la nappe de la Craie Version du 25 f vrier 2002 page 21 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP E Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW s Cabinet Conseil BLONDEL ANNEXES 46 02 48 02 Comparaisons des r sultats des trois mod les Comparaison des r sultats de simulations obtenues
3. Ces champs de vitesses ont par la suite t utilis s pour la simulation du mod le hydrodispersif r alis en utilisant le code MT3DMS ces champs de vitesses servent en effet de moteur principal au transport de polluant en phase dissoute par les eaux souterraines des aquif res consid r s Dans la pr sente tude venant en compl ment de celle r alis e en 1999 par FSS International r amp d rapport n 1999 10_TBL du 22 d cembre 1999 les r sultats pr liminaires de la mod lisation hydrodispersive ainsi que les r sultats des calages r alis s sont donn s sous forme de cartes de coupes W E et N S et de graphes Ces sorties graphiques et cartographiques concernent trois cas de mod les r alis s gt Cas 1 Mod le hydrodispersif sans sorption cf Annexes 1 02 14 02 gt Cas2 Mod le hydrodispersif avec sorption cf Annexes 15 02 28 02 gt Cas 3 Mod le hydrodispersif avec sorption et biod gradation cf Annexes 29 02 45 02 Les comparaisons entre les r sultats de simulation de ces trois mod les sont report es en Annexes 46 02 48 02 du pr sent rapport Nous avons en effet r alis dans un premier temps une mod lisation hydrodispersive sans prendre en compte les ph nom nes d att nuation naturelle tels la sorption ou la biod gradation de compos s organiques dissous Cas 1 Il s agit l d une hypoth se conservatrice et majorante ne consid rant pour le transport de subs
4. et le transport de solut actuellement le plus utilis et le plus r pandu de par le monde Visual MODFLOVW version 3 0 WHI Canada 2001 2002 int grant les codes de calculs MODFLOW 2000 MODPATH et RT3D MT3DMS MT3D99 Les simulations ont t r alis es selon 3 scenarii gt Cas 1 Mod le 1 Mod le hydrodispersif pur sans sorption gt Cas 2 Mod le 2 Mod le hydrodispersif avec sorption gt Cas 3 Mod le 3 Mod le hydrodispersif avec sorption et biod gradation Les r sultats graphiques et cartographiques de l ensemble de ces trois mod les sont pr sent s en annexes du pr sent rapport sous la forme de graphes de cartes et de coupes N S et E W Dans le premier mod le hydrodispersif Cas 1 seuls les param tres convectifs et dispersifs on t consid r s pour la simulation en transport de Naphtal ne l tat dissous Dans le second mod le hydrodispersif Cas 2 le param tre de sorption a t pris en compte en plus des param tres convectifs et dispersifs afin d introduire un ph nom ne de retard dans le transport de Naphtal ne l tat dissous ce param tre de sorption diff rent en fonction de l unit lithologique consid r e a permis d am liorer le calage entre les valeurs calcul es et les valeurs observ es des concentrations en Naphtal ne dissous au niveau des pi zom tres de suivi et de contr le implant s sur le site Dans le troisi me mod le hydrodispersif Cas 3 les
5. limit es partir du cahier des charges fourni par l INERIS en 1999 voir plus haut Nous avons consid r que la source de pollution pour le site tudi avait d but il y a 40 ans soit au d but des ann es 1960 la simulation s tendant sur une p riode de 200 ans au total elle s arr te donc 160 ans par rapport la p riode actuelle Les mesures sur site r alis es actuellement ont t utilis es pour le calage en coulement et en transport suppos correspondre un calage en r gime permanent conditions aux limites en coulement moyen potentiels impos s et param trage des mod les ne variant pas avec le temps et recharge p renne et stabilis e depuis 40 ans partir des zones pollu es en substance organique dissoute soit ici en Naphtal ne 4 1 Cas 1 Mod le hydrodispersif sans sorption Le premier mod le purement hydrodispersif cf Annexes 1 02 14 02 et r alis en utilisant les champs de vitesses et les flux simul s par la mod lisation hydrodynamique montre un assez bon calage en transport de solut courbes de restitution du Cas 1 au niveau des pi zom tres de suivi pour les deux nappes donn es en Annexes 46 02 48 02 Version du 25 f vrier 2002 page 9 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW l Cabinet Conseil BLONDEL Pour la nappe des Graves Annexe 46 02
6. param tres de l att nuation naturelle tels que la sorption et la biod gradation ont t pris en compte en plus des param tres convectifs et dispersifs afin de reproduire de mani re la plus r aliste possible les ph nom nes li s au transport de solut en milieu aquif re satur En plus d un param tre de sorption sp cifique aux diff rentes unit s lithologiques consid r es Cas 2 l introduction d un param tre de biod gradation de ce solut au niveau de l aquif re sup rieur des Graves a permis de r aliser le meilleur calage entre les valeurs calcul es et les valeurs observ es des concentrations en Naphtal ne dissous au niveau des pi zom tres de suivi et de contr le implant s sur le site Ce calage est d ailleurs le meilleur des trois simulations r alis es pour l aquif re de la nappe de la Craie Ce param tre de biod gradation du solut de Naphtal ne a t appliqu seulement au milieu r cepteur potentiellement le plus a robie donc permettant le meilleur d veloppement d une activit bact rienne c est dire au niveau de l aquif re sup rieur des Graves Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Version du 25 f vrier 2002 page 15 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW l Cabinet Conseil BLONDEL Dans les trois cas simul s le panache polluant de Naphtal n
