Simulation du transfert de polluant au sein d`un aquifère
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1. E H H H H H H H H gt H H H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H OOOOOocoocococooooocoocooocococ o Cs Ke Ke Ke Ke E 1 H H a H H H H H gt H H H gt H gt H gt H CSK Ke Ke Ke Ke Ea Ea Ea H H H H H gt H H H gt H CEK Ke Ke Ke Ke Ee Ea H H H H gt H OOOOococoocooooocoocco CSK Ke Ke Ke Ke Ke E Ea E E H H H H H H H H H H H H H gt H gt H gt H gt H C Ko Ke Ke Ke Ke Ke H H H H H H H H H H H gt H H gt H gt H a H CSK Ke Ke Ke Ke Ke E H H H H H H H H H H H H H H H gt H H gt H gt H gt H gt H gt H gt H a H a gt H a H a H a H a E H H H H H H H H H H H H H gt H H gt H H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H CE Ke Ke Ke Ke Ke Ee Ea Ea E E E H H H H H H H H H H gt H H gt H gt2. 177 D 534 Zone des captages de Lillion 33 A 1 3 Coupe synth tique de la zone d tude ZONE DE MODELISATION Source de pollution N NW Captage AEP de Lillion S SE La Vilaine e gt r w e aD D alluvions quaternaires COUCHE 1 sables tertiaires COUCHE 2 1 4 cm 400 schistes argileux H e 1 20 calcaires grossiers marneux 34 Annexe 2 M thodologie mise en uvre AZ 4 7 KAN AU 4 at gt Carte des zones d altitudes relatives du mur de l aquif re sableux par rapport son toit top2 et en pointill vert les altitudes absolues du mur du bassin sableux de Lillion 35 A 2 2 M thode d interpolation A partir de la carte g ologique de la carte des isohypses du bassin sableux des r sultats des forages et sondages r alis s par la soci t G oarmor une coupe a t r alis e cf Annexe A 1 3 et les zones d paisseurs relatives d finies Les points d altitude connue courbes de niveau et points cot s de la carte IGN ont t digitalis s cr ation d un fichier XYZ avec le Digitizer de PMWIN De cette fa on 1324 points ont t digitalis s pour la surface de la nappe alluviale L altitude de chacune des mailles de la surface des alluvions a ensuite t interpol e l aide du Field Interpolator de PMWIN selon la m thode d interpolation lin aire de Shepard 1968 qui utilise l inverse de la
3. une mauvaise interpr tation des mesures Comparison of Calculated and Observed Heads w D a o 2 2 3 2 o Observed Heads Figure 5 Droite de corr lation Calage hydrodynamique en r gime permanent 13 Figure 6 carte des zones et valeurs de perm abilit apr s calage Aquif re alluvial Les zones rouges correspondent aux tangs dont les berges et le fond sont colmat s G oarmor 1995 La partie jaune repr sente les alluvions Fz et la verte les alluvions Fy Les cellules grises sont les cellules inactives li es l imperm abilisation des surfaces de la zone industrielle de la tr s faible paisseur de s diments et de l absence de l aquif re sableux Figure 7 Carte pi zom trique de l aquif re alluvial Calage hydrodynamique en r gime permanent 14 00 5 Figure 8 Carte pi zom trique de l aquif re sableux Calage hydrodynamique en r gime permanent Les cartes pi zom triques obtenues apr s calage des param tres sont satisfaisantes car elles correspondent assez bien aux cartes r alis es par G oarmor 1995 partir de la campagne pi zom trique de 1994 On y retrouve gt le sens d coulement de l eau souterraine qui est globalement Ouest Sud Ouest du c t Est de la rivi re le front d appel du captage AEP gt les relations nappe rivi re le fort gradient hydraulique dans le coin Nord Ouest de la grille gt les valeu
4. gt en ce qui concerne la simulation des coulements le logiciel Modflow 96 module d hydrodynamique d velopp par l U S Geological Survey Harbaugh and McDonald 1996 pour le transport r actif des polluants le logiciel MT3D module de transport d velopp par Zheng et la soci t Papadopoulos amp Associates avec l aide financi re de l U S EPA 1990 pour le calage des param tres r gissant l coulement le logiciel de mod lisation inverse UCODE d velopp par Poeter and Hill 1998 Ces logiciels sont inclus dans le logiciel Processing Modflow version 5 3 0 Chiang et Kinzelbach 1998 ils utilisent la m thode de r solution des diff rences finies et ils fonctionnent selon une approche d coupl e Ainsi les donn es de sortie issues du module d coulement MODFLOW profil des isopi zes et calcul des vitesses sont utilis es comme donn es d entr e par les modules de transport PMPATH et MT3D 22 RAPPORTS ET DOCUMENTS CONSULTES Les documents suivants ont t consult s pour la construction du mod le num rique la carte g ologique de Rennes au 1 50000 et sa notice la carte topographique IGN au 1 100007 la fiche de donn es toxicologiques et environnementales des substances chimiques de l INERIS pour le TCE le rapport d enqu te tude g ologique et p dologique du g ologue agr au sujet de la d termination du p rim tre de protection du captage de Lillion 1981 l
5. tude hydrog ologique du secteur Lillion Bougri res par la soci t G oarmor 1995 comprenant la carte de d limitation du bassin versant total du captage la carte des isohypses altitudes du mur de l aquif re de l aquif re sableux les r sultats des forages et sondages r alis s sur la zone d tude les donn es bimestrielles de la campagne pi zom trique sur l ann e 1994 les six cartes pi zom triques r sultats de la campagne pi zom trique le bilan hydrique de la zone les r sultats d analyse granulom trique des aquif res Yves Qu t g ologue d partemental agr les r sultats d un essai de pompage r alis au niveau du captage dans les sables L tude de ces documents fournit l ensemble des donn es n cessaires la r alisation du mod le dont les caract ristiques sont pr sent es ci dessous Les figures des documents et rapports sont pr sent es en Annexe 3 MODELISATION DES ECOULEMENTS SOUTERRAINS 3 1 DONNES D ENTREE 3 1 1 G om trie du syst me A partir de la carte g ologique de Rennes au 1 50000 ainsi que de sa notice et de l tude hydrog ologique du secteur de Lillion Bougri res r alis e en 1994 par la soci t G oarmor nous avons d fini la pr sence de 3 aquif res au droit de la source de pollution un aquif re fissur de socle qui sauf exception pr sente des caract ristiques hydrodynamiques m diocres il ne sera donc pas re
6. 02 256E02 0 ho e elu xe qnc qox qr alluvions 2 17E 02 4 81E 02 219602 0 m po pcm ob 51 alluvions 276E02 04E02 246E02 532825 sabes 4918 _ 1 50E 18 6 85E20 awon 485E02 aise mees gt 1 sabes ses gt gt gt seu 10e awon 318EG amp 47EGP 269E02 roes gt o sabes shes gt gt 8288 117623 _ 211625 salon 313E02 347E02 269E02 106830 gt gt ses 828 23 117E23 211625 51 Annexe G Autres documents et tudes r alis es au cours du stage R alisation d une base de donn e physico chimique sur les principaux polluants R alisation d une base de donn e sur les aquif res valeurs de perm abilit s et de porosit pour les diff rentes formations aquif res R alisation d une base de donn e sur les guides m thodologiques et sur la bibliographie concernant les sites et sols pollu s Slugtests r alisation du protocole de l essai r alisation d essais sur le terrain r alisation de tableurs d interpr tation graphique des mesures R alisation d une ESR Etude Simplifi e des Risques recherche documentaire tude hydrog ologique r daction du rapport Etude de march sur les pr l vements stratifi s en nappe Diagnostic hydr
