source de type NAPL (sur un suivi de (très) longue durée). Il est généralement utile ici de
 majouriser la caractérisation du terme source (concentrations dans les sols, ...) pour
disposer de la caractérisation du terme source (concentrations dans les sols, ...) pour
testner les données de concentrations dans l'eau

* un suivi des concentrations dans l'eau dans la zone non saturée (par exemple à l'aide de bougies poreuses) : ce suivi peut fournir des informations sur la mobilité des polluants dans l'eau, en particulier en fonction des variations induites par les apports d'eau météorique ou de l'évolution d'un traitement des matériaux en surface

* des essais pilote dans le cadre de l'étude de traitabilité d'une technique de dépollution. Divers documents d'orientation de ces essais sont disponibles (guide ADEME/Traitabilité des sols pollués, SELECDEPOL (http://www.selecdepol.fr/), projet ADEME/ESTRAPOL, ...).
# 5 Bilan des procédures d'évaluation de la mobilité de polluants

Les essais de mobilité sol-sédiment/eau sont utilisés pour différents objectifs : estimer le potentiel de libération des polluants dans différents scénarios de gestion, évaluer l'efficacité de procédés de traitement, caractériser le risque environnemental lié au transport dans l'eau.

Les essais de mobilité en laboratoire permettent d'estimer le potentiel de relargage des polluants en testant un ou plusieurs paramètres à la fois. Ainsi les essais statiques en batch permettent par exemple de caractériser et de quantifier le potentiel mobilisable et déterminer les cinétiques de désorption. Ils permettent aussi d'évaluer l'influence du pH, du rapport liquide/solide (L/S), du temps de contact et de la diffusion. Les essais dynamiques de caractérisation apportent de leur côté des informations sur les cinétiques de transfert. Ces essais ne représentent toutefois pas de façon exacte l'évolution au cours du temps des paramètres physico-chimiques dans un scénario de valorisation ou de stockage, mais ils permettent de mieux évaluer le comportement du matériau.

Les extractions sélectives simples ou séquentielles apportent des informations sur le fractionnement des polluants métalliques dans la matrice solide et leur réactivité (solubles, réductibles, oxydables). Cependant, ces méthodes n'apportent pas d'informations sur l'intensité et les cinétiques de remobilisation sur le terrain.

De leur côté, les essais de simulation permettent d'étudier le transfert des polluants à moyen/long terme. Enfin, mentionnons qu'il ne semble pas exister de procédures spécifiques pour les pollutions mixtes organiques/inorganiques.

En dépit de cette diversité d'essais, des limites communes à ces essais ont été identifiées :

* il est souvent difficile d'extrapoler les résultats des essais en laboratoire à la réalité du site

* les temps de contact sont souvent très sensiblement inférieurs à ceux sur le site d'étude

* il n'est pas toujours possible d'optimiser les conditions d'essai à la fois pour les polluants organiques et les polluants inorganiques. Les conditions d'essai optimales peuvent également varier entre les différents groupes de polluants organiques

* les essais sont menés sur une granulométrie pas toujours représentative des conditions de site (cf. les procédures de tamisage, concassage ou broyage).

Le choix des essais de lixiviation est à effectuer en premier lieu sur la base de l'objectif et du contexte de l'étude. Par exemple, l'essai est-il réalisé pour déterminer une conformité, pour faire une comparaison ou pour une étude d'impact ? Ensuite le choix se fait sur la base du scénario et des mécanismes pouvant influencer le relargage. La détermination du comportement à la lixiviation des sols et des sédiments peut nécessiter l'application de plusieurs essais, car un essai seul n'est pas toujours suffisant pour décrire le comportement d'une matrice, ni donner toutes les informations pour modéliser un scénario réel.

## Synthèse des principaux essais de mobilité

Le Tableau 3 reprend de manière synthétique les principaux essais statiques de détermination de la mobilité des polluants (les plus cités dans la littérature et/ou présentant une spécificité de principe ou de domaine d'application). Il s'agit ici des essais dits statiques, c'est à dire sans renouvellement du lixiviant ou le cas échéant avec un renouvellement sans que celui-ci vise à ce que les résultats puissent être interprétés en fonction du temps. Les valeurs obtenues peuvent correspondre à des conditions stationnaires sans que celles-ci ne soient forcément contrôlées. La plupart de ces essais ont été développés et sont utilisés pour évaluer le relargage de composés inorganiques (métaux et anions) mais l'analyse des composés organiques est possible sur les éluats obtenus. Dans certains cas des précautions de mise en œuvre sont indiqués (choix du matériau du contenant par exemple)

Le Tableau 4 reprend de manière synthétique les principaux essais dynamiques de détermination de la mobilité des polluants (les plus cités dans la littérature et présentant une spécificité de principe ou de domaine d'application). Il s'agit ici des essais dits dynamiques, c'est à dire a contrario des essais statiques, avec renouvellement du lixiviant destiné à ce que les résultats puissent être interprétés en fonction du temps ou du rapport Liquide/Solide. Les valeurs obtenues sont donc censées correspondre à des conditions loin des conditions stationnaires (loin de la saturation) sans que cela ne soit forcément contrôlé. La plupart de ces essais ont été développés et sont utilisés pour évaluer le relargage de composés inorganiques (métaux et anions) mais l'analyse des composés organiques est possible sur les éluats obtenus.