7. I N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW l Cabinet Conseil BLONDEL Nous rappelons que Visual MODFLOW a t pour la premi re fois mis sur le march en 1994 et que l heure actuelle ce logiciel est utilis par plus de 5000 consultants du domaine public ou priv d cideurs et formateurs sp cialis s en hydrog ologie appliqu e et en mod lisation hydrodispersive de par le monde 4 RESULTATS Nous pr sentons en annexe les principaux r sultats concernant les trois cas de mod lisation hydrodynamique et hydrodispersive r alis s dans le cadre de cette tude Les cartes utilis es pour l laboration du sch ma conceptuel du domaine tudi tant d un point de vue g ologique qu hydrog ologique ont d j t pr sent es dans notre rapport d tape dit par FSS International r amp d rapport n 1999 10 TBL du 22 d cembre 1999 repris dans la synth se r alis e par l INERIS Programme DRS 01 TRANSPOL Volume 2 Recueil des rapports techniques 30 janvier 2001 cf Rapport FSS International r amp d Annexes 1 4 cartes d extrapolation de la topographie du toit des Argiles de Louvil et du toit et du mur de l aquif re de la Craie Annexes 5 6 cartes d extrapolation de la pi zom trie de la nappe superficielle des graves et de la nappe de la Craie L laboration du mod le num rique par discr tisation du domaine d fin
8. Nature du document Cabinet Conseil BLONDEL Rapport Destinataires M Hafid BAROUDI M Claire ROLLIN Copie M Michel GARCIA INERIS FSS International r amp d Parc Technologique ALATA B P N 2 1956 av R Salengro 60 550 VERNEUIL EN HALATTE 92370 CHAVILLE INERIS Projet TRANSPOL Intercomparaison des m thodes et des mod les de migration de polluants dans les sols et les eaux Cas r el n 1 CRI version 1 0 Etude d une pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW v 3 0 Programme 2001 Volet 2 Auteur Thierry Blondel Cabinet Conseil BLONDEL Le Parc Technologique de Lyon 12 all e Ir ne Joliot Curie B timent B2 69791 SAINT PRIEST CEDEX Nos R f rences TBL 017 02 R f rence Client Date d mission 30 janvier 2002 Commande initiale INERIS n CNS0001041 du 23 Juillet 1999 Comm FSSI CCB 001092001 Version du 25 f vrier 2002 page 1 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW l Cabinet Conseil BLONDEL SOMMAIRE pages 1 Objet de l tude 3 2 Description des t ches 4 3 Cadre de l tude 4 4 R sultats 5 4 1 Cas 1 Mod le hydrodispersif sans sorption 9 4 2 Cas 2 Mod le hydrodispersif avec sorption 11 4 3 Cas 3 Mod le hydrodispersif avec sorption et biod gradation 12 5 Conclusions 15 ANNEXES Annexe A Propositio
9. SPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW Cabinet Conseil BLONDEL Rappelons ici que le taux de biod gradation du Naphtal ne dissous consid r dans la simulation n a t appliqu que pour l aquif re de la nappe des Graves voir plus haut Pour la nappe des Graves Annexe 46 02 les valeurs calcul es 14600 jours 40 ans de simulation avec prise en compte de la sorption depuis le d but de la pollution des sols et des nappes simulation de l tat actuel du panache polluant en Pz8 et en Pz18 sont assez bien cal es l cart type par rapport aux valeurs mesur es est tr s faible pour ce cas Cas 3 par rapport aux simulations pr c dentes cas 1 et 2 cf Annexes 41 02 et 44 02 Pour le Pz5 les valeurs calcul es sont l g rement sous estim es mais pour l ensemble des points de mesures implant s dans la nappe des Graves les valeurs calcul es restent tr s proches des valeurs mesur es actuellement 40 ans par rapport l origine de la simulation On remarque de mani re tr s nette ici que pour ce cas simul dans la nappe des Graves avec prise en compte des ph nom nes d att nuation naturelle sorption et biod gradation Cas 3 les valeurs de concentration en Naphtal ne dissous atteignent encore plus tardivement un plateau dans l volution des concentrations en fonction du temps cf r gime permanent ou stabi
10. TBL_017 02 b de f vrier 2002 La prise en compte de param tres de sorption diff rents selon les types de faci s lithologiques reconnus au droit du site tudi dans le cas r el 1 a permis d affiner le calage en transport de polluant en phase dissoute dans le milieu poreux satur Les param tres de sorption du Naphtal ne pris en compte pour le 2 mod le Cas 2 sont en fonction des unit s lithologiques consid r es les suivants donn es fournies pour partie par l INERIS Unit lithologique Coefficient de partition Kd L mg Aquif re superficiel des Graves 5 10 6 Argiles de Louvil 1 3 10 5 Aquif re inf rieur de la Craie 5 10 7 Dans un troisi me temps Cas 3 nous avons repris le mod le hydrodispersif du Cas 2 en consid rant en plus de la sorption la biod gradation comme param tre de l att nuation naturelle Ce param tre introduit une diminution des teneurs en substances organiques dissoutes dans les eaux souterraines en fonction du temps et de la distance parcourue voir synth se sur ce param tre r alis e par le Cabinet Conseil BLONDEL rapport TBL_017 02 b de f vrier 2002 La biod gradation du Naphtal ne dissout a t consid r e comme quivalente un temps de demi vie T 1 an ou 365 jours ce qui correspond une constante de biod gradation de premier ordre gale In2 Tip 0 693 365 2 10 jour Ce taux de biod gradation a t a
11. aram trage n cessaire Choix de la m thode de r solution du probl me D finition des gt Choix du ou des code s de calculs conditions aux limites r Modsle tn Simulations et Calculs selon les cas suivants regime permanent bo gt but pr dictif ex valuation de risques r gime transitoire gt afin de comprendre la probl matique du site l a A t on les donn es n cessaires et gt afin de dimensionner ou d optimiser un syst me suffisantes pour le faire 1 de traitement du site sols et ou eaux etc gt Analyse des Incertitudes gt Etude de Sensibilit sur les param tres d entr e du mod le et sur son param trage influence sur les r sultats des calculs Calage du mod le avec les observations de terrain et la r alit du site contexte environnemental et g ologique pi zom tries concentrations en polluants mesur es dans les sols dans les eaux superficielles ou souterraines etc Confirmation du mod le Validation par suivis et contr les r aliser sur le site tudi tat de la pollution ji pi zom trie de la nappe sources et cibles consid r es etc i D finition des Informations compl mentaires l ventuellement n cessaires i Prise de d cision au vu des r sultats du mod le DRE eee et de l interpr tation qui en est faite et aussi en fonction du cadre r glementaire en vigueur des contraintes environ