7. communications possibles Vilaine gt tangs a4 ASE 227277 D NNAISE DE DRAGA 24 ER 22 i re de la Piblais K NZ Commune de St Jacques de la Lande 35 D Ms DE CARTE DE SYNTH SE AU 1 20000 aa S A ER 7 Extrait Mire Ur ie rts LEICA Ouest b Extrait G oarmor R2705 juillet 03 43 Annexe C 3 Synth se eee limite de sous bassin E alluvions rouges Ezz alluvions emiennes UE abies tertiaires L alluvions r centes Annexe D D finition conductance Slugtests Annexe D 1 D finition de la conductance La conductance hydraulique est d finie par la relation suivante K L Avec K conductivit hydraulique verticale du lit de la rivi re L longueur de la rivi re dans la cellule W largeur de la rivi re dans la cellule M paisseur du lit de la rivi re Pour les calculs la valeur de K est de 1 107 m s soit 0 864 m j et l paisseur du lit de la rivi re est suppos e constante M 1m Les valeurs calcul es pour la conductance de la rivi re sont pr sent es ci dessous 44 CE Ke Ke Ke Ke Ke E H H H H H H H H H H a H H gt H gt H gt H a gt H a gt H gt H gt H gt H a gt H gt H gt H gt H gt H
8. Une pollution au Trichloro thyl ne TCE a t d tect e dans les eaux souterraines au niveau de deux pi zom tres au droit d une zone industrielle en 2005 Le TCE est un solvant chlor liquide soluble dans l eau mais qui se volatilise rapidement partir de l eau ou du sol et dont la principale utilisation est le d graissage des pi ces m talliques Cette pollution proviendrait d un d versement accidentel de solvants chlor s tel qu une fuite d un ou de plusieurs bidons Les pi zom tres sont implant s dans des alluvions miennes formation Fy la base d une nappe alluviale Ces alluvions rouges sont constitu es de sables et graviers Dans le secteur depuis plus de quarante ans ces alluvions anciennes de la Vilaine ont t exploit es entrainant la cr ation de nombreux tangs dont l tang de la Piblais sur lequel ont lieu des activit s de loisir Kayak planches voiles etc La formation Fy est surmont e par endroits d alluvions r centes holoc nes formation Fz constitu e d argiles limons et graviers Les formations Fy et Fz constituent la nappe alluviale Cette nappe alluviale est situ e de part et d autre de la Vilaine en aval de la ville de Rennes Elle repose sur des sables du plioc nes formation p1p2 aquif re homog ne constitu de sables moyens et fins propres et exploit par un captage AEP Alimentation en Eau Potable au niveau du bassin sableux de Lillion largeur maximale 500 m long
9. aux limites de l aquif re alluvial sous PMWIN imi F igure 2 Rep Figure 3 Repr sentation des conditions aux limites de l aquif re sableux sous PMWIN charge impos e puits de pompage charge variable rivi re Wi limite flux nul Mi recharge nulle Figure 4 Zones pour lesquelles la recharge est nulle tangs et zone industrielle Les autres mailles ont une valeur de recharge de 5 2 10 m 3 1 5 Coefficient de perm abilit Dans un premier temps la perm abilit a t consid r e comme isotrope et uniforme dans chacun des aquif res repr sent s Aquif re sableux Les essais de pompages r alis s dans les sables au niveau du captage AEP par la soci t G oarmor ont fournit des valeurs de perm abilit de l ordre de 4 10 m s soit 34 56 m j Aquif re alluvial Ne disposant pas de mesures de perm abilit de cette formation j ai mis en place des essais d eau slugtests de type Lefranc par injection d eau dans 2 pi zom tres Les essais ont t r alis s conform ment la norme NF P94 132 octobre 2000 N ayant pas acc s la zone d tude ces essais ont t men s dans des pi zom tres traversant la formation Fy sur un site industriel distant de la zone d tude d environ 5 km Les essais ont t interpr t s graphiquement selon la m thode de Hvorslev 1951 les r sultats ont donn des valeurs de perm abilit de l ordre de 1 10 m s soit 0 86
10. donc plus recharg e en polluant Le TCE d tect au niveau des pi zom tres pr sents sur le site migrent alors dans le sens d coulement de la nappe c est dire vers l Ouest Sud Ouest Ainsi il n y a pas de risque sanitaire li aux eaux souterraines pour toute la zone situ e l Est et au Nord du site Les dimensions du secteur d tude choisi sont de 2700 m x 1620 m 1 2 OBJECTIF Le but de cette tude est de r aliser un mod le num rique simulant l volution du panache de TCE au sein des aquif res pr sents au droit de la zone d tude partir de la zone industrielle source afin de pr dire son impact en termes de concentrations sur les cibles potentielles savoir Captage AEP de Lillion gt Puits priv au niveau des habitations de la Piblais gt Etang de la Piblais Figure 1 Localisation de la source et des cibles dans la zone d tude Les principales tapes conduisant la simulation du transfert de polluants chlor s dans les aquif res sont pr sent es ci dessous elles constituent le plan de ce rapport gt la simulation du comportement hydrodynamique gt la simulation du transport r actif du sans tenir compte des r actions de d chloration le ph nom ne d adsorption sur la mati re organique du sol peut se produire et jouer un r le dans l volution du panache 2 REALISATION DU MODELE HYDROGEOLOGIQUE 2 1 LOGICIELS UTILISES Les logiciels employ s sont
11. men une campagne pi zom trique 74 pi zom tres bimestrielle sur la zone d tude en 1994 Les r sultats de ces lev es ont donn lieu la r alisation de 6 cartes pi zom triques janvier mars mai juillet septembre et novembre Les cartes diff rent tr s peu entre elles except au niveau de la rivi re qui se retrouve tant t en position d alimenter la nappe alluviale tant t en position d tre aliment e par elle Compte tenu des objectifs qualitatifs et quantitatifs de l tude j ai choisi de r aliser la mod lisation en r gime permanent sur l ann e moyenne 1994 la rivi re tant aliment e par la nappe alluviale except au niveau du captage de Lillion la rivi re est drain e par la nappe Sur les 74 pi zom tres utilis s par la soci t G oarmor pour la campagne pi zom trique 36 se trouvent dans la zone qui nous int resse leurs valeurs de charge pi zom trique moyenn es sur l ann e 1994 serviront de r f rences pour le calage du mod le Dans ce but les coordonn es X Y ainsi que les valeurs de charges correspondantes de ces pi zom tres seront rentr es dans le module Boreholes and Observation de PMWIN Le tableau des cotes pi zom triques des diff rentes lev es leurs valeurs moyenn es sur l ann e ainsi que les cartes pi zom triques sont pr sent es en Annexe B 3 2 SIMULATION HYDRODYNAMIQUE EN REGIME PERMANENT 3 2 1 des param tres L objectif de cette tude tan
12. 0 60 20 56 20 54 20 54 20 55 20 35 20 09 19 76 20 45 19 22 20 47 18 82 19 63 19 60 21 39 21 19 21 26 22 32 22 52 21 57 21 59 22 37 23 64 24 76 25 35 22 94 22 90 20 58 20 49 20 69 20 39 20 50 40 Annexe B 2 Carte pi zom trique G ls com S YNOICAT INTERCOMMUNM DES LAUX OE LE LION DE MOMDULLES 147 Captages de L im e EA Ae R DUTEAU IM ap entrait agrandi la bouie LO 111 a DE D m NT A AR fe y LAS e Rennus S Ja cqyes Cette carte pi zom trique est celle correspondante aux lev es de juillet 1994 r alis es par G oarmor 41 Annexe C D finition des conditions aux limites Annexe C 1 Extrait de la carte g ologique de Rennes au 1 50000 X wn EA um m Nr R 1 CE Wu 1 nappe alluviale COUCHE 1 alluvions holoc nes sommet Fz de la nappe alluviale COUCHE 1 2 alluvions miennes base de sables tertiaires COUCHE 2 42 Annexe C2 Carte du bassin versant 4 Planche n 3 captage de Lillion gt gt Marche gt gt a gt FM adt schistes A 4 limites des sous bassins versants VIS lt A a e APA 7 2 2 A M B e SA 3759777 7 7 S 22 7 77 A X l 4 22 2
