PRIME : un laboratoire d’essais novateur pour la dépollution des sols et des eaux

En France, plus de 7 200 sites sont pollués par des métaux lourds (plomb, cuivre, chrome…), des hydrocarbures, ou des composés organochlorés (pesticides, solvants…). Les décontaminer est un enjeu majeur pour notre environnement. C’est l’objectif des plateformes PRIME, pilotes expérimentaux installés sur le site du BRGM à Orléans.

Plateforme pour la remédiation et l’innovation au service de la métrologie environnementale - PRIME

PRIME est une plateforme expérimentale du programme Pivots qui développe, en région Centre, des laboratoires consacrés à l’analyse et à la dépollution de notre environnement. 

PRIME a pour objectif d’identifier et de mesurer les pollutions des sols et eaux souterraines, de prédire leur impact potentiel sur notre environnement et d’offrir des solutions pour décontaminer. Cette plateforme est dotée de 3 pilotes allant du submétrique au plurimétrique. Un dispositif unique en Europe accessible à tous les acteurs publics et privés, français et internationaux, dans le développement de leurs innovations destinées à préserver l'environnement.

© BRGM

En France, plus de 7 200 sites sont pollués par des métaux lourds : plomb, cuivre, chrome, des hydrocarbures ou des composés organochlorés, tels que les pesticides ou les solvants. La gestion de ces sites et sols pollués représente un enjeu important sur le plan environnemental, mais également sur le plan sanitaire et économique.

Les plateformes Prime qui s'inscrivent dans le programme Pivots ont pour objectif d'identifier et de mesurer les pollutions des sols et eaux souterraines, de prédire leur impact sur notre environnement et d'offrir des solutions pour décontaminer. La spécificité de Prime est de travailler sur différentes échelles, ce qui permet d'avoir une approche globale, de rapprocher le laboratoire du terrain et de coupler les expérimentations à la modélisation.

Les colonnes submétriques de 20 cm à un mètre sont utilisées pour étudier finement au laboratoire les transformations physiques, biologiques et chimiques des polluants. Les informations recueillies à cette échelle sont utiles pour interpréter les observations plus complexes effectuées sur les dispositifs plus volumineux. Les colonnes métriques simulent à échelle réduite et contrôlée l'environnement pollué de la surface du sol jusqu'à la nappe souterraine. Elles permettent notamment de caractériser les échanges entre différents environnements, comme le système racinaire et la nappe d'eau souterraine en profondeur.

Dans les pilotes Labbio, il est possible d'étudier la migration et l'évolution des polluants du sol vers l'eau souterraine en fonction des conditions de surface. Le pilote métrique trinappe permet quant à lui d'étudier les interactions entre différents niveaux de la nappe souterraine. Dans ce pilote, l'eau peut circuler de la surface vers le fond, mais peut également s'élever afin de simuler une remontée de nappe. Ce dispositif innovant représente un outil unique pour acquérir des données sur des phénomènes difficilement étudiables dans la réalité.

Ces différents pilotes sont équipés de capteurs permettant de mesurer les flux de polluants qui ont été fixés, transformés ou lessivés. Ce sont des lieux propices au développement de nouvelles technologies de mesure.

Le pilote plurimétrique a été conçu pour reproduire en conditions contrôlées un site ou un sol pollué à une échelle représentative de la réalité. Il s'agit donc d'un dispositif idéal pour la mise au point d'outils de diagnostic et de procédés de dépollution. Cet outil permet également de valider des modélisations numériques de sites. Ce pilote est une cuve expérimentale de grande taille, d'un volume d'environ 150m3, dotée d'une double paroi pour réguler la température de la cuve. Le capot qui surmonte la cuve permet des expérimentations avec des végétaux et sert également à contrôler les flux potentiels de polluants volatils. Les parois de la cuve sont équipées de trous offrant la possibilité d'installer des capteurs ou plus largement, d'avoir accès à différentes profondeurs à l'intérieur de la cuve le long du pilote.

La configuration du pilote permet de scinder la cuve en 2, 3 ou 4 modules remplis de matériaux divers : eau, sable, sol pollué ou non, résidus miniers, sédiments, etc, afin de mener des expériences en parallèle. Cette modularité est assurée par les parois et cloisons qui sont composées d'alliages pouvant résister aux polluants corrosifs ou en polypropylène pour permettre l'utilisation de méthodes géophysiques électriques. La modularité et les spécificités de ce pilote en font un dispositif unique en Europe.

Les plateformes Prime, au-delà de leurs pilotes regroupent des équipes d'experts du BRGM prêts à accompagner les partenaires publics et privés dans leurs innovations et développements de la conception à la réalisation et valorisation, que ce soit en région Centre, en France ou bien à l'international, afin de mieux comprendre et préserver notre environnement.

Des pilotes expérimentaux pour étudier le transfert des polluants et développer des procédés de dépollution 

La gestion des sites et sols pollués représente un enjeu important sur le plan environnemental mais également sur le plan sanitaire et économique. Les plateformes PRIME du BRGM à Orléans sont des installations expérimentales qui visent 3 objectifs :

  • identifier et quantifier les pollutions des sols, sous-sol et eaux souterraines, 
  • prédire leur impact potentiel sur notre environnement à court et moyen terme, 
  • offrir des solutions (outils et méthodes) pour remédier et étudier les zones touchées. 