12. avec Visual MODFLOW s Cabinet Conseil BLONDEL Les coefficients d emmagasinement sp cifique et de porosit pris en compte dans les simulations num riques r alis es sont les suivants donn es mises jour pour partie suite de nouvelles tudes men es par l INERIS en 2000 et aux interpr tations r alis es par ANTEA Unit lithologique Ss Sy Porosit Porosit specific storage specific yield efficace totale 0 18 0 35 0 03 0 2 la Craie i La recharge par les pr cipitations et par la substance polluante dissoute consid r e a t ensuite introduite dans le mod le num rique Pour les simulations hydrodispersives nous avons pris en compte le Naphtal ne sur l ensemble des HAP potentiellement dissous et pr sents dans les eaux souterraines du cas d tude consid r ici Il s agit en effet de l l ment le plus soluble des HAP donc le plus mobile et il est donc le plus repr sentatif de l talement d un front de pollution par des HAP sous forme dissoute Nous avons consid r comme origine de la pollution deux zones sources implant es au niveau du site tudi dans le cas r el 1 la premi re zone source implant e au droit et en p riph rie du pi zom tre Pz20 et la seconde zone source implant e au droit et en p riph rie du pi zom tre Pz8 Programme DRS 01 TRANSPOL Volume 2 Recueil des rapports techniques 30 janvier 2001 cf Rapport ESS International r amp d Annexe 15
13. e dissous traverse bien l horizon des Argiles de Louvil milieu aquiclude ou imperm able s parant la nappe superficielle des Graves de la nappe inf rieure de la Craie On remarque sur l ensemble des coupes N S et E W et pour l ensemble des simulations r alis es m me si des degr s moindres que le panache de polluant dissous traverse les Argiles de Louvil malgr des vitesses d coulement faibles et tr s lentes coulement gravitaire par drainance travers l horizon imperm able argileux Ce transfert de solut travers une barri re dite imperm able est possible si l on consid re les ph nom nes de drainance tr s lents et surtout les ph nom nes diffusifs diffusion mol culaire participant la dispersion de solut dans les milieux tr s peu perm ables Ces ph nom nes tr s lents eux aussi ne n cessitent aucun mouvement convectif ils deviennent possibles pour peu que le milieu soit satur en eau et qu il existe un gradient de concentration en solut par exemple entre le toit pollu et le mur non pollu d une couche semi perm able imperm able comme c est le cas ici pour les Argiles de Louvil Dans les trois cas simul s le panache r sultant atteint l aquif re inf rieur crayeux avec une att nuation toujours importante et donc des teneurs assez faibles surtout dans le Cas 3 compar e aux teneurs estim es pour l aquif re superficiel graveleux Ce d
14. e domaine mod lis selon les coordonn es fournies par l INERIS pour le cas r el 1 Obs1 Obs10 On remarque l encore que ce sont les points d observation Obs1 et Obs4 implant s en p riph rie proche au Sud des zones sources de pollution consid r es qui sont le plus atteints par le panache polluant L influence du retard introduit par les ph nom nes de sorption est l aussi nettement visible en comparaison avec les m mes courbes de restitution pour le Cas 1 Ainsi le plateau dans les concentrations simul es dans le Cas 2 n est atteint que pour le point d observation Obs1 Les cartes et coupes fournies en annexe cf Annexes 15 02 28 02 montrent l volution potentielle du panache polluant en Naphtal ne dissous pour le mod le tudi dans le cas d une simulation hydrodispersive avec prise en compte de ph nom ne de retard avec sorption On remarque sur les coupes N S et E W que le panache de polluant dissous traverse plus lentement et plus tardivement les Argiles de Louvil que pour le cas pr c dent Ce transfert travers l horizon imperm able argileux s effectue encore plus lentement principalement par coulement gravitaire drainance et par dispersion diffusion mais avec un retard marqu dans les temps d arriv e de solut En cons quence pour le Cas 2 le panache polluant qui atteint l aquif re inf rieur crayeux est beaucoup moins prononc que pour le Cas 1 mod lis sans prise en compte des
15. ernier reste et bien entendu selon les cas consid r s fortement relativement atteint lat ralement par la pollution en solut de Naphtal ne prise en compte ou non des ph nom nes de l att nuation naturelle Les r sultats de ces trois mod les montrent que la prise en compte d un taux de d gradation du solut de Naphtal ne dissous au niveau de l aquif re sup rieur de la nappe des Graves est plut t un param tre favorable et plus r aliste par rapport au risque de transfert travers les Argiles de Louvil vers la nappe de la craie L tude de sensibilit r alis e ici sur les param tres d entr e du cas r el 1 montre un meilleur calage entre les r sultats des simulations hydrodispersives r alis es et les valeurs de concentrations mesur es dans les eaux souterraines au droit des pi zom tres de suivi des nappes consid r es dans le cas de la prise en compte des ph nom nes de l att nuation naturelle tels que la sorption et la biod gradation Il faut toutefois insister sur le fait que le calage des simulations comme de tout mod le d ailleurs sera d autant meilleur et pr cis pour permettre une confirmation des mod les que les donn es de suivi sur site seront nombreuses et si possible mieux r parties dans le temps Version du 25 f vrier 2002 page 16 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique a