13. 4 m j D apr s l tude G oarmor les berges des tangs sont colmat es et ont ainsi une perm abilit de 2 8 fois moins importante que celle de l aquif re une valeur quivalente au 1 5 de celle choisie pour les alluvions leur a donc t attribu e soit 2 10 m s 0 1728 m j Les mesures ainsi que les formules utilis es sont pr sent es en Annexe D 3 1 6 Porosit efficace Aquif re sableux Une tude granulom trique r alis e par la soci t G oarmor a permis d estimer la porosit efficace 20 Aquif re alluvial Une tude r alis e par l Institut de G ologie de l Universit de Rennes 1981 donne une valeur de porosit efficace de 18 3 1 7 Rivi re La rivi re a t repr sent e l aide du River Package de Modflow qui calcule le flux entre rivi re et nappe selon la diff rence de charge entre la rivi re et les nappes et la valeur de la conductance du lit de la rivi re La Vilaine n a pas t d finie comme une limite charge impos e car d apr s les tudes G oarmor elle n est pas en parfaite connexion avec les aquif res ses berges et fond tant certainement colmat es Les conductances ont t calcul es en prenant la valeur de la perm abilit verticale de la nappe alluviale soit 1 10 m s Les valeurs de conductance ainsi que les formules utilis es sont pr sent es en Annexe D 10 3 1 8 Campagne pi zom trique de 1994 La soci t G oarmor a
14. Avec Q le d bit d injection F le facteur de forme Hs la charge hydraulique stable pendant l essai et Hi la charge initiale 47 PZ2 deux essais niveau variable ont t r alis s sur le pz2 Mesures m m 60 13 960 133 1 26 profondeur d eau profondeur d eau m m 0 0 0 0 0 340 48 Calcul du facteur de forme 10 1303013 0 112 R solution graphique r solution graphique essai 1 IH WH IH Q H Bol temps s 0 056 10 13030129 1 94506E 05 0 37 r solution graphique essai 2 o IH DH Bol 0 1 AVS QU O Ox S S P S S temps s 1 9451E 05 0 37 49 Annexe E R sultats du calage hydrodynamique Charge observ e m Charge Ecart charge calcul e calcul e m observ e m 50 Annexe F Concentrations en TCE calcul es aux points de surveillance au bout de 10 ans concentration en TCE g m pour les diff rents essais de simulation Essai 2 Essai 3 Essai 8 _ Points de surveillance sources cibles potentielles Lus rer ael suem 1 sables E Res Oe DN UR ses 288E17 zwew zur alluvions 2 49 02 4 95
15. EGIME PERMANENT 11 3 2 1 C lage des param tres EN en NS ee 11 32 2 M thodologie mise en uvre 12 3 2 3 R sultats 12 MODELISATION DU TRANSPORT DES 16 4 1 DONNEES D ENTREE neat ne d ciscus Pat tn cd 16 4 1 1 Concentration mitial amp en E 16 4 1 2 Points de atat 16 4 1 3 Evolution de la pollution au sein de la nappe 16 4 1 4 Conditions aux TUTHEOSS T E ud e E 20 4 2 SIMULATION DU TRANSPORT REACTIF ss 20 4 2 1 Calage des paramietres 20 ANALYSES DE SENSIBILIT 20 SYNTHESE DES RESULTATS 26 6 1 RESULTATS DE LA MODELISATION DES ECOULEMENTS 26 6 2 RESULTATS DE MODELISATION DU TRANSPORT 28 RESUME L tude pr sent e dans ce rapport s inscrit dans le cadre du stage r alis dans le bureau d tudes Axe implant Rennes 35 pour l obtention du dipl me de Master 2 Hydrologie Hydrog ologie de l Universit Pierre et Marie Curie Paris VI Le but de cette tude est la r alisation d une simulation num rique 3D du transfert d un polluant le Trichloro thyl ne au sein d un aquif re bicouche h t rog ne Le cas tudi correspond un cas r el de site industriel pollu Ce document d crit les tapes suc
16. H H gt H H H gt H gt H gt H gt H gt H gt H a H gt H H gt H gt H a H gt H Valeur des conductances calcul es pour la rivi re les valeurs de conductance diff rentes de O repr sentent la rivi re 45 Annexe D 2 Slugtests Principe Les essais par chocs hydrauliques consistent engendrer une impulsion de pression tr s br ve en un point d une nappe et observer la r ponse transitoire au m me point L interpr tation varie en fonction de la forme de la cavit o a lieu l impulsion On en retire essentiellement la transmissivit ou la perm abilit et avec moins de pr cision le coefficient d emmagasinement Cette m thode ne donne que des coefficients de perm abilit ponctuels en effet la perte de charge de l coulement se trouve concentr e au voisinage imm diat du pi zom tre M thode Sur le terrain la manip consiste rajouter slug test ou retirer bail test tr s rapidement un volume d eau dans un pi zom tre et suivre l volution du niveau d eau dans ce pi zom tre en fonction du temps La vitesse laquelle le niveau d eau initial est recouvr d pend d un facteur de forme du pi zom tre F ainsi que de la conductivit hydraulique du terrain K 1 Darcy 1 q FK H t H avec F 27 v ded d apr s Hvorslev 1951 Avec I longueur cr pin e d diam tre du pi zom tre K perm abilit m s Hi charge hy
17. H a gt H gt H gt H gt H gt H gt H a H CSK Ke Ke Ke Ke Ka Ea Ea H H H H H H H H H H H H H H H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H H CEK Ke Ke Ke K Ha E H a H H H H H H H H H H H H gt H H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H a H a H a O CSK Ke Ke Ke Ka Ka E H H H H H H H H H H H gt H gt H H H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt a H gt H CSE Ke Ke Ke Ke Ke E Ea H H H H H H H H H H H H H H H H H gt H gt H gt H gt H gt H a gt H a H a gt H a H H H H H H H H gt H H gt H gt H H gt H gt H gt H gt H gt H CEK Ke Ke Ke Ke Ke Ea Ea H H H H H H H H H H H H H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H gt H CK Ke Ke Ke Ke Ke Ee Ee He Ea E H H H H H H H gt H H
18. IL PEN Eoi SN X lt SA g 2 E e es Bougri res N gt V SE MS AE mu gt P EP 4 2 la Reuzetais 2 pU 41 29V5U0 5A15 S L 15 226 is A E zs S 9 s z e gt V E Pus ane L SE SS khe Ze 2 4 d D du OTt Su NE E Ts Nee 4 i C Dyt Vigne AT Ne A SES LU une vium lt o SS wo BELA eui EY PR gt ve Tei y gt ES LOS Jac q ues d el La n s EOM v amp Sm m NM 7 qu e ms X uus gt gs PU VN V Zi ut SE Nen P e C RO e se o ni 7 du Cisise 3 AN P N AIS ia S 20 gt OX E ir Airogare S lt 9 de Bon d DE det a Y 3 qs yi lez Golf i 2 P L L pe B deg p ERI D UM a re PXL d e a so GN MN MM med a A extension approximative des alluvions graveleuses _ bassin des sables pliocenes isohypses axes des coupes d apres sondages code minier rli odd m cds i cox um Y ys la Gautrais Su Ras Do t tas 3 kens LS A run X Barre GS HOSE Re gt NS e L teur z Fe ner so ls E aE SZ HS
19. Universit Pierre et Marie Curie cole des Mines de Paris amp Ecole Nationale du G nie Rural des Eaux et des For ts Master 2 Sciences de l Univers Environnement Ecologie Parcours Hydrologie Hydrog ologie Simulation num rique 3D du transfert de polluant au sein d un aquif re bicouche h t rog ne Rose Ben Simon Directeur de recherche Laurent Kraeutler Bureau d tudes AXE Rennes 35 Septembre 06 2 L I E 2 W Pienze CURIE juni ECOLE DES MINES ENGREF 1 SOMMAIRE INTRODUCTION 3 1 1 CONTEXTE Gt 3 1 2 OBJECTIF ner a SLR ttes 4 REALISATION DU MODELE HYDROGEOLOGIQUE eee eere eren ee enune 5 2 1 LOGICIELS MOL tas 5 22 RAPPORTS ET DOCUMENTS CONSULTES sense 5 MODELISATION DES ECOULEMENTS SOUTERRAINS eee eeeeeneee 6 3 1 DONNES D ENTREE te RID a E PRU REI UI SUAE 6 3 1 1 G om trie du e catre ae o Se CN EU os 6 311 2 Conditions aux TIE SG ede eed edi sette mda pd Denon Nae node T 3 1 3 T 3 1 4 POints d prelevetmefit soo dt vii Fes 7 3 1 5 Coefficient de perm abilit 10 3 1 6 Prosite efle a ec t Toto eO dbi Uta tod Usted Od fecu I e h 10 3 1 7 10 3 1 8 Campagne pi zom trique de 1994 11 32 SIMULATION HYDRODYNAMIQUE EN R