Le Tableau 5 présente de façon synthétiques les quelques essais spécifiques de pour les composés organiques présents sous forme de phase organique (NAPL).
<table><caption>Tableau 3 - Caractéristiques des essais statiques</caption><thead><tr><th colspan="2">Fonctionnement</th><th colspan="7">Essais statiques</th></tr><tr><th>Nom et Référence</th><th>Lixiviation déchets<br>NF EN 12457-2<br>Lixiviation sols<br>ISO/TS 21268-2</th><th>TCLP<br>Toxicity Characteristic<br>Leaching Procedure</th><th>SPLP<br>Synthetic Precipitation<br>Leaching Procedure</th><th>NEN 7341 Availability test</th><th>Test de capacité de<br>neutralisation acide<br>(ANC) - EN 14429</th><th>Extraction séquentielle<br>(Tessier et al., 1979)</th><th>NF X31-211<br>XP CEN/TS 15862</th></tr></thead><tbody><tr><th>Matrice</th><td>Granulaire divisé</td><td>Granulaire divisé</td><td>Granulaire divisé</td><td>Granulaire divisé</td><td>Granulaire divisé</td><td>Granulaire divisé</td><td>Monolithique</td></tr><tr><th>Origine</th><td>CEN TC292 et ISO<br>TC190</td><td>USA</td><td>USA</td><td>Pays-Bas</td><td>USA repris par le CEN<br>TC192</td><td>France</td><td>France<br>CEN TC192</td></tr><tr><th>Contexte<br>d'application</th><td>Conformité<br>réglementaire :<br>1. mise en décharge<br>2. valo BTP<br>3. guide BRGM terres<br>excavées</td><td>Conformité réglementaire :<br>1. mise en décharge<br>2. caractère dangereux<br>3. efficacité de traitement de<br>sol</td><td>1. effet des pluies acides<br>2. contamination de nappe<br>3. adsorption/désorption</td><td>1. évaluation du risque<br>maximum de relargage<br>2. donnée de modélisation</td><td>1. Caractérisation du<br>comportement<br>2. Données pour<br>modélisation<br>géochimique</td><td>1. Phases porteuses<br>2. Comportement aux<br>traitements</td><td>1. Conformité mise en<br>décharge des déchets<br>monolithiques<br>2. Efficacité de<br>stabilisation/<br>solidification</td></tr><tr><th>Objectifs principaux</th><td>Cet essai est strictement destiné à fournir des valeurs « conventionnelle» opposables à des seuils -<br>▲<br>Ne devrait pas être utilisé pour des extrapolations et a fortiori encore moins pour des modélisations</td><td>Cet essai « multi-usages » a pour but de tester des conditions simulant la lixiviation d'un déchet enfoui en mélange avec des ordures ménagères (avec un lixiviat acide). Cet essai est aussi utilisé pour définir le caractère dangereux d'un déchet. Le déchet peut être liquide comme solide, l'essai est donc adaptable à une grande variété de matrices. L'essai est également utilisé pour vérifier l'efficacité d'un traitement d'un sol pollué</td><td>Cet essai a pour but l'étude de la mobilité des polluants organiques et inorganiques dans des déchets (liquides et/ou solides) ou dans les sols soumis à l'effet de la pluie (avec solution tampon (H₂SO₄, HNO₃)). L'essai est également utilisé pour les polluants volatils. Permet d'estimer le potentiel d'adsorption/désorption, en particulier le coefficient de partition sol-eau spécifique (Kd).</td><td>L'essai est constitué de deux extractions successives, la première à pH 4 et la seconde à pH 7, chacune avec un rapport L/S de 50. La valeur obtenue est destinée à se substituer au contenu total pour les inorganiques comme contenu maximum mobilisable. Une approche similaire a été développée en France avec la FMM (Fraction Maximale Mobilisable).</td><td>Évaluer le comportement acido-basique de la matrice et effets du pH sur la mobilité des polluants<br>Formuler des hypothèses quant à la présence des phases minérales auxquelles sont liés les polluants.<br>Base pour l'identification de l'assemblage minéral utilisé pour la modélisation</td><td>Comprendre la mobilité des polluants (i) selon les phases associées et (ii) selon leur comportement aux conditions physico-chimiques<br>Anticiper les effets de tel ou tel principe de traitements des sols (en amont des essais de traitabilité par exemple)</td><td>Essai de lixiviation d'un déchet solide initialement massif ou généré par un procédé de solidification. L'essai a pour objectif d'obtenir un éluat qui puisse être analysé pour déterminer les polluants relargués par un déchet solide dans sa forme initiale</td></tr><tr><th>Commentaires</th><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><th>L/S</th><td>10</td><td>20</td><td>20</td><td>100</td><td>10</td><td>Plusieurs<br>extractions avec des L/S<br>différents : 8-8-20-20</td><td>10</td></tr><tr><th>Durée de l'essai</th><td>24 h</td><td>18h</td><td>18h</td><td>2X3h</td><td>48H</td><td># 7 j</td><td>24h</td></tr><tr><th>Durée totale (essai et<br>rapport d'essai)</th><td># 7 j</td><td># 7 j</td><td># 7 j</td><td># 7 j</td><td># 15 j</td><td># 15 j</td><td># 7 j</td></tr><tr><th>Prestataire</th><td>Laboratoire commercial</td><td>Laboratoire commercial</td><td>Laboratoire commercial<br>(USA)</td><td>Laboratoire commercial<br>(NL)</td><td>Prestataire spécialisé/<br>labo de recherche</td><td>Labos commerciaux/<br>labos de recherche</td><td>Certains laboratoires<br>commerciaux</td></tr><tr><th>Interprétation des<br>essais</th><td>non fournie (si ce n'est la<br>confrontation aux seuils)</td><td>?</td><td>?</td><td>?</td><td>▲ Indispensable<br>Doit être proposée par le<br>prestataire</td><td>Généralement non<br>fournie</td><td>non fournie (si ce n'est la<br>confrontation aux seuils)</td></tr></tbody></table>
<table><caption>Tableau 4 - Caractéristiques des essais dynamiques</caption><thead><tr><th>Fonctionnement</th><th colspan="3">Essais dynamiques</th></tr></thead><tbody><tr><td>Nom et Référence</td><td>Percolation en colonne - NF CEN/TS 14405 et ISO/TS 21268-3 TS 16637-3</td><td>CGLT (Compacted Granular Leaching Test)</td><td>Essai de lixiviation sur monolithe (DMLT) EN 15863 & EN15864<br>Essai de lixiviation dynamique des monolithes avec renouvellement périodique du lixiviant, dans des conditions d'essai fixes TS 16637-2</td></tr><tr><td>Matrice</td><td>Granulaire percolant Version déchet et sol</td><td>Granulaire non percolant</td><td>Monolithe</td></tr><tr><td>Origine</td><td>France-Europe CEN TC292, ISO TC190 et TC351</td><td>NL</td><td>NL et France-Europe CEN TC292 et TC351</td></tr><tr><td>Contexte d'application - Objectifs principaux</td><td>1-C0 de la Directive Décharge 2-guide CEREMA techniques routières 3-évaluation des sols pollués 4-usages en construction</td><td>Fraction lixiviable des matériaux granulaires compactés non percolants (de type digues)</td><td>1-comportement à long terme de déchets monolithiques (en l'état ou issus de procédés de stabilisation/solidification) 2-idem pour les matériaux de construction monolithiques (non percolants) briques, bétons,...