16. gnent pas de plateau contrairement au cas pr c dent ne prenant pas en compte la sorption Cas 1 Pour ce cas de simulation en consid rant la sorption le r gime en transport n est pas stabilis et les teneurs vont continuer d voluer dans la nappe de la Craie pendant plusieurs dizaines d ann es apr s la limite 160 ans de la simulation par rapport l actuel situ 40 ans par rapport au temps d origine de la simulation L encore le pi zom tre de la nappe de la craie le plus atteint reste le PZ12 alors que comme pr c demment le Pz7 toujours non repr sent ici ne montre aucune atteinte par des substances dissoutes Ces r sultats montrent que les unit s lithologiques consid r es dans le cas r el 1 pr sentent un assez fort pouvoir de r tention par sorption Cette sorption de solut sur la matrice solide du milieu poreux satur introduit un ph nom ne de retard bien visible sur les courbes de restitution simul es ce ph nom ne influence assez fortement le transport de solut de Naphtal ne travers le milieu souterrain Version du 25 f vrier 2002 page 11 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW l Cabinet Conseil BLONDEL Le graphe pour le Cas 2 donn en Annexe 48 02 montre l volution possible des teneurs en Naphtal ne dissous au droit des points d observation implant s sur l
17. i dans le cahier des charges fourni par l INERIS puis par superposition des donn es et param tres d ordre g ologique et hydrog ologique et enfin par d finition des conditions aux limites du domaine mod lis en potentiels impos s est pr sent e ensuite sous la forme de cartes et de coupes W E et N S Programme DRS 01 TRANSPOL Volume 2 Recueil des rapports techniques 30 janvier 2001 cf Rapport FSS International r amp d Annexes 7 14 Les param tres pris en compte pour la r alisation de la simulation num rique en coulement et en transport sont conformes ceux d crits et pr conis s dans le cahier des charges fourni par l INERIS Unit lithologique Coefficients de perm abilit en partie Ouest K 2 5 10 m s Aquif ficiel quif re superficiel des Graves anai he Ke 07 k Zaa Argiles de Louvil K 3 10 m s en partie Nord K 2 10 m s en partie Sud K 4 5 10 m s Aquif re inf rieur de la Craie Des variations dans les coefficients de perm abilit pour diff rentes parties du domaine discr tis concernant l aquif re des graves et l aquif re de la craie ont t introduites afin de mieux caler la simulation en coulement avec les pi zom tries des nappes consid r es r ellement mesur es sur site Version du 25 f vrier 2002 page 5 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique
18. illeur calage en transport de solut courbes de restitution du Cas 2 au niveau des pi zom tres de suivi pour les deux nappes donn es en Annexes 46 02 48 02 Pour la nappe des Graves Annexe 46 02 les valeurs calcul es 14600 jours 40 ans de simulation avec prise en compte de la sorption depuis le d but de la pollution des sols et des nappes simulation de l tat actuel du panache polluant en Pz8 sont l g rement sous estim es alors qu en Pz18 elles restent surestim es l cart type entre les valeurs calcul es et celles mesur es est cependant moins important que pour le cas pr c dent qui ne prenait pas en consid ration les ph nom nes de sorption Cas 1 Pour les autres valeurs calcul es les r sultats sont assez proches des valeurs mesur es actuellement On remarque que pour ce cas simul dans la nappe des Graves avec prise en compte de param tres de sorption Cas 2 les valeurs de concentration en Naphtal ne dissous atteignent plus tardivement un plateau dans l volution des concentrations en fonction du temps cf r gime permanent ou stabilis que dans le cas pr c dent consid r sans sorption Cas 1 cela n est cependant valable que pour les pi zom tres proches peu loign s des zones sources consid r es Pz8 Pz18 Pz5 Pz4 Pour la nappe de la Craie Annexe 47 02 les valeurs de concentration en Naphtal ne dissous simul es au droit des pi zom tres Pz10 Pz12 et Pz13 n attei
19. les valeurs calcul es 14600 jours 40 ans de simulation hydrodispersive depuis le d but de la pollution des sols et des nappes simulation de l tat actuel du panache polluant en Pz8 et en Pz18 sont surestim es alors que pour les autres valeurs calcul es les r sultats sont assez proches des valeurs mesur es actuellement On remarque que les valeurs de concentration en Naphtal ne dissous ont atteint l heure actuelle 14600 jours ou 40 ans apr s le d part de la simulation de l injection de polluant au droit des zones sources consid r es un plateau cf r gime permanent ou stabilis dans l volution des concentrations pour les points de mesures situ s en p riph rie proche des zones sources Pz4 Pz5 Pz8 Pz18 etc dans cette simulation ce plateau n est toujours pas atteint pour le pi zom tre implant actuellement le plus loin des zones sources Pz17 Pour la nappe de la Craie Annexe 47 02 les valeurs de concentration en Naphtal ne dissous simul es au droit des pi zom tres Pz10 Pz12 et Pz13 atteignent elles aussi un plateau mais des teneurs environ 10 fois plus faibles que pour les teneurs simul es au droit des pi zom tres implant s dans la nappe des Graves Le pi zom tre implant dans la nappe de la craie le plus atteint est le Pz12 alors que le Pz7 non repr sent ici ne montre aucune atteinte par des substances dissoutes Le graphe pour le Cas 1 donn en Annexe 48 02 montre l volution pos