20. a BRGM 2001 Guide m thodologique pour l analyse des sols pollu s BRGM Guide sur le comportement des polluants dans le sol et les nappes Chiang W Kinzelbach W 1998 A simulation System for Modeling Groundwater Flow and Pollution Fetter C W 1993 Contaminant hydrogeology second edition Prentice hall Forum de discussion modhydropoll http fr groups yahoo com group modhydropoll Gelhar L W Welty C Rehfeldt K R 1992 A critical review of data on fieldscale dispersion in aquifers Water Resources Research 28 7 1955 1974 G oarmor 1995 Etude Hydrog ologique du secteur Lillion Bourgi res Hill M C 1998 Methods and guidelines for effective model Calibration U S Geological Survey Water Resources Investigations Report 98 4005 INERIS Fiches de donn es toxicologiques et environnementales du PCE TCE DCE et CV http www ineris fr recherches fiches fiches htm Ledoux E 2003 Mod les math matiques en hydrog ologie cours Lefebvre R Boutin A Mantel R Therrien R Parent M Blais V 2003 Caract risation et mod lisation num rique de l coulement et de la migration de la contamination en TCE dans l eau souterraine du secteur Valcartier Qu bec Canada Rapport de recherche R 631 Marsily G de 1981 Hydrog ologie quantitative Minist re de l am nagement du territoire et de l environnement Mode d emploi des outils m thodologique
21. alluvions sables alluvions sables alluvions sables alluvions sables alluvions sables OL m 170 170 170 170 14 07 14 07 14 07 14 07 92 04 92 04 92 04 92 04 ar m 17 17 56 1 56 1 1 41 1 41 4 64 4 64 19 79 19 79 19 79 19 79 Ay m 8 5 8 5 17 17 0 7 0 7 1 4 1 4 6 9 6 9 6 9 6 9 mY g 16310 1 2 10 1 63 107 1 2 10 1 63 107 1 2 10 1 63 107 1 2 10 8 8 10 6 72 107 2 38 107 1 8 10 K Fy m j 11 58 11 58 11 58 11 58 11 58 11 58 K Fz m j 17 28 17 28 17 28 17 28 17 28 17 28 K tangs m j 0 72 0 72 0 72 0 72 0 72 0 72 Valeurs test es Param tre Unit Essai 7 Essai 8 17 alluvions sables alluvions sables K Fy m j 5 79 17 37 K Fz m j 8 64 25 92 K tangs m j 0 36 1 08 OL m 92 04 92 04 92 04 92 04 QT m 19 79 19 79 19 79 19 79 dy m 6 9 6 9 6 9 6 9 Ka m g 1 63 107 1 2 10 1 63 10 1 2 10 Tableaux 7 et 8 Valeurs des param tres lors des simulation r alis es pour l analyse de sensibilit Valeurs minimales de dispersivit obtenues avec la formule 1 6 Valeurs maximales de dispersivit obtenues avec la formule 1 7 Valeurs minimales de dispersivit obtenues avec la formule 2 Valeurs maximales de dispersivit obtenues avec la formule 2 Valeurs minimales de K obtenues avec la formule 3 et valeurs moyennes de dispersivit des formules 1 et 2 Valeurs maximales de K obtenues avec la formule 3 et valeur
22. cessives qui ont conduit la cr ation du mod le num rique la mod lisation des coulements souterrains dans un premier temps du transport du Trichloro thyl ne dans l aquif re dans un deuxi me temps Enfin en l absence de donn es pr cises une analyse de sensibilit aux param tres hydrodynamiques et hydrodispersifs a t r alis e afin de d terminer les param tres pr pond rants du mod le en vue de l acquisition ult rieure de donn es compl mentaires ABSTRACT The study presented in this report lies within the scope of the training period carried out in the engineering and consulting department Axe established in Rennes 35 in order to complete a Master s degree in Hydrology Hydrogeology from the University Pierre et Marie Curie Paris VI The goal of this study is the realization of a three dimensional transport model of a pollutant Trichloroethylen within a heterogeneous double layered aquifer The studied case is a real case of a polluted factory site This document describes the successive stages which led to the completion of the numerical model modeling the groundwater flow first the Trichloroethylen transport in the aquifer next Finally an analysis of the sensitivity of the model to the hydrodynamic and hydrodispersive parameters was carried out in order to characterize the key parameters of the model and further acquiring new data and better knowledge of these parameters 1 INTRODUCTION 11 CONTEXTE
23. diff rentes publications et groupes de discussion modhydropoll relatives ce type de contaminant les valeurs et domaines de variation utilis s pour la simulation du transport de TCE sont pr sent es ci apr s Convection gt alluvial la porosit efficace varie entre 0 1 et 0 3 Castany 1998 Marsily 1994 Gelhar amp al 1992 Zheng amp Bennet 1995 La valeur fournie par l Institut de G ologie de l Universit de Rennes 1981 confirme cet ordre de grandeur Notons que dans le cas d une nappe libre on consid re que l emmagasinement S quivaut une porosit efficace ne gt sableux la porosit efficace varie entre 0 05 et 0 34 Castany 1998 La valeur estim e partir de l analyse granulom trique de G oarmor 1995 confirme cet ordre de grandeur Dispersion cin matique Malheureusement aucun essai de tra age n a t r alis sur le site C est pourquoi les valeurs des coefficients de dispersion ont t estim es selon une m thode commun ment utilis e bas e sur l chelle du secteur d tude Cette m thode consiste consid rer en premi re approche un coefficient de dispersion longitudinal de l ordre de 0 1 fois la longueur du panache de polluant ou de la longueur 17 parcourue par le polluant Lallemand Barres and Peaudecerf 1978 Pickens and Grisak 1981 Spitz and Moreno 1996 soit ar 0 1 Lp 1 Ce qui consiste supposer que la disp
24. distance pond r e d un facteur 2 Cette m thode utilise l quation suivante pour interpoler les valeurs des cellules d un mod le fonctionnant en diff rences finies N gt f Cd 1 gt 1 4 4 di la distance entre le point i et le centre de la cellule du mod le pour laquelle on cherche interpoler une valeur gt fi est la valeur au point i F est le facteur de poids ici 2 gt Et fest la valeur estim e pour la cellule du mod le Le logiciel Golden Surfer version 8 02 octobre 2002 a servi la repr sentation graphique des cartes des isohypses du mur et du toit de chaque aquif re ainsi qu leur repr sentation en 3D 36 Annexe R sultats A 3 Carte du toit de l aquif re alluvial 0 500 1000 1500 2000 2500 i A 3 2 Carte du mur de l aquif re alluvial toit de l aquif re sableux 1500 e a 0 D D T LD 124 SY i i 1000 1500 2000 2500 A 3 3 Carte du mur de l aquif re sableux 3 o o Bx uh 1000 2500 500 38 A 3 4 Surfaces Toit des alluvions 39 Annexe B Campagne pi zom trique 1994 Annexe B 1 Points de r f rence Nom Charge mesur e m Charge mesur e m Charge mesur e m Charge mesur e m Charge mesur e m Charge mesur e m Charge mesur e m ne MARS MAI JUILL SEPT NOV MOYENNE 20 65 21 05 20 70 20 65 2