Les plateformes PRIME réalisent des études multi-contaminants (inorganiques et organiques), multi-matrices (sols, sédiments, eaux, roches) et multi-méthodes (physiques, chimiques, biologiques). 

PRIME a déjà contribué à la compréhension et à la réhabilitation d’environnements pollués par des hydrocarbures (fuites de station-service par exemple), des solvants chlorés (utilisés dans le nettoyage à sec, le dégraissage de métallurgie…), des pesticides (dans les cultures) et des métaux lourds (liés aux activités industrielles et minières). 

Ses plateformes développent également des écotechnologies innovantes, s’appuyant par exemple sur les propriétés de micro-organismes ou de nanoparticules pour dépolluer. 

Un dispositif unique en Europe pour des études à différentes échelles 

PRIME permet de réaliser des expériences à différentes échelles : 

  • À petites échelles (quelques kg ou cm3 de terre, sédiments ou liquides). Chaque paramètre (température, concentration en polluant…) peut y être contrôlé et son rôle précis ainsi identifié. 

  • À grande échelle (plusieurs tonnes ou dizaines de m3). Cela permet d’avoir des conditions plus réalistes et proches de celles rencontrées sur le terrain. 

Le pilote d’essai plurimétrique de PRIME est une vaste installation simulant un sol naturel et une nappe phréatique pour étudier le transport des polluants et leur évolution physico-chimique et microbiologique. Conçu de manière très modulable et doté de capteurs nombreux, le pilote plurimétrique doit permettre à tout type d’utilisateur (établissements de recherche ou entreprises privées) de réaliser des expérimentations dans des conditions très proches de l’in-situ mais bien mieux contrôlées. 

Ce pilote est une cuve expérimentale de grande taille (10,40 m de long, 3,6 m de large et 4 m de haut). D’un volume utile de 120 m3 environ, il permet notamment d’analyser à grande échelle et en trois dimensions les processus réactionnels présents dans les zones non-saturées ou saturées en eau. Les parois de la cuve sont équipées de trous d’accès qui offrent la possibilité d’installer des capteurs ou plus largement d’avoir accès à différentes profondeurs à l’intérieur de la cuve le long du pilote.

Les colonnes métriques simulent, à une échelle intermédiaire, l’environnement pollué, de la surface du sol jusqu’à la nappe souterraine. Dans le pilote LABBIO, il est possible d’étudier la migration des polluants entre ces différents étages, mais également de développer des techniques de dépollution ou de stabilisation des polluants. 

Le pilote métrique TRINAPPE permet quant à lui d’étudier les interactions entre différents niveaux de la nappe souterraine. Dans ce pilote, la circulation de l’eau est entièrement contrôlée, elle peut ainsi s’écouler de la surface vers le fond, mais également simuler une remontée de nappe. 

Cette plateforme représente un dispositif innovant exceptionnel pour mieux comprendre les phénomènes prenant place entre les différents compartiments ou environnements du sol et sous-sol. 

Les expériences menées à l’échelle centimétrique sont réalisées dans des colonnes ou des bacs. Elles permettent de mesurer précisément un phénomène donné, comme la dégradation de polluants par des micro-organismes et les processus d’absorption. Les pilotes submétriques permettent d’isoler des mécanismes de transport dans le sol et ses sous-composantes, ce qui est plus difficile à des échelles plus grandes. 

Les rayons d’action d’un pompage de polluants peuvent être étudiés dans les bacs et suivi par imagerie et méthodes géophysiques. Ces essais peuvent être réalisés dans différentes conditions de température ou encore avec l’ajout de composés chimiques (tensioactifs, mousses, …) pour optimiser la récupération de polluants.

PRIME, plateforme pour la recherche et l’innovation en métrologie environnementale - Pilote plurimétrique

PRIME, plateforme pour la recherche et l’innovation en métrologie environnementale. Pilote plurimétrique.

© BRGM - Hélène Fournié

Quelques exemples d’applications possibles 

  • Simulation de circulation d’eau souterraine pour tester des capteurs et échantillonneurs passifs 
  • Migration et devenir de contaminants au travers de matrices solides fragmentées (sols, sédiments) ou consolidées (roches) en conditions non saturées, saturées, ou un continuum des deux, en milieu aérobie ou anaérobie 
  • Mise en œuvre et validation (comparaison à des méthodes standardisées, bilans de masse, analyse coût-bénéfice) d’outils et procédés de remédiation (physiques, chimiques, biologiques) à différentes échelles jusqu’au pilote industriel 

Des moyens mobilisables pour différents types de projets 

Le BRGM met à disposition les compétences et les savoir-faire d’une équipe de techniciens, ingénieurs, chercheurs et chargés d’affaires pour répondre à vos attentes depuis la recherche fondamentale jusqu’à la validation de produits ou de services (TRL 1 à 9). 

Tous les moyens de PRIME sont mobilisables dans le cadre de : 

  • Projets de recherche collaboratifs (conception, réalisation, valorisation) sur financements régionaux, nationaux ou européens 
  • Prestations de service à différents niveaux de la chaîne de valeurs 
  • Possibilités de développement, test, ou validation de méthodes et équipements 
  • Formation/démonstration