20. lis que dans le cas pr c dent consid r sans sorption Cas 1 Cela n est cependant valable que pour les pi zom tres proches peu loign s des zones sources consid r es Pz8 Pz18 Pz5 Pz4 pour l ensemble des pi zom tres loign s des zones sources de pollution le r gime stabilis en transport de solut n est pas atteint sur la dur e de simulation r alis e 200 ans Pour la nappe de la Craie Annexe 47 02 les valeurs de concentration en Naphtal ne dissous simul es au droit des pi zom tres Pz10 Pz12 et Pz13 restent en phase ascendante et n atteignent a fortiori pas de plateau pour la dur e de simulation consid r e 200 ans Le pi zom tre de la nappe de la craie le plus atteint est dans ce cas le Pz10 Les teneurs calcul es au droit des Pz10 Pz11 et Pz12 sont cependant beaucoup plus faibles d un facteur 10 100 que pour les cas simul s pr c demment Cas 1 et 2 le Pz7 quant lui ne montre aucune atteinte par des substances dissoutes Le cas simul ici Cas 3 prenant en compte les ph nom nes d att nuation naturelle sorption sur l ensemble des couches et biod gradation du solut appliqu e l aquif re sup rieur des graves montre la meilleure corr lation entre les valeurs calcul es et les valeurs mesur es assez faibles actuellement au droit des pi zom tres implant s dans la nappe de la Craie cf Annexes 42 02 et 45 02 Ces r sultat
21. n d une Charte de Bonne Pratique pour la r alisation de mod lisations en coulement et en transport de polluants Annexes 1 02 14 02 Mod le 1 convection dispersion Simulation du panache polluant en Naphtal ne dissous de 40 ans 200 ans dans la nappe des Graves et dans la nappe de la Craie vues en plan et vues en coupes N S et E W Annexes 15 02 28 02 Mod le 2 convection dispersion sorption Simulation du panache polluant en Naphtal ne dissous de 40 ans 200 ans dans la nappe des Graves et dans la nappe de la Craie vues en plan et vues en coupes N S et E W Annexes 29 02 40 02 Mod le 3 convection dispersion sorption biod gradation Simulation du panache polluant en Naphtal ne dissous de 40 ans 200 ans dans la nappe des Graves et dans la nappe de la Craie vues en plan et vues en coupes N S et E W Annexes 41 02 45 02 Mod le 3 convection dispersion sorption biod gradation Evolutions simul es des concentrations aux droit des pi zom tres implant s dans la nappe des Graves dans la nappe de la Craie et au droit des points d observation consid r s Histogrammes de calibration des concentrations observ es calcul es pour la nappe des Graves et pour la nappe de la Craie Annexes 46 02 48 02 Comparaisons des r sultats des trois mod les Comparaison des r sultats de simulations obtenues par les trois mod les pour la nappe superficielle de
22. nementales et de l occupation des sols actuelles et futures du site Thierrv BLONDEL Cabinet Conseil BLONDEL SIRET 439 192 428 000 19 Code APE 742C Le Parc Technologique de Lyon T l 04 78 90 87 60 Fax 04 78 90 84 26 12 all e Ir ne Joliot Curie B timent B2 Mobile 06 61 10 96 75 E mail tblondel aol com 69 791 Saint Priest Cedex France URL Site Internet http www ccblondel com Forum de discussion Mod lisation Hydrog ologie Pollution http groups yahoo com group modhydropoll Version du 25 f vrier 2002 page 17 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW s Cabinet Conseil BLONDEL ANNEXES 1 02 14 02 Mod le 1 convection dispersion Simulation du panache polluant en Naphtal ne dissous de 40 ans 200 ans dans la nappe des Graves et dans la nappe de la Craie vues en plan et vues en coupes N S et E W Version du 25 f vrier 2002 page 18 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW s Cabinet Conseil BLONDEL ANNEXES 15 02 28 02 Mod le 2 convection dispersion sorption Simulation du panache polluant en Naphtal ne dissous de 40 ans 200 ans dans la nappe des Graves et dans la nappe de la Craie vues en plan et vues en coupes N S et E W
23. oncentration en solut par exemple entre le toit pollu et le mur non pollu d une couche semi perm able imperm able comme c est le cas ici pour les Argiles de Louvil Le panache r sultant atteint l aquif re inf rieur crayeux avec une att nuation importante et donc des teneurs assez faibles compar e aux teneurs estim es pour l aquif re superficiel graveleux qui est lui fortement atteint lat ralement par la pollution en solut de Naphtal ne Version du 25 f vrier 2002 page 10 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW l Cabinet Conseil BLONDEL En r sum l horizon imperm able des Argiles de Louvil fonctionne comme une barri re naturelle vis vis des coulements mais non vis vis des substances polluantes dissoutes qui finissent par traverser par dispersion diffusion cette barri re Du fait de leur lenteur ces ph nom nes de dispersion diffusion travers l horizon argileux de couverture occasionnent une forte att nuation des teneurs r sultantes en solut de 2 Naphtal ne dans la nappe de la Craie sous jacente 4 2 Cas 2 Mod le hydrodispersif avec sorption Le deuxi me mod le hydrodispersif avec sorption cf Annexes 15 02 28 02 r alis en utilisant les champs de vitesses et les flux simul s par la mod lisation hydrodynamique montre un me