25. draulique initiale m 2 Conservation de la masse 2 q a5 2 END o r rayon de l ouvrage m dt D apr s les quations 1 et 2 on obtient FK H 0 H m gt d H H _ rk 3 HG H Eie dt H t Hj m ar H t H In t H H m 2 E Posons 7 Z_ gt Liu 3 FK H H A t 0 H H et In H H c soit 3 M thode de r solution graphique H H _ Ho H Pour t To on a e 0 37 Ainsi sur un diagramme f r log HO H i papier semi log m H H t H 0 To peut tre lu directement pour 0 37 permettant ainsi d avoir acc s la perm abilit K 46 Mesures et r sultats PZ1 la descente de l eau apr s injection dans le pz1 tant trop rapide et ne permettant pas un suivi pr cis deux essais niveau constant ont t r alis s sur le pz1 Le d bit inject dans le pi zom tre permettant la stabilisation du niveau d eau a t mesur en chronom trant le remplissage d un bidon dont le volume tait connu NE charge s initiale prof eau initiale m 2 22 18 23 05 24 18 2 22 18 22 87 24 18 Calcul du d bit 0 035 0 00074468 0 035 0 000625 Calcul du facteur de forme longueur cr pin e m aa mue 10 0112 _ 8 mws w R sultats 8 44945E 05 2 98329E 06 Le calcul de la perm abilit pour un essai r alis niveau constant est le suivant K Q F Hs
26. e r aliser des mesures sur le terrain du type essai de tra age afin de mieux contraindre le mod le et d en am liorer ainsi les qualit s pr dictives 6 SYNTHESE DES RESULTATS 6 1 RESULTATS DE LA MODELISATION DES ECOULEMENTS Les tableaux suivants synth tisent les valeurs de calage des diff rents param tres hydrodynamiques les charges calcul es aux points de surveillance ainsi que le bilan des flux E Valeur de calage Param tre hydrodynamique unit Fy Fz Etangs Perm abilit horizontale m j 11 57 20 16 0 72 Perm abilit verticale m j 11 57 20 16 0 72 Tableau 9 Synth se de calage hydrodynamique Param tres de calage Flux m3 j Flux entrant 1 Flux sortant 2 1 2 Charges constantes 7107 37 2931 68 4175 69 Captage AEP 0 3620 3620 Echange avela 587 1845 65 1258 65 rivi re Recharge 702 94 0 702 94 Total 8397 31 8397 33 0 02 Tableau 11 Synth se du calage hydrodynamique Bilan des flux Syst me aquif re 26 zz PET Icul Nom Hauteur didi d calcul e Tableau 10 Synth se du calage hydrodynamique Charges calcul es 27 6 2 RESULTATS DE LA MODELISATION DU TRANSPORT Les diff rentes valeurs test es des param tres hydrodispersifs issues de la bibliographie sont pr sent es c
27. en TCE au sein du syst me aquif re Afin d am liorer ce mod le et du m me fait ses qualit s pr dictives il faudrait mener des campagnes de mesure des concentrations en TCE afin de pouvoir r aliser le calage des param tres hydrodispersifs Les simulations r alis es sur 10 ans montrent du fait d une recharge nulle en polluant une diminution progressive des polluants au niveau des pi zom tres dans lesquels la pollution a t d tect e Pour aucune des simulations la pollution n atteint le captage AEP pour certaines elle atteint les tangs et les habitations de la Piblais mais avec des concentrations n gligeables de l ordre de 10 40 En outre les analyses de sensibilit s effectu es sur certains param tres ont montr que le r sultat obtenu tait en grande partie fonction des donn es disponibles et de leur fiabilit Cependant afin de lever les incertitudes existant sur les valeurs de perm abilit l Est de la zone d tude ainsi que sur plusieurs param tres du mod le de transport r actif une campagne de mesures devrait tre r alis e afin de pouvoir proposer un mod le pr dictif d finitif 29 8 REFERENCES Anderson M P Woessner W W 1992 Applied groundwater modeling simulation of flow and advective transport Bour O 2004 TRANSPOL Rapport final Cas r el n 3 impact d un d versement des compos s chlor s sur la qualit des eaux souterraines INERIS DRC 04 55503 DESP R01
28. ent de la formation Fz correspondant au param tre p2 K 17 3 m j soit environ 2 107 m s les berges des tangs correspondant au param tre p3 pour lesquelles K 0 72 m j soit environ 8 3 10 m s Une carte faisant apparaitre les diff rentes zones de perm abilit a t r alis e cf figure 6 On observe des carts entre les charges calcul es et observ es inf rieures ou gales 13 cm sur la majeure partie des ouvrages de surveillance 12 Les pi zom tres pour lesquels les carts sont les plus importants sont tous situ s dans la partie Est de la zone d tude et sont relativement proches les uns des autres Le tableau qui suit pr sente un r capitulatif des erreurs obtenues concernant le calcul des charges sur les ouvrages de r f rence Erreur moyenne m 0 02 Erreur moyenne m valeur absolue Oa Erreur minimum m 0 valeur absolue Erreur maximum m 1 95 valeur absolue Tableau 2 R sum des erreurs sur les charges des ouvrages de r f rence calage hydrodynamique en r gime permanent De nombreux essais de calages dans les limites de variation de la perm abilit issues des slugtests cf Annexe D et de la notice de la carte g ologique de Rennes n ont pas permis de r duire significativement les carts trop importants Les causes de ces carts peuvent tre gt une forte h t rog n it des formations alluviales gt une erreur de mesure
29. ersivit varie avec l chelle Cependant Xu et Eckstein 1995 ont tudi les m mes donn es que celles publi es par Gelhar amp al 1992 et en utilisant une m thode des moindres carr s ont d velopp la relation suivante afin d estimer la dispersivit ar 0 83 logioL 2 ar coefficient de dispersion longitudinal m L longueur du panache m Dans les deux cas la valeur de dispersivit obtenue n est qu une estimation qui pourra donner au mieux un grand domaine de variation de dispersivit pour une longueur de panache donn e Cependant ces relations repr sentent un bon point de d part pour un travail de mod lisation De plus il existe de nombreuses relations empiriques entre les coefficients de dispersion longitudinale transverse et verticale qui ont t d crites G n ralement est estim gt 0 10 d apr s Gelhar amp al 1992 gt 0 33 a ASTM 1995 US EPA 1986 est estim gt 0 05 a ASTM 1995 gt de 0 025 aj 0 1 aj US EPA 1986 L application des formules ci dessus donne les domaines de variations suivants pour chacun des coefficients en prenant Lp 1700 m soit la distance entre la source de pollution et le captage m 170 14 07 m 17 56 1 1 41 4 64 8 5 17 0 7 1 4 Tableau 5 Valeurs des coefficients de dispersion m En l absence d informations relatives aux coefficients de dispers
30. gement sup rieures la valeur critique du foc pour le 7 104 pr sent e par Fetter 1993 En dessous de cette valeur critique la sorption sur la mati re organique est gale la sorption sur la mati re min rale Le domaine de variation du est de 70 190 cm g d apr s la fiche toxicologique de l INERIS Wiedermeier amp al 1998 L application de la formule 3 donne Aquif re alluvial Aquif re sableux 0 088 0 238 0 672 1 824 Valeur test e 0 163 1 248 Tableau 6 Valeurs du coefficient de partage eau sol cm g Les simulations de transport int grant le ph nom ne de sorption sont bas es sur une valeur de densit volumique du sol estim e partir de la bibliographie Wiedermeier amp al 1998 gt aquifere alluvial 1 78 g m gt aquif re sableux 1 59 g m 19 4 2 3 Conditions aux limites L eau entrant dans le syst me est non contamin e La source de pollution en TCE est suppos e disparue donc aucune recharge en polluant n est simul e La p riode de simulation est de 10 ans avec un pas de temps de 1 an 365 jours 4 3 SIMULATION DU TRANSPORT REACTIF 4 3 1 Calage des param tres Le calage des concentrations calcul es par rapport aux concentrations observ es n a pas t possible car il n y a pas eu de donn es disponibles sur les mesures effectu es sur le site apr s la d couverte de la p