</td></tr><tr><td>Commentaires</td><td>Évaluer les concentrations à l'équilibre (eau interstitielle) dans le premier percolat LS 0,1<br>Évaluer une fraction extractible en fonction d'un L/S donné (associé à une échelle de temps)<br>Estimer la dynamique du flux de polluant émis en fonction du L/S<br>▲<br>Cet essai serait beaucoup plus pertinent que l'EN 12457-2 comme donnée d'entrée du terme source d'une terre excavée dans HYDROTEX</td><td>L'essai CGLT est mis en œuvre dans les mêmes conditions que le DMTL concernant le rapport L/A, la température et les intervalles de temps. Par contre la préparation du matériau est adaptée. Le matériau est compacté dans un récipient jusqu'à 1cm du bord et la surface recouverte d'une couche de 1 cm de billes en verre, pour éviter des perturbations de la surface lors des renouvellements des lixiviat. Le récipient est ensuite placé dans un deuxième récipient qui est rempli d'eau.</td><td>L'essai a pour objectif de déterminer le relavage en fonction du temps des constituants inorganiques de déchets monolithiques lorsqu'ils entrent en contact avec une solution aqueuse (lixiviant). Il s'agit d'un essai dynamique ou plusieurs conditions sont fixées : le type de lixiviant, la température, le rapport liquide/surface et la durée de l'essai. Les premiers éluats de l'essai peuvent également être utilisés pour évaluer la conformité du déchet.<br>L'essai est effectué sur des monolithes à faible perméabilité (< 10<sup>-8</sup> m/s) avec des dimensions minimales de 40 mm dans toutes les directions et ayant une stabilité suffisante. L'essai se base sur la mise en contact du monolithe avec un volume de lixiviant (eau) déterminé sur la base du rapport L/A (Liquide / Aire ou surface). Le lixiviat est renouvelé et analysé à des intervalles de temps fixes (2h, 24h, 54h, 8j, 14j, 15j, 28j, 36j). Une étape ultérieure peut être ajoutée à 64j. Cet essai mettant en œuvre des renouvellements successifs de lixiviant n'est pas rigoureusement « dynamique » comme l'est la version conçue et imposée par la France (EN 15864 Janvier 2016). La norme EN 15863 a été contestée notamment parce que ces changements réguliers de lixiviant génèrent dans l'éluat des variations de pH très importantes entre le début de chaque période de contact (pH du lixiviant de l'ordre de 7) et la fin de la période (pH souvent supérieur à 12 dans les cas les plus fréquents avec un monolithe constitué avec des liants hydrauliques). L'essai TS 15864 a été développé pour éviter ce biais.</td></tr><tr><td>Durée de l'essai</td><td># 25 j (L/S=10, 7 fractions) dont durée dépendante de la masse de matrice dans la colonne</td><td>36j à 64j</td><td>36j à 64j</td></tr><tr><td>Durée totale (essai et rapport d'essai)</td><td># 35 j</td><td>2 à 3mois</td><td>2 à 3mois</td></tr><tr><td>Prestataire</td><td>▲<br>Théoriquement laboratoire commercial, mais la plupart sous-traite aux Pays-Bas qui utilise une petite colonne de 5cm que nous déconseillons. Prestataire spécialisé de préférence</td><td>Prestataire spécialisé</td><td>Prestataire spécialisé/ labo de recherche</td></tr><tr><td>Interprétation des essais</td><td>Non fournie par les labos commerciaux mais doit être fournie par les prestataires spécialisés</td><td>Confrontation aux seuils du Soil Decree néerlandais</td><td>▲<br>Confrontation aux seuils du Soil Decree néerlandais (si application aux NL) Sinon, indispensable<br>Doit être proposée par le prestataire</td></tr></tbody></table>
<table><caption>Tableau 5 - Caractéristiques des essais spécifiques pour les composés organiques présents sous forme de phase organique (NAPL)</caption><thead><tr><th></th><th>Essais statiques</th><th>Essais dynamiques</th></tr></thead><tbody><tr><th scope="row">Nom et Référence</th><td>Contact NAPL/eau (Guide CIDISIR, Côme et al., 2005)</td><td>Essais de percolation pour l'estimation de cinétiques de dissolution de NAPL (guide CIDISIR, Côme et al., 2005)</td></tr><tr><th scope="row">Matrice</th><td>Sols</td><td>Sols</td></tr><tr><th scope="row">Origine</th><td>France</td><td>France</td></tr><tr><th scope="row">Contexte d'application - Objectifs principaux</th><td>Estimer les concentrations d'équilibre dans l'eau pour une pollution multi-composés, en cas de présence de NAPL.<br/>Cet essai nécessite de disposer d'un échantillon de NAPL (NAPL échantillonné directement dans un piézomètre ou une cuve, ou extrait d'un échantillon de sol/sédiment fortement pollué). Le protocole décrit ici a été développé dans le cadre du projet CIDISIR relatif à l'étude de la dissolution des hydrocarbures pétroliers dans les eaux souterraines.</td><td>Deux types d'essais sont proposés :<ul><li>une percolation en colonne sur une durée courte vis-à-vis de la durée caractéristique du processus de dissolution mais dans des conditions jugées proches de celles du site (échantillon de sol non remanié carotté sous gaine, vitesse et chimie de la nappe similaires aux conditions de site), pour évaluer le transfert eau/NAPL au temps t de l'étude. Le temps caractéristique de la dissolution sur site étant généralement de l'ordre de la décennie, il est vain de chercher à étudier en laboratoire le comportement à long terme du polluant. Ces percolations peuvent néanmoins renseigner sur le transfert eau/NAPL au temps t de l'étude, en considérant que le processus est quasi-stabilisé à une échelle de temps à définir par d'autres moyens ;</li><li>une percolation en colonne sur milieu reconstitué menée sur la durée du processus de dissolution pour comprendre les mécanismes et évaluer l'évolution des transferts dans des conditions particulières.</li></ul></td></tr><tr><th scope="row">Durée de l'essai</th><td># 7 j</td><td><ul><li>Percolation sur une durée courte : quelques jours</li><li>Percolation sur la durée du processus de dissolution : plusieurs semaines à plusieurs mois</li></ul></td></tr><tr><th scope="row">Durée totale (essai et rapport d'essai)</th><td># 15 j</td><td><ul><li>Percolation sur une durée courte : # 2 semaines</li><li>Percolation sur la durée du processus de dissolution : plusieurs semaines à plusieurs mois</li></ul></td></tr><tr><th scope="row">Prestataire</th><td>Certains laboratoires commerciaux</td><td>Laboratoire spécialisé</td></tr><tr><th scope="row">Interprétation des essais</th><td>Généralement non fournie</td><td>Doit être fournie</td></tr></tbody></table>
# 6 Références