24. ore une fois que l horizon imperm able des Argiles de Louvil s il fonctionne toujours comme une barri re vis vis des coulements qui deviennent gravitaires et avec des vitesses tr s faibles reste faiblement perm able aux polluants dissous qui finissent toujours par traverser principalement par dispersion diffusion cette barri re Pour la Cas 3 le panache r sultant affectant la nappe de la Craie est cependant tr s att nu et reste tr s localis par rapport au panache polluant affectant de mani re plus prononc e la nappe des Graves En r sum pour la nappe de la Craie la simulation r alis e en prenant en compte les ph nom nes de sorption et de biod gradation donne les meilleurs r sultats quant au calage avec les valeurs r ellement mesur es au droit des pi zom tres de suivi implant s dans cette nappe Version du 25 f vrier 2002 page 14 22 l Cabinet Conseil BLONDEL INERIS Projet TRANSPOL Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW 5 CONCLUSIONS Suite aux tudes initi es en 1999 par FSS International r amp d le Cabinet Conseil BLONDEL a r alis et fait la synth se des r sultats de simulation sur trois mod les hydrodispersifs partir du cahier des charges d fini pour le Cas R el 1 fourni par l INERIS dans le cadre du projet TRANSPOL Pour ce faire le Cabinet Conseil BLONDEL a utilis l un des logiciels simulant les coulements souterrains
25. ous consid r e ici de l ordre d une ann e est issue de donn es tir es de la litt rature ces donn es sont fond es en majorit sur des r sultats de tests de biod gradation sur colonne r alis es en laboratoire Il faut consid rer ce taux comme majorant car il est connu que les conditions de laboratoire ne repr sentent jamais ou rarement les conditions naturelles du milieu souterrain En ce qui concerne l estimation des taux de biod gradation de produits organiques dissous ces derniers sont tr s largement influenc s par les variations spatiales et temporelles des conditions physico chimiques pH Eh etc et biochimiques potentiel et type d activit s bact riennes etc du milieu poreux satur ainsi que par les teneurs en oxyg ne dissous dans les eaux souterraines et la pr sence et la quantit disponible d ions min raux dits accepteurs d lectrons voir synth se sur la biod gradation r alis e par le Cabinet Conseil BLONDEL rapport TBL _017 02 b de f vrier 2002 Pour chacun des trois mod les hydrodispersifs ainsi d finis la simulation en transport a t r alis es en r gime permanent et sur une p riode totale de temps couvrant 200 ans soit environ 73000 jours Pour les trois simulations ainsi r alis es la recharge en Naphtal ne sous forme dissoute contaminant les eaux souterraines de la nappe sup rieure des Graves a t d finie au droit des zones pollu es pr alablement d
26. par les trois mod les e pour la nappe superficielle des Graves e pour la nappe de la Craie e pour les points d observations consid r s Version du 25 f vrier 2002 page 22 22
27. param tres de sorption L encore nous pouvons mettre en vidence par la simulation num rique r alis e que l horizon imperm able des Argiles de Louvil s il fonctionne comme une barri re vis vis des coulements qui deviennent gravitaires et avec des vitesses tr s faibles n est absolument pas tanche aux polluants dissous qui traversent par dispersion diffusion cette barri re Du fait du potentiel de sorption important des Argiles de Louvil le transfert de solut travers cet horizon simul dans le Cas 2 est encore plus att nu que pour le cas pr c dent Cas 1 En r sum pour le cas 2 le panache r sultant affectant la nappe de la Craie est tr s att nu par rapport au panache polluant qui affecte de mani re plus prononc e mais avec une extension lat rale moins importante que pour le Cas 1 la nappe des Graves 4 3 Cas 3 Mod le hydrodispersif avec sorption et biod gradation Le troisi me mod le hydrodispersif et avec prise en compte des ph nom nes de l att nuation naturelle sorption et biod gradation cf Annexes 29 02 45 02 a t r alis en utilisant les champs de vitesses et les flux simul s par la mod lisation hydrodynamique Il montre encore un meilleur calage en transport de solut courbes de restitution du Cas 3 au niveau des pi zom tres de suivi pour les deux nappes donn es en Annexes 46 02 48 02 Version du 25 f vrier 2002 page 12 22 INERIS Projet TRAN
28. pour les Cas 1 et 2 Les teneurs calcul es simul es sont ainsi globalement r duites d un facteur 10 par rapport aux teneurs calcul es pour le Cas 2 Pour le cas 3 le plateau dans les concentrations simul es n est jamais atteint sur l ensemble des points d observation et pour la dur e de simulation consid r e 200 ans Les cartes et coupes fournies en annexe cf Annexes 29 02 40 02 montrent l volution potentielle du panache polluant en Naphtal ne dissous pour le mod le tudi dans le cas d une simulation hydrodispersive avec prise en compte des ph nom nes de l att nuation naturelle que sont la sorption et la biod gradation Sur l ensemble des cartes et des coupes N S et E W du Cas 3 on remarque clairement l influence de ces ph nom nes d att nuation naturelle par le fait que le panache de polluant dissous est beaucoup plus r duit et t nu que dans les autres simulations Cas 1 et 2 Le panache de solut traverse de mani re encore plus att nu e les Argiles de Louvil que pour les deux cas pr c dents En cons quence pour la dur e de simulation consid r e 200 ans le panache polluant qui atteint l aquif re inf rieur crayeux reste tr s limit et son extension reste faible Malgr la prise en compte des ph nom nes de l att nuation naturelle sorption sur l ensemble des couches et biod gradation pour la nappe des Graves la simulation num rique r alis e dans le cas 3 montre enc
29. ppliqu dans la simulation concern e Cas 3 seulement dans l aquif re de la nappe des graves il est en effet fort probable qu en profondeur au niveau des Argiles de Louvil puis de la nappe de la Craie le taux de d gradation du solut de Naphtal ne soit quasiment nul eut gard aux conditions r ductrices ou peu oxyg n e de ces niveaux stratigraphiques Ce choix a aussi t fait pour permettre de simuler un potentiel de transfert de solut au travers des Argiles de Louvil et donc une atteinte potentielle de la nappe de la Craie sous jacente ce qui est v rifi par les mesures sur site effectu es au droit des pi zom tres implant s dans la nappe de la Craie Version du 25 f vrier 2002 page 8 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW l Cabinet Conseil BLONDEL L introduction d un param tre de biod gradation au niveau des deux couches sous jacentes l aquif re sup rieur des Graves n a pas permis en effet de simuler un transfert de solut tout le solut tait alors consid r comme d grad lors du transfert travers ces couches et il n y avait plus atteinte potentielle de la nappe de la Craie par le solut de Naphtal ne du moins en prenant en compte le temps de demi vie d environ une ann e pour ce solut Nous pr cisons que la p riode de demi vie du Naphtal ne diss