31. i dessous Valeurs test es h Symbole Unit Essai 1 Essai 2 Essai 3 P Essai 4 6 Essai 5 Essai 6 y alluvions sables alluvions sables alluvions sables alluvions sables alluvions sables alluvions sables Porosit efficace n 06 0 18 0 2 0 18 0 2 0 18 0 2 0 18 0 2 0 18 0 2 0 18 0 2 operit g m 1 78 1 59 1 78 1 59 1 78 1 59 1 78 1 59 1 78 1 59 1 78 1 59 a aL m 170 170 170 170 14 07 14 07 1407 1407 92 04 92 04 92 04 92 04 ar m 17 17 561 561 141 141 464 464 1979 1979 1979 1979 2 dy m 8 5 8 5 17 17 0 7 0 7 1 4 1 4 6 9 6 9 6 9 6 9 5 Ka mg 1 63 107 1 2 10 1 63 107 2 105 1 63 107 1 2 10 1 63 107 1 2 10 8 8 103 6 72 107 2 38 107 1 8 10 Rappel La diffusion mol culaire n a pas t prise en compte dans les simulations Tableau 12 Synth se des valeurs test es en transport r actif Param tres hydrodispersifs L Annexe F donne les concentrations calcul es sur 10 ans pour le TCE aux diff rents points de surveillance On constate que l volution de la pollution dans les eaux souterraines est tr s limit e et ce pour les diff rentes valeurs test es de param tres hydrodynamiques et hydrodispersifs 3 Valeurs minimales de dispersivit obtenues avec la formule 1 14 Valeurs maximales de dispersivit obtenues avec la formule 1 5 Valeurs minimales de dispersivit obte
32. imites cf figures 2 et 3 telles que repr sent es dans le logiciel PMWIN repr sentent les conditions aux limites d finies pr c demment La figure 4 fait apparaitre les zones pour lesquelles la recharge est nulle 3 1 3 Maillage Le maillage est r gulier cf figure 2 Le syst me est discr tis en cellules de 30 m de c t soit 90 colonnes et 54 lignes Le nombre total de cellules est donc de 4860 Le choix de la taille des cellules a t effectu en mesurant sur la carte IGN la largeur minimale de la rivi re afin de la repr senter le plus finement possible 3 1 4 Points de pr l vement Le captage de Lillion consid r comme cible potentielle de la pollution comporte deux puits de pompage qui ont t repr sent s dans le mod le num rique Les puits du captage AEP sont cr pin s uniquement au niveau de l aquif re sableux Afin de simuler le tubage des puits dans le mod le une tr s forte valeur de perm abilit verticale 1 m s soit 86400 m j a t attribu e aux cellules des deux couches travers es par les puits La localisation et le d bit d exploitation de ces puits sont pr cis s dans le tableau suivant X Y D bit de pompage D bit de pompage Nom Colonne Ligne m3 j man 670 1487 23 5 1939 707735 P2 731 1457 25 6 1681 613446 Tableau 1 Pr l vements dans l aquif re sableux r sentation des conditions
33. ion caract ristiques du site tudi on choisira les m mes valeurs pour sableux et l aquif re alluvial Valeur obtenue par l utilisation de la formule 1 Valeur obtenue par l utilisation de la formule 2 18 Dans un deuxi me temps l optimisation du mod le de transport passe par le calage des concentrations en polluant calcul es par le mod le sur les concentrations mesur es Diffusion mol culaire La fiche toxicologique de l INERIS au sujet du TCE donne la valeur du coefficient de diffusion mol culaire suivante 9 1 10 cm s soit 7 8624 10 m j Dans cette tude la diffusion mol culaire dont la valeur du coefficient est tr s faible sera n glig e par rapport aux autres ph nom nes tels que la dispersion cin matique Adsorption Le coefficient de partage sol eau peut tre estim partir de la relation suivante en cas d absence de mesures directes Koc Dc 3 Ko coefficient de partage octanol carbone organique cm g foc fraction en mati re organique du sol Dans la bibliographie la fraction en mati re organique du sol correspondant la lithologie du site alluvions sablo graveleuses pour l aquif re alluvial et sables fins moyens propres pour l aquif re sous jacent est de l ordre de 0 00125 g g pour la nappe alluviale et de 0 0096 g g pour la nappe des sables Wiedermeier amp al 1998 Domenico amp Schwartz 1990 Ces valeurs sont lar
34. nues avec la formule 2 16 Valeurs maximales de dispersivit obtenues avec la formule 2 Valeurs minimales de K obtenues avec la formule 3 18 Valeurs maximales de obtenues avec la formule 3 28 7 CONCLUSION Le mod le permet de simuler la migration de solvants chlor s au sein d un aquif re bicouche Les deux grandes tapes n cessaires la mise en uvre de ce mod le num rique et la simulation de l volution du contaminant TCE au sein du milieu naturel sont les suivantes gt la mod lisation des coulements souterrains sans prendre en compte la zone non satur e puisque la source de pollution en surface est consid r e disparue gt la mod lisation du transport r actif Au cours de la premi re tape une phase de calage des param tres hydrodynamiques calage des niveaux pi zom triques a t men e Les simulations ont abouti une coh rence globale entre les donn es issues de mesures sur le terrain et les valeurs simul es par le logiciel Certains carts entre charge mesur e et charge calcul e demeurent cependant trop lev s Il serait int ressant de r aliser des mesures de perm abilit slugtests ou essais de pompage sur le site d tude afin de d finir plus pr cis ment le domaine de variation des perm abilit s La phase de calage des param tres hydrodispersifs calage des concentrations n a pas pu avoir lieu par manque de donn es sur l volution des concentrations
35. og ologique d un site industriel R daction d un guide m thodologique sur la mod lisation guide d utilisation du logiciel PMWIN principes et techniques de mod lisation tude d taill e de deux cas r els glossaire hydrog ologie mod lisation Formation PMWIN pour le personnel concern du bureau d tude Recherche et classement documentaire 52
36. olation Annexe A 3 R sultats 3 1 Carte du toit de l aquif re alluvial A 3 2 Carte du mur de l aquif re alluvial toit de l aquif re sableux A 3 3 Carte du mur de l aquif re sableux A 3 4 Surfaces Annexe B Campagne pi zom trique 1994 Annexe 1 Points de r f rence Annexe B 2 Carte pi zom trique Annexe C D finition des conditions aux limites Annexe C1 Extrait de la carte g ologique de Rennes au 1 5000 Annexe C2 Carte du bassin versant Annexe C3 Synth se Annexe D D finition conductance slugtests Annexe D1 D finition de la conductance Annexe D2 Slugtests Annexe E R sultats du calage hydrodynamique Annexe F Concentrations en TCE calcul e aux points de surveillance au bout de 10 ans Annexe G Autres documents et tudes r alis s au cours du stage 31 Annexe G om trie de l aquif re Annexe A 1 Documents utilis s A 1 1 Extrait de la carte IGN Echelle 1 20000 _ 32 A 1 2 Carte des isohypses du mur de l aquif re sableux Z ICA la Taypi SET E se A Lu lt es Re NI d n Om PSY NM 777 JA Pr vala SE Sn UOU Min l Heuzardi res 2 AA Centre diidocation dits die Eae 2 Cr Nu Ti S LA NS Ue rp Ch d Apign gt gt ap gt 2 v s Vox s EM ou lt la Maugegais Na 7 ds zw o podras 7 SAN