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# CARACTERISATION DU POTENTIEL DE MOBILITE DES POLLUANTS ORGANIQUES ET INORGANIQUES DANS LES SOLS ET SEDIMENTS

## TACHE 2 - IDENTIFICATION DES OUTILS DE MODELISATION POUR INTERPRETER DES DONNEES DE LIXIVIATION

RAPPORT FINAL

novembre 2018

J.-M. CÔME, D. ESRAEL - BURGEAP

L. GONZALEZ, S. BISONE, J. MÉHU, E. VERNUS - PROVADEMSE

GINGER
BURGEAP

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PROVADEMSE

Développement des écotechnologies

INSA
VALOR
Créée en 1989 à l'initiative du Ministère en charge de l'Environnement, l'association RECORD – REseau COopératif de Recherche sur les Déchets et l'Environnement – est le fruit d'une triple coopération entre industriels, pouvoirs publics et chercheurs. L'objectif principal de RECORD est le financement et la réalisation d'études et de recherches dans le domaine des déchets et des pollutions industrielles.

Les membres de ce réseau (groupes industriels et organismes publics) définissent collégialement des programmes d'études et de recherche adaptés à leurs besoins. Ces programmes sont ensuite confiés à des laboratoires publics ou privés.

### Avertissement :

Les rapports ont été établis au vu des données scientifiques et techniques et d'un cadre réglementaire et normatif en vigueur à la date de l'édition des documents.

Ces documents comprennent des propositions ou des recommandations qui n'engagent que leurs auteurs. Sauf mention contraire, ils n'ont pas vocation à représenter l'avis des membres de RECORD.

### Remerciements :

Le consortium en charge de l'étude remercie les experts suivants pour les échanges ayant nourri ce rapport : Claire Alary (IMT Lille-Douai), Denise Blanc (INSA Lyon / DEEP) et Jean-Louis Morel (GISFI).

* ✓ Pour toute reprise d'informations contenues dans ce document, l'utilisateur aura l'obligation de citer le rapport sous la référence :

**RECORD**, Caractérisation du potentiel de mobilité des polluants organiques et inorganiques dans les sols et sédiments, 2018, 208 p, n°16-0158/1A

* ✓ Ces travaux ont reçu le soutien de l'ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie)

www.ademe.fr

### Comité de suivi de l'étude :

Baptiste ANGER – EDF, Rémy BAYARD – INSA de LYON / RECORD, Bénédicte COUFFIGNAL – RECORD, Thierry DELLOYE – SOLVAY, Martin GABORIAU – SNCF, Fabien LAURENT – SOLVAY, Agathe LE BOCQ – EDF, Aurélie MARTIN – SNCF, Philippe MONIER – TOTAL, Hélène ROUSSEL – ADEME.

© RECORD, 2018
## Resumé

L'objectif général de l'étude est la réalisation d'une mise à jour de l'état de l'art sur les différentes méthodologies d'évaluation de la mobilité des polluants organiques et inorganiques dans les sols et sédiments et les outils de modélisation associés. L'inventaire critique des méthodologies et outils disponibles a vocation à nourrir la constitution d'une « boite à outils », laquelle s'appuie également sur des essais de mise en œuvre. L'étude s'articule autour de 4 tâches :

* Tâche 1 - Etat de l'art des procédures d'évaluation de la mobilité des polluants organiques et inorganiques dans les sols et sédiments pollués

* Tâche 2 - Identification des outils de modélisation pour interpréter des données de lixiviation

* Tâche 3 - Développement d'une procédure d'évaluation, essais de mise en œuvre

* Tâche 4 - Propositions méthodologiques

La Tâche 2, qui fait l'objet de ce rapport, consiste à identifier dans la littérature des logiciels utiles à l'interprétation des essais de mobilité et à fournir des éléments d'aide à la décision concernant le choix et la mise en œuvre des logiciels. Le rapport est structuré autour de trois types de logiciels : pour interpréter des résultats d'essais sans usage de modélisation mathématique, pour modéliser des essais statiques, pour modéliser des essais dynamiques. Le rapport présente par ailleurs des considérations pratiques sur la mise en œuvre des logiciels, en particulier une enquête auprès de donneurs d'ordre, de prestataires et de laboratoires de recherche sur l'utilisation des logiciels.

**Mots clés** : procédures d'évaluation, essai de mobilité, polluants organiques, polluants inorganiques, sols pollués, sédiments pollués, lixiviation, percolation, lysimètre, outils de modélisation, solution analytique, code numérique.

## Summary

The main objective of this study is to conduct an updated review of the different methodologies commonly used to assess the organic and inorganic pollutants mobility in soils and sediments. Moreover, the predictive modeling tools used to simulate the experimental data are also described. The critical inventory of available methodologies and modeling tools aims to define a "toolbox", which also included application tests.

The study is based on four tasks:

* Task 1 - Review of methodologies to assess the mobility of organic and inorganic Pollutants in Polluted Soils and Sediments

* Task 2 - Modeling tools identification to understand the pollutants leaching behavior data

* Task 3 - Development of an assessment approach and tests application

* Task 4 - Methodological proposals

The task 2 consists of identifying softwares useful for interpreting mobility tests and providing decision support for the choice and implementation of softwares. The report is structured around three types of software: i) to interpret test results without the use of mathematical modeling, ii) to model static tests, iii) to model dynamic tests. The report also presents practical considerations on the implementation of software, in particular a survey of principals, service providers and research laboratories on the use of software.

**Keywords:** assessment methodologies, mobility test, organic pollutants, inorganic pollutants, soils, sediments, static test, dynamic test, compliance test, characterization test, simulation test.
# Glossaire

Les définitions des termes cités ici sont issues dans la mesure du possible de normes (lesquelles sont mentionnées en fin de définition) et le cas échéant de la littérature scientifique ou technique.

**Comportement à la lixiviation** : émission, à partir d'un sol ou d'un matériau de type sol, de constituants qui traversent la surface extérieure d'un sol ou d'un matériau de type sol, tel que spécifié dans le cadre du scénario considéré dans une période de temps spécifique (ISO 11074:2006)

**Echantillon pour essai** : échantillon préparé à partir de l'échantillon pour laboratoire et duquel des prises d'essai sont prélevées pour essai ou analyse (EN 12457:2002)

**Echantillon pour laboratoire** : échantillon ou sous-échantillon(s) envoyé(s) au laboratoire ou reçu(s) par celui-ci (EN12457:2002)

**Eluat** : solution récupérée après un essai de lixiviation d'un sol en contact avec une solution lixivante (ISO 11074:2006)

**Equilibre local (EL)** : l'équilibre local désigne un état d'équilibre qui est atteint en chaque section de la colonne durant la percolation effective.

