Conception par modélisation numérique d'un essai de restauration in situ à l'aide de solutions tensioactives sur des sols contaminés aux BPC.

La compagnie Domtar possede une usine de produits chimiques en Ontario datant du debut du siecle. L'utilisation de biphenyles polychlores (BPC) a l'usine a occasionne une contamination des sols et de l'eau souterraine principalement sous des bâtiments. En 1995, la compagnie a pris des mesures pour restaurer les sols et l'eau souterraine sur la propriete en ayant pour contraintes la preservation des bâtiments en place ainsi que le maintien des activites de production. La methode de restauration retenue est une technique in situ appelee communement lavage de sol, developpee par l'universite Laval de 1993 a 1997 (Martel, R. et al.). Elle consiste en l'injection de produits tensioactifs dans un aquifere afin de solubiliser les contaminants qui sont ensuite recuperes par pompage. Cette technique est basee sur les principes utilises dans le domaine du genie petrolier. Le projet "Domtar" a necessite la participation d'une dizaine de chercheurs de l'Institut national de la recherche scientifique et de l'Universite Laval. Ma contribution au projet a consiste a: 1. coordonner les travaux preparatoires a l'essai pilote de restauration, 2. realiser la caracterisation exhaustive du site, 3. faire la conception de l'essai pilote et 4. participer a l'essai pilote et a certains travaux de laboratoire. Etant donne l'ampleur des travaux effectues, le present ouvrage ne porte que sur le volet de la conception de l'essai pilote. Les informations concernant les autres travaux de terrain se trouvent dans un rapport distinct (Roy, 1997). L'outil retenu pour la conception de l'essai pilote est la modelisation numerique, a l'aide du logiciel MODFLOW© (McDonnald et Harbaugh, 1988; Prudic, 1989). Prealablement a la conception de l'essai pilote, l'ecoulement de l'eau souterraine a l'echelle de la propriete a ete determine par modelisation numerique. Le modele d'ecoulement a l'echelle de la propriete a ete monte et calibre en deux mois et demi. La conception de l'essai a ensuite ete realisee, a partir de ce modele d'ecoulement, selon les sequences typiques d'une restauration par lavage de sol: 1. le prelavage a l'eau, 2. l'injection de polymeres et de solutions tensioactives de viscosites variables permettant la solubilisation des contaminants et 3. le rincage a l'eau (Martel, R. et al., 1993, 1996, 1997). L'essai pilote prevoyait la restauration d'une parcelle d'aquifere de 1 m3 et d'une superficie de 1 m² selon un patron carre compose d'un puits d'injection central et de quatre puits de pompage peripheriques. A ce patron s'ajoutent deux puits d'appoint en aval hydrogeologique installes pour intercepter les fuites potentielles des liquides. La difficulte majeure de la conception de l'essai pilote etait la modelisation de l'injection de liquides de viscosites differentes de celle l'eau. Pour ce faire, la conductivite hydraulique (K) du modele a ete modifiee dans la parcelle a decontaminer selon la formule generale: K= kρg/ µ qui permet de tenir compte de la viscosite des fluides. En laboratoire, il a ete determine que la densite des polymeres et des solutions tensioactives etait a peu pres identique a celle de l'eau alors que leur viscosite pouvait etre de 3 a 10 fois plus elevee. Chacune des sequences de lavage a donc ete modelisee en tenant compte des differentes viscosites pour obtenir les debits, les temps et les volumes d'injection ainsi que les volumes de liquides pompes. Par la suite, j'ai participe au montage de l'essai pilote qui a ete realise par l'equipe de recherche durant les mois d'avril et de mai 1997. La modelisation numerique s'est averee tres utile pour faire la conception de l'essai pilote et s'est revelee particulierement pertinente pendant sa realisation. En effet, en cours d'essai sur le terrain, il a fallu faire une nouvelle modelisation d'une des sequences de lavage parce qu'un des puits de pompage peripheriques ne fonctionnait pas tel que prevu. La modelisation numerique a donc aussi demontre sa grande utilite et sa souplesse a s'ajuster a des conditions hydrauliques changeantes durant la realisation de l'essai pilote. A la fin de l'essai, le bilan hydraulique a ete examine, a partir des resultats disponibles alors, afin d'avoir une idee de l'efficacite de la modelisation numerique comme outil de conception. Selon ce bilan, il appert que les debits et les temps d'injection prevus par modelisation numerique concordent en general assez bien avec les valeurs obtenues sur le terrain, particulierement jusqu'a la l'injection de liquides de viscosites superieures a celle de l'eau. Cependant, les volumes theoriques de liquides pompes s'averent nettement superieurs aux volumes reellement pompes sur le terrain. Malgre les ecarts entre les resultats de la modelisation et de l'essai de terrain, le modele numerique semble performant pour etablir l'ecoulement et le bilan hydraulique lors des sequences de lavage avec de l'eau ou avec des liquides montrant une faible difference de viscosite jusqu'a 3 fois). Lorsque la viscosite est superieure de facon appreciable a celle de l'eau, le bilan hydraulique est moins probant. En conclusion, le modele numerique utilise a ete un bon outil pour la conception de l'essai pilote de restauration. Meme si le bilan hydraulique n'est pas concluant sur le plan de l'estimation des volumes, le modele numerique a ete d'une grande utilite pour planifier l'essai et choisir les equipements appropries. Il s'agit la d'un atout indeniable puisque sans la modelisation numerique, les parametres de conception doivent en general etre determines de facon empirique.