Pollution des sols : outils et tutoriels pour les prélèvements et les analyses

Du fait de l'hétérogénéité du sous-sol, les flux d'eaux et la distribution des contaminants dans le milieu souterrain sont hétérogènes. Que ce soit pour définir l'extension d'un panache, le protocole le mieux adapté pour la surveillance d'une pollution ou une méthode de remédiation des eaux souterraines, une caractérisation fine peut être nécessaire. Cette caractérisation peut passer par la capacité à discrétiser verticalement les flux d'eau. Au-delà des micro-moulinets classiques, la mesure des flux d'eau dans les forages, même faibles, peut être réalisée avec de nouveaux outils. Certains peuvent aussi permettre de définir le sens d'écoulement. Pour la discrétisation verticale des contaminants, des outils développés récemment permettent de tirer le meilleur parti des forages à crépine simple. La combinaison de ces outils permet de calculer des flux de contaminants. L'ADEME a souhaité soutenir une étude de démonstration des performances et fenêtre d'applicabilité d'outils dont les principes de fonctionnement vous sont explicités ici. Les outils considérés sont à la fois innovants, développés par des acteurs français, et des outils commercialement disponibles. Le principe du DVT se base sur le phénomène de dilution pour calculer la vitesse d'écoulement des eaux souterraines. L'outil est inséré dans le piézomètre à l'aide de barres de rallonge permettant d'atteindre jusqu'à 20m de profondeur. Un traceur injecté à un débit connu se mélange avec l'eau qui pénètre dans la fenêtre réservoir de l'outil. La concentration du mélange permet de calculer la vitesse de Darcy de l'eau entrant dans l'outil caractérisant la vitesse d'écoulement de l'eau souterraine. Le Vélocimètre permet la mesure directe de la direction d'écoulement ainsi que de la vitesse de Darcy des eaux souterraines dans les forages à une profondeur donnée. La caméra du système permet d'observer les particules naturellement présentes dans les forages. Le logiciel calcule leur taille moyenne, leur nombre, leur vitesse et leur direction. Le Flowmètre permet la mesure de flux verticaux. Il est bien adapté pour mesurer les flux verticaux naturels faibles, mais peut être aussi utilisé de manière qualitative pour des débits plus élevés afin d'identifier les venues d'eaux en pompage, par exemple. Des impulsions de courant électrique sont appliquées à la grille métallique, chauffant le fluide l'entourant. Selon la direction du flux, l'eau plus chaude est détectée par l'un ou l'autre des thermistors, donnant ainsi sa direction. Le temps mis pour atteindre le thermistor donne la valeur du débit. Il permet d'échantillonner l'eau à une profondeur donnée par aspiration dans la colonne d'eau au repos ou après purge dynamique. Avant introduction dans le piézomètre, le Préleveur doit être pressurisé pour empêcher l'eau d'entrer. Une fois à la profondeur souhaitée, la pression est libérée pour laisser l'eau entrer dans le Préleveur. Il faut ensuite le repressuriser avant de le remonter en surface. Un embout permet de récupérer l'eau après dépressurisation. Ce système est constitué d'une pompe pneumatique à vessie dont la crépine d'aspiration est située entre 2 obturateurs hydrauliques. Cette pompe fonctionne par cycle de remplissage des charges, pilotée par un contrôleur externe permettant de régler le débit d'échantillonnage et d'obtenir des débits très faibles. C'est un outil permettant d'isoler un espace de prélèvement compris entre deux obturateurs à une profondeur choisie. À l'aide d'une pompe immergée située au-dessus de l'espace de prélèvement, il est possible d'échantillonner les eaux souterraines à différentes profondeurs le long de la colonne d'eau. Son débit de prélèvement est de l'ordre de 0,5 à 3 L par minute. L'échantillonneur iFLUX est composé de cartouches rigides. Il en existe plusieurs types en fonction des résultats recherchés. Des cartouches permettent d'avoir accès à la vitesse d'écoulement, elles contiennent un mélange de traceurs. D'autres permettent d'avoir accès au flux massique de contaminants. Lors du retrait du dispositif, la quantité de traceurs restante est mesurée, permettant d'avoir accès à la vitesse de Darcy d'écoulement des eaux souterraines. La masse de contaminants adsorbée est mesurée et un flux massique de contaminants peut être calculé. Ainsi, la concentration moyenne pour la durée d'exposition peut être calculée en combinant les données des deux cartouches. Les outils mis en œuvre dans cette étude permettent de mettre en évidence des hétérogénéités verticales des vitesses de la nappe et l'existence de flux verticaux dans les forages et/ou de concentrations de polluants au sein des forages. Le choix de l'outil à retenir sera fonction de l'objectif de la caractérisation et des conditions du site et du type de forage. La combinaison de ces outils permet de calculer des flux de contaminants. L'ensemble des outils présentés ici vont être testés sur 2 sites et chaque outil fera l'objet d'une fiche technique. En cas de questions, n'hésitez pas à nous contacter.