Projet REPAIRS

Projet de recherche visant à développer des outils expirimentaux et analytique centrés sur les flux et débits massiques de polluants dans le milieu souterrain.

 

 

 

 

 

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Projet Feder - REPAIRS 

Projet de recherche visant à développer des outils expérimentaux et analytiques/numériques centrés sur les flux et débits massiques de polluants dans le milieu souterrain afin d’évaluer les risques associés à des pollutions du sol et de l’eau souterraine (Figure 1). L’approche expérimentale a pour objectif d’effectuer des mesures distribuées en forage des flux d’eau souterraine en combinant des méthodes de traçage par dilution (FVPDM) et de traçage thermique (Active-DTS), avec une attention particulière pour les milieux géologiques très hétérogènes. L’approche numérique, quant à elle, a pour objectif d’évaluer les risques de lessivage et dispersion des polluants vers et à travers le sol et les eaux souterraines sur base d’un calcul de flux massiques de polluants dans ce continuum sol - nappe.

 

 

Figure 1 :  Source de pollution du sol propagée à la nappe.

 

Le premier volet du projet REPAIRS vise à développer une approche expérimentale in situ de caractérisation des écoulements d’eau souterraine en forage (piézomètre), pour mesurer les flux d’eau souterraine interceptés par ce forage, sur l’ensemble de sa profondeur pénétrant l’aquifère. La méthode de dilution ponctuelle en volume fini (FVPDM) développée par Brouyère et al. (2008), consiste à déterminer le flux d'eau souterraine en mesurant la dilution d'un traceur injecté à faible débit dans le forage (Figure 2a). Elle fournit une estimation moyenne du flux à travers l'ensemble de la longueur du forage testée mais pas une estimation de la variabilité spatiale le long de cet intervalle. Or, les voies d'écoulement préférentielles et localisées (fractures, karsts, ...) peuvent fortement affecter les résultats avec une possible surestimation du flux mesuré.

 

Pour pallier ce manque de caractérisation des hétérogénéités, l’équipe de recherche étudie le couplage de cette méthode FVPDM avec la méthode Active-Distributed Temperature Sensing (Active-DTS; Figure 2b) qui consiste à enregistrer en continu dans l'espace et le temps les changements de température dans un câble de fibre optique (FO) installé verticalement le long du forage. Ce câble est chauffé et l’élévation de température mesurée dépend directement de l'intensité du flux d'eau souterraine (Read et al., 2014) : plus le flux est important, moins la température du câble augmente.

 

Figure 2 : Dispositifs (a) FVPDM classique et (b) couplé FVPDM — A-DTS dans un puits de forage.

 

En plus de la mesure du flux, le projet a également comme objectif de mettre au point un dispositif permettant de déterminer la direction et le sens de l’écoulement de l’eau souterraine. L’idée est d’utiliser plusieurs câbles FO, d’en chauffer un et de détecter l’eau chauffée par ce câble grâce aux autres câbles non-chauffés (Figure 3).

 

Figure 3 : Installation de plusieurs câbles FO autour du forage pour investiguer le sens d’écoulement de l’eau souterraine.

 

Le deuxième volet du projet a pour objectif de développer un outil interfacé permettant d’exploiter des solutions analytiques pour évaluer le risque de pollution de l’eau souterraine suite au lessivage de polluants vers (migration verticale dans la zone vadose) et à leur dispersion au sein de la nappe d’eau souterraine, à partir d’une source de pollution située dans le sol.  Il se distingue des outils actuels par l’adoption d’une approche du risque basée sur le flux massique de polluant, plutôt que sur la concentration en polluant dans l'eau souterraine.  Cette méthode garantit la continuité de la masse entre le lessivage du polluant à travers la zone non saturée et sa dispersion dans la nappe contrairement aux outils traditionnels d’évaluation du risque qui découplent les volets lessivage et dispersion.

Les solutions analytiques utilisées permettent de modéliser divers processus, tels que l’advection, la dispersion, la dégradation et l’adsorption du polluant sur la fraction solide du sol, afin de calculer sa concentration dans l’eau souterraine.   En outre, ces solutions permettront aussi de modéliser le transport des polluants de la chaine de dégradation du polluant initial.  Dans la zone non saturée, on suppose que l’écoulement de l’eau est uniquement vertical et que la dispersion latérale du polluant peut être négligée.  Quant à la dispersion dans la nappe, il est supposé que l’épaisseur saturée est constante spatialement et que l’écoulement de l’eau se fait de manière horizontale et unidirectionnelle.

 

 

Figure 4 : Coupe verticale du panache de polluant dans la direction de l’écoulement d’eau dans l’aquifère.