**Essai de lixiviation** : essai au cours duquel un matériau est mis en contact avec un lixiviant dans des conditions strictement définies et durant lequel certains des constituants du matériau sont extraits

**Essai de lixiviation en bâchée unique** : essai de lixiviation au cours duquel une quantité fixée de matériau est lixivée en une seule étape avec une quan-tité fixée de lixiviant. (EN12457:2002)

**Essai de lixiviation en bâchées multiples** : essai de lixiviation comportant deux ou plusieurs extractions successives de la même portion de matériau par unnouvel apport de lixiviant. (EN12457:2002)

**Essai multiparamétrique** : essai dont le but est de mesurer l'influence de paramètres spécifiques interdépendants sur le relargage à partir d'un sol ou d'un matériau de type sol, dans le cadre du scénario considéré

**Essai paramétrique** : essai dont le but est de mesurer une propriété intrinsèque d'un sol ou d'un matériau de type sol, ou de mesurer l'influence d'un paramètre spécifique sur le relargage à partir d'un sol ou d'un matériau de type sol, dans le cadre du scénario considéré. (ISO 11074:2006)

**Essai de simulation** : essai visant à simuler l'effet combiné de différents paramètres sur le relargage, dans le cadre du scénario considéré (ISO 11074:2006)

**Lixiviation** : dissolution et mouvement de substances dissoutes causés par le mouvement et la qualité (pH et force ionique, par exemple) de l'eau ou d'autres liquides dans le sol ou le matériau de type sol. (ISO 11074:2006)

**Lixiviant** : liquide utilisé lors d'un essai de lixiviation (ISO 11074:2006)

**Lysimètre** : montage expérimental à grande échelle destiné à simuler des conditions d'exposition propres à un scénario, dans des conditions plus contrôlées que dans des conditions sur site en vraie grandeur. (ISO 11074:2006)

**Matériaux du sol** : déblais, résidus de dragage, sols synthétiques, sols traités et matériaux de remblayage. (ISO/TS 21268-3)

**Matériau granulaire (ou fragmenté)** : matériau solide n'étant pas monolithique. Il ne s'agit pas d'un gaz, d'un liquide ou d'une boue. (ISO/TS 21268-3)

**Matériaux monolithiques** : matériau dont l'intégrité sur une période de temps donné est assurée par des dimensions minimales prédéfinies ainsi que des propriétés physiques et mécaniques. (EN12457:2002)

**Modèle comportemental** : ensemble de relation entre, d'une part, le comportement à la lixiviation, et, d'autre part, les conditions pertinentes du scénario envisagé (en particulier la période spécifiée) et les propriétés pertinentes du déchets considéré (EN 12920:2006)
**Non équilibre local (NEL)** : cette situation se traduit par une concentration dans le lixiviant inférieure à la concentration pour la situation d'équilibre local, correspondant à une dynamique complexe d'échanges entre la phase solide et le lixiviant. Un modèle non-équilibre local inclut le cas d'équilibre local comme cas limite, l'inverse n'étant pas vrai.

**Percolation** : transport d'eau d'infiltration à travers une couche de sol ou de matériau de type sol. (ISO 11074:2006)

**Pollution résiduelle** : substances restant dans le milieu souterrain après un traitement (UPDS, 2016) (Blusseau et al., 2016)

**Prise d'essai** : quantité d'échantillon pour essai, de masse ou de volume généralement connu, prélevé pour l'analyse (définition IUPAC) (EN12457:2002)

**Rapport liquide/solide (rapport L/S)** : rapport entre le volume total de liquide (L, en litres), qui est en contact avec le matériau du sol au cours de l'extraction, et la masse sèche de l'échantillon (S, en kg de matière sèche). Le rapport L/S est exprimé en l/kg (ISO 11074:2006)

**Relargage** : émission, à partir d'un déchet, de constituants qui passent à travers la surface externe d'un volume de déchet, comme spécifié dans le scénario considéré (EN 12920:2006)

**Rapport liquide/surface (rapport L/A)** : rapport entre le volume total de liquide (L, en litres), qui est en contact avec le matériau du sol au cours de l'essai et la surface du matériau en contact avec l'éluat

**Scénario** : description d'un ensemble de conditions normales et exceptionnelles applicables à un mode d'élimination ou à une utilisation de sol ou de matériau de type sol, pour la détermination du comportement à la lixiviation, à un horizon de temps spécifié. (ISO 11074:2006)

**Taux d'humidité (TH)** : rapport, exprimé en pourcentage, entre la masse d'eau contenue dans le matériau et la masse sèche correspondante du matériau. Le calcul du taux d'humidité repose sur la masse du résidu sec. (EN12457:2002)

**Teneur en matière sèche (TS)** : rapport, exprimé en pourcentage, entre la masse du résidu sec et la masse brute correspondant. (EN12457:2002)

**Terme source** : ensemble d'informations caractérisant le relargage de constituants à partir d'un sol ou d'un matériau de type sol (ISO/DIS17402)

**Terme transfert** : ensemble d'informations caractérisant le transfert du terme source à travers le sol et/ou les eaux souterraines (ISO/DIS17402)