30. quif res est constitu par les Argiles de Louvil La pollution par des HAP sous forme dissoute affecte actuellement la qualit des eaux de la nappe libre peu profonde de l aquif re sup rieur graveleux Le but de l tude est de mod liser la migration potentielle des HAP en phase dissoute travers l horizon interm diaire argileux faisant office de couverture pour la nappe captive de l aquif re inf rieur crayeux 3 CADRE DE L ETUDE Pour la r solution du probl me pos et sur la base de la connaissance pr alable de certains param tres en jeu dans le cas r el n 1 tel que d fini dans le cahier des charges de l INERIS FSS International r amp d a t amen utiliser la derni re version du logiciel Visual MODFLOW version 3 0 de 2001 2002 distribu par Waterloo Hydrogeologic Inc Canada Ce logiciel utilise les derni res versions des codes de calcul suivant fonctionnant par diff rences finies Win MODFLOW Suite avec MODFLOW 2000 pour les coulements MODPATH pour la trajectom trie de particules dissoutes et RT3D MT3DMS MT3D99 pour le transport de substances polluantes en phase dissoute de type compositionnel et avec prise en compte des ph nom nes d att nuation naturelle tels la dispersion la sorption et la biod gradation MT3DMS et de r actions g ochimiques en milieu a robie ou ana robie RT3D et MT3D99 Version du 25 f vrier 2002 page 4 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CR
31. s Graves pour la nappe de la Craie et pour les points d observations consid r s Version du 25 f vrier 2002 page 2 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW Cabinet Conseil BLONDEL 1 OBJET DE L ETUDE Dans la d marche de diagnostic et d valuation d taill e des risques que pr sentent les sites pollu s la connaissance du devenir des polluants dans l espace et dans le temps est de plus en plus indispensable Dans ce but l utilisation de codes de calculs analytiques ou num riques et en compl ment d une caract risation d un site pollu semble incontournable Pour rendre compte des ph nom nes de transfert potentiel de polluants au niveau des sols et des eaux souterraines de nombreux codes commerciaux ou du domaine public sont disponibles sur le march Une grande partie des codes du domaine public sont issus de projets de recherche et d veloppement initi s et ou financ s par des organismes publics am ricains en charge de pr s ou de loin des probl mes environnementaux li s la pollution des sols et des eaux dont principalement USEPA l AFCEE et USGS Parmi les codes commerciaux beaucoup proviennent du secteur p trolier o l int r t pour les coulements polyphasiques et compositionnels existe depuis plusieurs dizaines d ann es La plupart des ph nom nes physico chimiques en jeu dan
32. s le transfert de polluants en milieu poreux souterrain satur ou non dont les m canismes d att nuation naturelle dispersion sorption biod gradation etc sont aujourd hui assez bien ma tris s et int gr s dans ces codes de calculs Face un nombre important de codes commerciaux et du domaine public disponibles sur le march l heure actuelle une demande grandissante quant leur utilisation pour la r alisation d valuation d taill e de risques dans le cadre d audits environnementaux et la complexit de mise en uvre de ces codes qui demandent pour la plupart des connaissances multidisciplinaires et une exp rience sp cifique le Minist re de l Am nagement du Territoire et de l Environnement a demand l INERIS d animer un groupe de travail pour pr ciser les modalit s de choix et d utilisation de codes de transfert de produits polluants en s attachant dans un premier temps au cas des pollutions de sols et de nappes par des HAP A la demande de l INERIS FSS International r amp d et le Cabinet Conseil BLONDEL participent ce groupe de travail sur la base de sa capacit et de son retour d exp rience dans le domaine de la mod lisation d coulements polyphasiques et du transfert de polluants en milieu poreux de sa connaissance et de sa ma trise de nombreux codes de simulation ainsi que par ses comp tences en mati re de compr hension et d laboration de codes de calcul permet
33. s montrent que l unit lithologique constituant l aquif re sup rieur des Graves pr sente non seulement un assez fort pouvoir de r tention par sorption comme pour les autres couches consid r es dans le cas r el 1 cf Cas 2 mais aussi un pouvoir de biod gradation non n gligeable pour le solut de Naphtal ne consid r Cas 3 Les ph nom nes d att nuation naturelle affectant le transport de solut de Naphtal ne dans la nappe sup rieure des Graves influencent grandement l impact potentiel sur le substratum de cette nappe superficielle constitu par les Argiles de Louvil et donc a fortiori sur la nappe de la Craie sous jacente Version du 25 f vrier 2002 page 13 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW Cabinet Conseil BLONDEL Le graphe pour le Cas 3 donn en Annexe 48 02 montre l volution possible des teneurs en Naphtal ne dissous au droit des points d observation implant s sur le domaine mod lis selon les coordonn es fournies par l INERIS pour le cas r el 1 Obs1 Obs10 On remarque que ce sont les points d observation Obs1 et Obs3 implant s en p riph rie proche autour des zones sources de pollution consid r es qui sont le plus atteints par le panache polluant L influence de la biod gradation est nettement visible pour le Cas 3 en comparaison avec les m mes courbes de restitution