37. ollution Les r sultats obtenus ne sont par cons quent pas tr s fiables Afin d estimer l impact de la variation des valeurs de dispersivit sur les r sultats obtenus une analyse de sensibilit a t r alis e en faisant varier les valeurs des coefficients de dispersion dans les domaines de variation d finis plus haut 5 ANALYSES DE SENSIBILITE L analyse de sensibilit d un mod le peut tre effectu e en faisant varier fortement un ou plusieurs param tres Dans le cadre de cette tude trois param tres ont t choisis afin de tester la sensibilit du mod le leur variation Les tests de sensibilit portent sur les param tres suivants le coefficient de perm abilit K pour les diff rentes zones de la nappe alluviale gt le coefficient de dispersion transversale ar le coefficient de dispersion longitudinal o et le coefficient de dispersion verticale gt le coefficient de partage eau sol La comparaison des cartes obtenues apr s simulation permet d estimer la sensibilit du mod le la variation de chacun des trois param tres pr cit s Les valeurs attribu es aux param tres pour chaque simulation sont pr sent es dans les tableaux 7 et 8 20 Param tre Valeurs test es hydrodispersif Unit Essai 1 Essai 2 Essai 3 Essai 4 Essai 5 Essai 6 alluvions sables
38. pollution dans le sens d coulement des eaux souterraines est plus importante pour le min que pour le max qui est logique Par contre l extension transversale au sens d coulement est globalement la m me pour les deux essais Le gradient est plus important dans le cas du K max 24 ONE EE THH Figure 16 Essai 8 K max Les panaches des essais 7 et 8 sont exactement les m mes ce qui est confirm par l examen des concentrations calcul es au bout de 10 ans 25 L analyse des courbes d gales concentrations montre que la variation des trois param tres n a pas la m me influence sur l volution du panache en TCE et donc sur les concentrations En effet la variation du coefficient de perm abilit n a aucune influence sur les concentrations obtenues L observation des courbes d isoconcentrations qui correspondent une valeur de 1 10 g m indique que l extension du panache de TCE vers l aval la plus importante est simul e dans le cas d une augmentation des coefficients de dispersion La plus grande diff rence en terme de forme et d extension du panache pour la variation d un m me param tre est observ e entre les essais 2 et 3 qui correspondent respectivement aux valeurs de coefficients de dispersion les plus fortes et aux plus faibles Les param tres de dispersion jouent donc un r le pr pond rant dans l volution du panache de polluant et serait tr s int ressant d
39. pr sent dans la mod lisation gt un aquif re sableux datant du plioc ne semi captif reposant sur l aquif re fissur de socle Le caract re semi captif de l aquif re est d au contraste de perm abilit avec l aquif re alluvionnaire sus jacent Cette formation n est pas pr sente sur toute la zone elle se rencontre sous la forme d troits bassins d effondrement tertiaires et elle draine en partie alluvionnaire sus jacent gt l aquif re libre des alluvions h t rog ne subordonn la Vilaine Ainsi le mod le r alis est bicouche l paisseur des formations repr sent es est variable gt 1 6 m pour les alluvions gt 0 30 m pour l aquif re sableux Les cotes du toit topographie et du mur substratum des alluvions ainsi que celles du mur de l aquif re sableux ont t interpol es partir de gt la carte topographique de la zone gt la carte g ologique de Rennes au 1 50000 gt la carte des isohypses du bassin des sables du plioc ne gt la coupe sch matique longitudinale NW SE de la zone r alis e partir des r sultats de sondages et forages L interpolation a t r alis e l aide de l outil Field Interpolator inclus dans le logiciel PMWIN selon la m thode d interpolation lin aire de Shepard inverse de la distance pond r e d un facteur 2 Les documents les points de r f rences les r sultats de l interpolation des limites sup
40. rieures et inf rieures des aquif res utilisation du Field Interpolator de PMWIN et du logiciel Golden Surfer version 8 02 octobre 2002 ainsi que la m thode d interpolation sont pr sent s en Annexe A 3 1 2 Conditions aux limites La simulation du comportement hydrodynamique des aquif res repose sur une d finition rigoureuse des conditions aux limites Trois types de limites ont t propos s Limite potentiel impos les tangs dont les niveaux sont maintenus constants par les pr cipitations et les rejets d eaux pluviales de la zone industrielle Limite flux nul gt l Est de la zone r sultat de la superposition la limite Est du sous bassin versant des gravi res correspondant d apr s les cartes pi zom triques de r f rence une ligne de partage des eaux la surface d affleurement des alluvions rouges imperm ables c est une formation g ologique plus ancienne que les alluvions aquif res son affleurement indique donc que les alluvions aquif res ont t totalement rod es Limite flux impos infiltration des pluies efficaces recharge consid r e comme nulle au niveau des tangs bilan hydrique nul pr cipitations annuelles vaporation annuelle et de la zone industrielle surfaces imperm abilis es L extrait de la carte g ologique et celle de d limitation du sous bassin versant des gravi res sont pr sent es en Annexe Les cartes des conditions aux l
41. rs des isopi zes Ces cartes pi zom triques permettent d estimer le gradient hydraulique Au niveau de la source de pollution il est de 0 0021 La source de pollution se trouvant dans la formation Fy la formule de Darcy donne une vitesse de 0 02 m j la porosit efficace est de 0 18 et donc la vitesse de pore est de 0 11 m j au niveau de la source de pollution dans la nappe alluviale 15 4 MODELISATION DU TRANSPORT DES POLLUANTS 4 1 DONNEES D ENTREE 4 2 Concentration initiale en TCE Sur les valeurs de concentration en mesur es en 2005 sur les trois pi zom tres seule la plus lev e a t prise en compte et rentr e dans le logiciel MT3D afin de se placer dans les conditions les plus p nalisantes principe de pr caution La valeur ainsi retenue est de 572 ug L soit 0 572 g m dans la nappe alluviale au niveau du site industriel pour les cellules o sont implant s les pi zom tres pollu s Pour toutes les autres cellules du mod le la concentration initiale en TCE est nulle 4 2 1 Points de surveillance Les pi zom tres implant s au niveau de la source de pollution PIZI P2ZI P3ZI et des cibles potentielles serviront de points de surveillance de l volution de la pollution souterraine gt captage AEP de Lillion pi zom tres 19 et 31 gt habitations de la Piblais HP gt tang de la Piblais pi zom tre 11 Les coordonn es des points de surveillance sont pr sent es ci dessou
42. s Nom X m Y m P1ZI 2292 614 271 2258 614 P3ZI 2276 642 HP 670 859 19 780 1443 31 657 1431 11 578 1303 Tableau 3 Coordonn es des points de surveillance 4 2 0 Evolution de la pollution au sein de la nappe Les principaux m canismes physiques et param tres associ s la propagation des polluants dans la nappe sont les suivants 16 M canisme physique Param tres associ s f Dans coefficient de perm abilit K 3 lt convection a 3g porosit efficace n ou cin matique eM e AE coefficient de dispersion longitudinal o dispersion cin matique coefficient de dispersion transversal coefficient de dispersion vertical ay diffusion mol culaire coefficient de diffusivit mol culaire D adsorption Coefficient de partage sol eau g 5 mg d gradation d halog nation constante cin tique 5 S mio Tableau 4 Les m canismes physiques et param tres associ s la propagation des polluants dans le sol et les nappes Lemi re amp al 2001 Wiedermeier amp al 1998 Les r actions de d halog nation d chloration ne seront pas prises en compte dans la simulation de transport de TCE ceci pour des raisons de manque de donn es la fois sur les concentrations en produits de d chloration et sur les valeurs de la constante cin tique A partir des indications fournies dans