**Terre excavée** : sol excavé, qui peut comporter des remblais hétérogènes apportés au fil des ans.
# Sommaire Tâche 2

<table><tr><td>Resumé</td><td>3</td></tr><tr><td>Glossaire</td><td>4</td></tr><tr><td>Sommaire</td><td>6</td></tr><tr><td>1 Introduction</td><td>7</td></tr><tr><td>1.1 Objectifs de l'étude et de la Tâche 2</td><td>7</td></tr><tr><td>1.2 Expression des besoins du Comité de suivi de l'étude</td><td>7</td></tr><tr><td>1.3 Méthodologie pour la Tâche 2</td><td>8</td></tr><tr><td>1.4 Organisation du rapport</td><td>10</td></tr><tr><td>2 Interprétation de résultats d'essais sans usage de modélisation mathématique (niveau 0)</td><td>11</td></tr><tr><td>3 Modélisation d'essais statiques (niveau 1)</td><td>12</td></tr><tr><td>3.1 Composés organiques</td><td>12</td></tr><tr><td>3.1.1 Essais de lixiviation statiques</td><td>12</td></tr><tr><td>3.1.2 Essais d'équilibre NAPL/eau</td><td>13</td></tr><tr><td>3.1.3 Calcul de répartition des polluants dans les différentes phases à partir d'analyses d'échantillons de sols</td><td>14</td></tr><tr><td>3.1.3.1 Approches simplifiées</td><td>14</td></tr><tr><td>3.1.3.2 Logiciels disponibles pour des approches plus complètes</td><td>15</td></tr><tr><td>3.2 Composés inorganiques</td><td>20</td></tr><tr><td>3.2.1 Essais de lixiviation statiques</td><td>20</td></tr><tr><td>3.2.2 Exemples d'utilisation de logiciels pour modéliser des essais statiques de lixiviation</td><td>21</td></tr><tr><td>4 Modélisation d'essais dynamiques (niveau 2)</td><td>23</td></tr><tr><td>4.1 Considérations méthodologiques</td><td>23</td></tr><tr><td>4.2 Polluants organiques</td><td>23</td></tr><tr><td>4.2.1 Logigramme d'aide au choix d'un logiciel</td><td>23</td></tr><tr><td>4.2.2 Données nécessaires à la mise en œuvre des logiciels</td><td>26</td></tr><tr><td>4.2.3 Origine des données nécessaires à la modélisation</td><td>27</td></tr><tr><td>4.3 Polluants inorganiques</td><td>28</td></tr><tr><td>4.3.1 Exemples d'application de modélisations d'essaies en colonne</td><td>29</td></tr><tr><td>4.3.2 Modélisation à l'échelle de site/lysimètre</td><td>29</td></tr><tr><td>4.4 Polluants mixtes</td><td>30</td></tr><tr><td>5 Considérations pratiques sur la mise en œuvre de logiciels</td><td>32</td></tr><tr><td>5.1 Méthodologie de mise en œuvre des outils de modélisation</td><td>32</td></tr><tr><td>5.2 Occurrence d'utilisation des logiciels</td><td>34</td></tr><tr><td>5.2.1 Le projet OPUSS</td><td>34</td></tr><tr><td>5.2.2 Enquête menée dans le cadre de l'étude</td><td>35</td></tr><tr><td>5.3 Benchmark entre logiciels</td><td>36</td></tr><tr><td>5.3.1 Projet TRANSPOL</td><td>36</td></tr><tr><td>5.3.2 Projet MACAOH</td><td>38</td></tr><tr><td>6 Références</td><td>40</td></tr><tr><td>7 Annexes</td><td>43</td></tr></table>
# 1 Introduction

## 1.1 Objectifs de l'étude et de la Tâche 2

L'objectif général de l'étude est la réalisation d'un état de l'art sur les différentes méthodologies d'évaluation de la mobilité des polluants organiques et inorganiques dans les sols et sédiments continentaux et les outils de modélisation utilisés pour l'interprétation des données de lixiviation. Cet inventaire critique a vocation à nourrir la constitution d'une « boîte à outils » d'essais de mobilité et d'outils de calcul, laquelle s'appuie également sur la mise en œuvre à titre illustratif d'essais.
Le livrable principal de l'étude est un rapport de propositions méthodologiques sur les procédures d'évaluation de la mobilité des polluants à l'intention des donneurs d'ordre et des prestataires.

L'étude s'articule autour de 4 tâches :

* Tâche 1 - Etat de l'art des procédures d'évaluation de la mobilité des polluants organiques et inorganiques dans les sols et sédiments pollués

* Tâche 2 - Identification des outils de modélisation pour l'interprétation des données de lixiviation

* Tâche 3 - Développement d'une procédure d'évaluation, essais de mise en œuvre

* Tâche 4 - Propositions méthodologiques sur les procédures d'évaluation de la mobilité des polluants organiques et inorganiques

La Tâche 2, qui fait l'objet de ce rapport, consiste à identifier dans la littérature des logiciels d'aide à l'interprétation des essais de mobilité et à fournir des éléments d'aide à la décision concernant le choix et la mise en œuvre des logiciels.

La littérature consultée comprend des guides de modélisation, des travaux de recherche en France et à l'international, des descriptifs de logiciels ainsi que études menées dans un cadre commercial. La littérature consultée a trait à différents domaines, dont les principaux sont les sols pollués et les déchets. En termes méthodologique, les travaux menés se sont appuyés sur l'identification de problématiques considérées comme prioritaires par les membres du comité de suivi de l'étude. Par ailleurs, le consortium en charge de l'étude a sollicité plusieurs experts pour donner leur avis sur le rapport et contribué à l'enquête logiciels décrite § 5.2.2 : Claire Alary (IMT Lille-Douai), Denise Blanc (INSA Lyon / DEEP) et Jean-Louis Morel (GISFI).

## 1.2 Expression des besoins du Comité de suivi de l'étude

L'expression des besoins du Comité de suivi de l'étude, précisée lors de la réunion de cadrage du 18/10/2016 et des échanges écrits qui ont suivis, peut se résumer comme suit :

* Préciser les outils de modélisation disponibles pour interpréter les essais en laboratoire mais également les outils de modélisation utiles à l'échelle d'un site (sans calibration sur des essais de mobilité en laboratoire)

* Privilégier les outils commerciaux vis-à-vis des outils de recherche

* Préciser les données de laboratoire utiles pour réaliser les modélisations

* Discuter l'utilité des essais de mobilité en laboratoire vs une approche par modélisation sans essais

* Donner la priorité aux sols pollués vis-à-vis des sédiments (rappelons que le périmètre de l'étude est limitée aux sédiments continentaux)

* Pollutions mixtes organiques/inorganiques : elles semblent relativement marginales pour les sols pollués. L'étude tentera de d'identifier des situations typiques de pollutions mixtes avec/sans interaction significative entre les deux classes de polluant, en y associant des recommandations en termes d'essais de mobilité et de travaux de modélisation

* Donner la priorité aux essais de mobilité sur les logiciels de modélisation dans les tâches d'état de l'art (tâches 1 et 2).
## 1.3 Méthodologie pour la Tâche 2

La modélisation est principalement abordée dans ce rapport comme un outil d'interprétation des essais de mobilité, en priorité des essais menés en laboratoire mais également des essais menés sur site, en cohérence avec la Tâche 1. Par interprétation, on entend compréhension des processus physiques et chimiques en jeu, avec une confrontation des données mesurées avec les résultats de simulation. La modélisation est également présentée comme un outil de prédiction du comportement à long terme de la pollution, par exemple en simulant différents scenarii de gestion dans le cadre d'un Plan de gestion.