34. sible des teneurs en Naphtal ne dissous au droit des points d observation implant s sur le domaine mod lis selon les coordonn es fournies par l INERIS pour le cas r el 1 Obs1 Obs10 On remarque que ce sont les points d observation Obs1 et Obs4 implant s en p riph rie proche au Sud des zones sources de pollution consid r es qui sont le plus atteints par le panache polluant Le plateau dans les concentrations simul es n est atteint que pour les points d observation Obs1 et Obs4 Les cartes et coupes fournies en annexe cf Annexes 1 02 14 02 montrent l volution potentielle du panache polluant en Naphtal ne dissous pour le mod le tudi dans le cas d une simulation hydrodispersive sans prise en compte de ph nom ne d att nuation naturelle sans sorption ni biod gradation On remarque sur les coupes N S et E W que le panache de polluant dissous traverse les Argiles de Louvil malgr des vitesses d coulement faibles et tr s lentes coulement gravitaire par drainance travers l horizon imperm able argileux Ce transfert de solut travers une barri re dite imperm able est possible si l on consid re les ph nom nes de drainance tr s lents et surtout les ph nom nes diffusifs diffusion mol culaire Ces ph nom nes tr s lents eux aussi ne n cessitent aucun mouvement convectif ils deviennent possibles pour peu que le milieu soit satur en eau et qu il existe un gradient de c
35. tances dissoutes que les ph nom nes d talement et donc de dilution du front de pollution par dispersion m canique et diffusion mol culaire Ces ph nom nes de dispersion se superposent aux ph nom nes convectifs induits par la circulation des eaux souterraines en milieu poreux ils cr ent ainsi un talement du front de pollution ou du panache polluant en fonction du temps et de la distance parcourue par les particules d eau charg es en solut circulant travers un milieu aquif re satur Rappelons ici que le mouvement convectif des particules d eau charg e en substances dissoutes constitue le principal vecteur de transfert de solut en milieu poreux satur Version du 25 f vrier 2002 page 7 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW s Cabinet Conseil BLONDEL Dans un second temps Cas 2 nous avons repris le m me mod le hydrodispersif mais en consid rant cette fois en tant qu hypoth se plus r aliste moins majorante du devenir de polluant se dispersant dans un milieu poreux souterrain la sorption du Naphtal ne dissous sur la matrice du milieu poreux satur Il s agit du param tre de l att nuation naturelle qui introduit un facteur de retard sur le transport de substance polluante en phase dissoute voir synth se sur ce param tre r alis e par le Cabinet Conseil BLONDEL rapport
36. tant la simulation des coulements mono et polyphasiques La pr sente tude a pour objectif la mod lisation du cas r el n 1 propos dans le projet TRANSPOL d fini par l INERIS dans son cahier des charges en date du 20 juillet 1999 Ce cas r el concerne l tude d une pollution par des HAP sous forme dissoute ayant un impact sur un aquif re de type bicouche les deux couches aquif res tant s par es par un horizon argileux d une dizaine de m tres d paisseur Version du 25 f vrier 2002 page 3 22 INERIS Projet TRANSPOL Cas r el CRI N Dossier TBL 017 02 Etude de pollution par des HAP Mod lisation num rique avec Visual MODFLOW Cabinet Conseil BLONDEL 2 DESCRIPTION DES TACHES Le cahier des charges d fini par l INERIS concerne un cas r el d un ancien site industriel dont les sols pr sentent une contamination par des HAP hydrocarbures aromatiques polycycliques D apr s les renseignements fournis par l INERIS d un point de vue hydrog ologique le site comporte deux aquif res superpos s s par s par un horizon interm diaire aquiclude imperm able et argileux L aquif re sup rieur est constitu par des graves la nappe pr sente dans cet aquif re est du type nappe libre L aquif re inf rieur est constitu par de la craie la nappe pr sente dans cet aquif re est du type nappe captive L horizon imperm able en terme d coulement s parant ces deux a
37. vec Visual MODFLOW Cabinet Conseil BLONDEL Annexe A Proposition d une Charte de Bonne Pratique pour la r alisation de mod lisations en coulement et en transport de polluants Mod lisation Mode d emploi Est il n cessaire de r aliser un mod le Si oui gt Se poser les Bonnes Questions Dans quel cadre et pourquoi doit on r aliser le mod le Que devra apporter le mod le Quel est le domaine d tude mod liser Que conna t on du site et de quel type d informations dispose t on Quelle est la probl matique du site mod liser Quels sont les param tres d entr e n cessaires la mod lisation etc Donn es de terrain en faire la synth se g ophysique et autres mesures sur site pi zom tries pollution ventuelle et typologie des polluants r sultats et suivis analytiques sur chantillons de sols et ou d eaux etc Donn es g ologiques et Elaboration du Sch ma conceptuel du site simplification du hydrog ologiques syst me r el et justification des hypoth ses retenues en fonction de la probl matique consid r e et ventuellement selon une Approche Source Vecteur Cible par ex dans le cas d une valuation d taill e des risques ou EDR Comportement et caract ristiques des ventuelles substances polluantes en pr sence et pour le milieu consid r Param tres d entr e du mod le et Choix du mod le Analytique ou Num rique p
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