43. s applicables aux sites et sols pollu s Rollin C Bour O 2002 TRANSPOL II Cahier des charges pour la r alisation d un mod le num rique n 1 Cas r el n 3 impact d un d versement de compos s Chlor s sur la qualit des eaux souterraines INERIS DRC 02 25294 DESP R18 Rollin C 2003 TRANSPOL II Cahier des charges pour la r alisation d un mod le num rique n 2 Cas r el n 3 impact d un d versement de compos s chlor s sur la qualit des eaux souterraines INERIS DRC 03 46524 DESP RO1 30 Wiedemeier T H Swanson M A Moutoux D E Gordon E K Wilson J T Wilson B H Kampbell D H Haas P E Miller R N Hansen J E Chapelle F H 1998 Technical protocol for evaluating natural attenuation of chlorinated solvents in groundwater EPA 600 R 98 128 Zheng C 1990 MT3D A modular Three Dimensional Transport Model for Simulation of Advection Dispersion and Chemical Reactions of Contaminants in Groundwater systems Zheng C Bennet G D 1995 Applied Contaminant Transport Modeling Theory and practice Van nostrand reinhold 9 LISTE DES ANNEXES Annexe G om trie de l aquif re Annexe A1 Documents utilis s A 1 1 Extrait de la carte IGN A 1 2 Carte des isohypses du mur de l aquif re sableux A 1 3 Coupe synth tique de la zone d tude Annexe A 2 M thodologie mise en uvre A 2 1 Calques des altitudes relatives A 2 2 M thode d interp
44. s moyennes de dispersivit des formules 1 et 2 l Variation appliqu e de 50 96 par rapport la valeur de calage des perm abilit s valeur minimale et valeurs moyennes de dispersivit et de Kd 1 Variation appliqu e de 50 par rapport la valeur de calage des perm abilit s valeur maximale et valeurs moyennes de dispersivit et de Kd 21 809 3004 B MERE 0 3004 E TE Figure 9 Essai 1 az ar ay min avec les valeurs calcul es par la formule 1 Nt Figure 10 Essai 2 ay max avec les valeurs calcul es par la formule 1 On constate que les panaches de TCE des essais 1 et 2 ont globalement la m me forme le gradient est l g rement plus important pour les valeurs minimales de dispersion mais la pollution a un peu moins progress dans le sens de l coulement que dans le cas des valeurs max 22 Figure 12 Essai 4 avec les valeurs calcul es par la formule 2 On peut faire le m me constat que pour les essais 1 et 2 De plus on remarque que les panaches des essais 3 et 4 ont une extension quivalente la moiti de celle des essais 1 et 2 Ce r sultat est coh rent compte tenu des formules utilis es en effet la formule 2 fournit des valeurs de coefficients de dispersion significativement plus faibles que celles obtenues partir de la formule 1 23 EEEH Figure 13 Essai 5 Kd min Figure 14 Essai 6 Kd max L extension de la
45. t la repr sentation de l volution du panache de polluant au sein de la nappe et au vu de la grande inertie de la nappe due au volume tr s important d eau libre sur la zone d tude 4 9 millions de m source G oarmor 1995 le calage en r gime hydrodynamique permanent est suffisant et les fonctions capacitives des r servoirs seront ignor es Sans connaissances assez pr cises de la lithologie et de ses variations spatiales on consid re en premi re approximation un milieu isotrope la perm abilit horizontale Kxy est quivalente la perm abilit verticale Kz dans chaque aquif re En r gime permanent consid r comme stabilis le calage des charges calcul es par rapport aux charges mesur es est obtenu en ajustant les param tres de calage suivant gt pl K F2 gt p2 K Fy gt p3 K tangs Le calage sera ainsi uniquement effectu pour les valeurs de perm abilit de l aquif re alluvial puisque l aquif re sous jacent sableux est homog ne et que l on dispose d une valeur calcul e partir de l interpr tation d un essai de pompage r alis par G oarmor 1995 11 3 2 2 M thodologie mise en uvre Le calage a t effectu l aide du logiciel de mod lisation inverse UCODE Le logiciel r alise de nombreuses simulations au cours desquelles il fait varier les param tres de calage de mani re s approcher par le calcul des valeurs des charges pi zom triques des pi zom
46. tres d finis comme r f rences dans PMWIN Pour cela il suffit d indiquer au logiciel les plages de variation des valeurs des param tres de calage pl et p2 ces plages de variations sont issues de la notice de la carte g ologique de Rennes et des investigations sur un site peu loign pr sentant les m mes formations affleurantes slugtests gt valeur minimum 1 10 m s soit 0 0864 m j gt valeur maximum 1 10 m s soit 8 64 m j p3 d apr s l tude G oarmor 1995 les berges des tangs sont colmat es et ont ainsi une perm abilit de 2 8 fois moindre que la perm abilit de la formation Fz pl valeur minimum 1 25 10 m s soit 0 0108 m j cette valeur correspond 1 82 ge la valeur minimum de pl valeur maximum 5 10 m s soit 4 32 m cette valeur correspond 1 2 de la valeur maximum de pl Le r sultat du calage hydrodynamique est ensuite utilis pour simuler le transport du TCE 3 2 3 R sultats et commentaires Le tableau de l Annexe E donne les carts obtenus entre valeurs mesur es et calcul es Les cartes pi zom triques des deux couches cf figures 7 et 8 et la droite de corr lation cf figure 5 ont t r alis es partir de ces donn es Trois zones de perm abilit s ont t d finies pour l aquif re alluvial gt la zone d affleurement de la formation Fy correspondant au param tre pl K 11 6 m j soit environ 1 34 10 m s gt la zone d affleurem
47. ueur 2 4 km environ 1700 m au Nord Ouest de la zone pollu e Afin de d terminer l influence du site sur les eaux souterraines il est n cessaire de d limiter un secteur d tude en fonction de plusieurs crit res L examen de l tude hydrog ologique du secteur de Lillion Bougri res r alis e en 1995 par la soci t G oarmor a permis de d terminer le sens d coulement de la nappe ainsi que son fonctionnement au cours d une ann e compl te L hydrog ologue d partemental agr a galement confirm le contexte g ologique dans lequel le site s inscrit Les observations pi zom triques r alis es par la soci t G oarmor indiquent que l chelle du secteur d tude l coulement de la nappe a lieu globalement en direction de l Ouest Sud Ouest Ainsi le site se trouve dans le bassin versant qui draine les eaux alimentant le captage d eau potable de Lillion Cette zone d alimentation r sulte de la juxtaposition de trois sous bassins versants gt Le bassin versant des gravi res en rive gauche de la Vilaine C est celui qui participe le plus directement l alimentation du captage Le site pollu se trouve dans ce bassin en amont hydraulique du captage gt Le bassin versant du Vieux Blosne Lebassin versant de la rive droite de la Vilaine Yves Qu t hydrog ologue d partemental agr Pour la mod lisation on consid rera que la source de pollution a disparu La nappe alluviale n est
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