L'objectif de cette tâche n'est pas de faire un inventaire exhaustif de logiciels de modélisation ni un guide d'utilisation des logiciels, mais de proposer des éléments méthodologiques pour aider au choix d'un logiciel et à sa mise en œuvre en fonction d'une schématisation donnée et d'un objectif d'étude. La déclinaison de la schématisation selon le type de polluants et de fonctionnalités à prendre en compte se traduit par la construction de logigrammes comprenant des modèles physiques auxquels sont associés une liste ouverte de logiciels. Pour chacun des modèles physiques, il est ensuite décrit les paramètres nécessaires à la réalisation de simulations ainsi que leur origine (mesure, base de données, calage, ...).

Les polluants pris en compte, dont le choix est structurant pour la construction des modèles physiques et l'identification de logiciels, sont les suivants :

* composés organiques : Hydrocarbures Aliphatiques (HC-ali), Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) et Polychlorobiphényles (PCB). Dans la mesure où ces composés sont associés à d'autres composés dans la matrice (sol ou sédiment) pouvant influencer leur impact dans l'éluat, ces derniers seront pris en compte (par exemple, des goudrons de houille ou une coupe pétrolière gazole) ;

* composés inorganiques : l'étude se focalise sur deux groupes de composés métalliques qui présentent globalement un comportement de mobilisation différent : les cations (Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, ...) et les oxyanions ($MoO_4^{2-}$, $CrO_4^{2-}$, $AsO_4^{3-}$, $Sb(OH)^6$ ...)

* pollutions mixtes organiques/inorganiques : on se limitera à l'identification de quelques situations typiques de pollutions mixtes avec interaction significative entre les deux classes de polluant, les cas sans interaction pouvant être traités par deux logiciels, l'un adapté aux polluants organiques et l'autre adapté aux polluants inorganiques.

Rappelons également que la mobilité des sols et sédiments concerne ici uniquement les transferts dans l'eau. La phase gazeuse est donc exclue. En revanche, compte tenu des propriétés des polluants organiques, la phase NAPL (phase organique) est prise en compte, ainsi que le transfert NAPL/eau (dissolution).

Si la typologie de modélisation proposée s'appuie sur les situations nécessitant de caractériser la mobilité des polluants décrites dans le rapport de Tâche 1, mentionnons que les fonctionnalités prises en compte dans les modèles physiques ne couvrent que partiellement les situations décrites, en particulier la non prise en compte de la phase gazeuse.

### Définition de 3 niveaux d'approche logiciels

La présentation des logiciels décrits dans ce rapport est structurée en 3 niveaux :

* **Niveau 0 : interprétation de résultats d'essais sans usage de modélisation mathématique.** Les logiciels associés à ce niveau servent à la communication des résultats dans un rapport (rapport de conformité, ...), la gestion de données ou l'évaluation des impacts environnementaux pour les scénarii étudiés par les essais ;

* **Niveau 1 : modélisation d'essais statiques, pour évaluer, sans transport de masse, les mécanismes réactifs des polluants (dissolution, désorption, ...) en fonction des paramètres testés (température, pH, Redox, ...).** Ces modèles, utiles pour comprendre les mécanismes réactifs, peuvent également être utilisés pour construire des bases de données de paramètres thermodynamiques valorisés pour les modèles de niveau 2. On distingue ici :

* les composés organiques : les approches calculatoires proposées ont trait d'une part aux essais de lixiviation statiques mais également à l'interprétation d'essais d'équilibre NAPL/eau et de concentrations dans les sols ;
* les composés inorganiques : les réactions entre espèces chimiques sont abordées par les lois de spéciation chimique. Les processus chimiques pris en compte sont la spéciation, l'adsorption/désorption, les échanges d'ions, l'oxydo-réduction, la précipitation/dissolution ;

* **Niveau 2 : modélisation d'essais dynamiques**, pour évaluer le transfert des polluants dans l'eau en tenant compte à la fois du transport de masse et des mécanismes réactifs. Par rapport à la modélisation de niveau 1, cette approche permet d'étudier les effets couplés transport/réactions et d'obtenir des concentrations simulées généralement plus proches des conditions réelles d'un site. C'est également à ce niveau que sont réalisées les éventuelles simulations prospectives, permettant à partir d'une calibration du modèle, d'extrapoler les résultats des essais à différents termes temporels et/ou à une autre échelle spatiale (typiquement celle du site d'étude) et/ou dans différentes conditions aux limites ou imposées. La calibration du modèle peut être réalisée sur différents types d'essais :

* essais en laboratoire : colonne de percolation ou lysimètre

* essais sur site : diagnostic de pollution (concentrations dans les sols et les eaux, ...), essai pilote, suivi temporel de la qualité des eaux souterraines, ...

On distingue ici 3 types de modèles physiques selon les polluants (composés organiques, composés inorganiques, pollutions mixtes).

## Ressources bibliographiques

Concernant la revue de la littérature, ce rapport s'est appuyé plus particulièrement sur les guides et autres documents suivants :

* ADEME CaPhélne (Boissard et al., 2012) « Modélisation des écoulements et du transport des éléments traces en zone non saturée »

* ADEME MACAOH (Côme et al., 2007) « Modélisation du devenir des composés organo-chlorés aliphatiques dans les aquifères. Guide méthodologique »

* ANR TRANSAT (Kaskassian et al., 2009) « Evaluation des temps de Transfert, dans la zone Non Saturée des sols, de contaminants dissous ou particulaires »

* BRGM (Lassin et al., 2002) « Essais de comportement des déchets à la lixiviation et modélisation des processus (hydro-physico-chimiques) associés. Etude bibliographique »

* BRGM (Bellenfant et Guyonnet, 2009) « Modélisation des impacts liés à l'utilisation de matériaux alternatifs ou hors spécifications en technique routière »

* BRGM (Burnol, Blanc et Guyonnet, 2004) « Recommandations pour la modélisation des transferts métalliques dans les eaux souterraines »

* BRGM (Burnol et Pianotone, 2006) « Codes de géochimie et de transport : guide pour un bon usage appliqué aux déchets minéraux »

* BRGM-OPUSS (Le Guern et al., 2012) « Modélisation du transport de polluants dans les sols et sous-sol en milieu urbain - Etat de l'art et usages en France »

* INERIS (Rollin et Quiot, 2006) « Éléments traces métalliques - Guide méthodologique - Recommandations pour la modélisation des transferts des éléments traces métalliques dans le sol et les eaux souterraines »

* INERIS TRANSPOL (INERIS, 2001) « Pollution souterraine : Paramètres et paramétrage des Modèles en écoulement »

* INERIS (INERIS, 2008) « Recommandations relatives au choix entre modèle analytique et numérique dans le cadre de l'étude du transfert de polluants dans les sols et les eaux souterraine »

* RITEAU CIDISIR (Côme et al., 2005) « Quantification des cinétiques de dissolution sur sites réels - Hydrocarbures pétroliers et dérivés halogénés »

* Vanderbilt University- LEAF « Leaching Environmental Assessement Framework- Laboratory Data collection- LeachXS Lite»

* USEPA (Kosson et al., 2014) « Leaching Test Relationships, Laboratory-to-Field Comparisons and Recommendations for Leaching Evaluation using the Leaching Environmental Assessment Framework LEAF ».
## 1.4 Organisation du rapport

Le rapport est organisé comme suit :

* Chapitre 2 : interprétation de résultats d'essais sans usage de modélisation mathématique (niveau 0)

* Chapitre 3 : modélisation d'essais statiques (niveau 1)

* Chapitre 4 : modélisation d'essais dynamiques (niveau 2)

* Chapitre 5 : considérations pratiques sur la mise en œuvre des logiciels.
## 2 Interprétation de résultats d'essais sans usage de modélisation mathématique (niveau 0)

Différents outils informatiques peuvent aider à interpréter des résultats des essais de mobilité. Sur un plan fonctionnel, les plus simples d'entre eux n'incluent pas de modèles au sens mathématique du terme (transport de masse, réactions chimiques entre composés, ...). Ces logiciels ont vocation à comparer les données des essais à des bases de données ou des valeurs de référence, élaborer des figures ou encore produire des rapports d'étude. Ils comprennent des logiciels génériques (Excel, Access, ...) et des logiciels spécifiques.

Parmi les logiciels spécifiques, mentionnons **LeachXS™** développé par le Centre de recherche d'énergie hollandais. Structuré comme un outil de gestion de bases de données pour répondre aux besoins de laboratoire (Figure 1), une version gratuite du logiciel, **LeachXS™ Lite**, est proposé par l'Université de Vanderbilt (Nashville, USA) pour la mise en œuvre de la méthode LEAF (Leaching Environmental Assessement Framework) : le logiciel aide à interpréter les 4 tests (pH-batch, Percolation, Monolithe, Batch séquentiel) de la méthode EPA 1313 à 1316 (SW-846) à partir de fichiers Excel afin d'uniformiser les graphiques/données, d'intégrer les données dans une base de données, et de les comparer aux valeurs réglementaires (Figure 2).

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure 1 - Présentation des modules associés au logiciel LeachXS (source www.leachxs.com)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 2 - Exemple de résultats de test de percolation (selon la Norme NEN 7343) fournis par le logiciel LeachXS Lite</figcaption></figure>
# 3 Modélisation d'essais statiques (niveau 1)

On distingue ici deux approches différentes en fonction du type de polluants.

## 3.1 Composés organiques

Les essais considérés ici comprennent d'une part des essais de lixiviation statiques, mais également des essais de transfert NAPL/eau et une approche calculatoire de répartition des polluants dans les différentes phases à partir des seules analyses de concentrations en polluants sur des échantillons de sol. Mentionnons que les essais de lixiviation statiques s'adressent en principe exclusivement à des sols ou des sédiments ne contenant pas de NAPL, à la différence des deux autres types d'essais.

### 3.1.1 Essais de lixiviation statiques

Les essais de lixiviation statiques sont principalement réalisés pour étudier les réactions de composés inorganiques en fonction de différentes conditions du milieu (pH, Eh, rapport L/S, ...). Pour les composés organiques, les codes de spéciation géochimiques peuvent être utiles pour étudier le mécanisme de sorption, de formation de colloïdes en fonction de conditions variables du milieu. Eventuellement, ces essais peuvent s'adresser à la biodégradation (notamment séquentielle), même si la durée généralement courte des essais (1 à quelques jours) ne permet pas d'étudier ce mécanisme.

A la différence des composés inorganiques, les paramètres du milieu semblent avoir un impact moindre sur le transfert sol/eau ou sédiment/eau des composés organiques. Les trois principaux paramètres sont les suivants :

* le pH a peu d'influence sur la désorption/dissolution de composés organiques. Néanmoins, il peut avoir un effet indirect sur la solubilité des HAP en cas de forte augmentation du COD avec le pH (Comans, 2001) (Charrasse, 2013) ;

* la température a peu d'influence sur la solubilité et la désorption des composés organiques dans les conditions des essais (généralement entre 10 et 25°C). Si besoin, des bases des données thermodynamiques prenant en compte l'effet de température sur le transfert des composés organiques sont disponibles, par exemple Thermo.comV8R6.dat (Le Guern et al., 2012) ou la base inclue dans le logiciel OREOS (Chastanet et al., 2012) ;

* le Eh a une influence sur la biodégradation des composés organiques (conditions aérobies vs anaérobies). Ce paramètre est pris en compte de façon indirecte dans certains modèles de biodégradation (formalisme réactionnel variable en fonction du Eh).

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure 3 - Influence de la température sur la solubilité du benzène (Chastanet et al., 2012)</figcaption></figure>
### 3.1.2 Essais d'équilibre NAPL/eau

Ces essais nécessitent de disposer d'un échantillon de quelques dizaines de mL de NAPL (phase organique) échantillonné directement dans un puits (LNAPL ou DNAPL) ou extrait à partir d'un échantillon de sol. L'essai, décrit dans le rapport de Tâche 1 à partir du protocole proposé dans le guide CIDISIR (Côme et al., 2005), consiste à mettre le NAPL en contact avec l'eau pendant un certaine durée et à analyser les concentrations des polluants d'intérêt dans l'eau à différents pas de temps jusqu'à atteinte de la concentration maximale dans l'eau. Cet essai permet donc d'estimer le potentiel maximal de transfert NAPL/eau.

La confrontation des concentrations maximales mesurées dans l'eau avec les concentrations théoriques calculées à partir de la loi de Raoult et de la composition de la phase organique permet d'estimer l'écart de l'essai à la situation théorique d'équilibre thermodynamique (ou équilibre local).

La loi de Raoult permet de calculer la concentration d'équilibre dans l'eau :

$$C_{i\alpha} = x_{ih} S_i \qquad \text{Équation 1}$$

$C_{i\alpha}$ : concentration du composé en phase aqueuse à l'équilibre avec la phase organique (mg/L)

$S_i$ : solubilité aqueuse du composé pur (mg/L)

$x_{ih}$ : fraction molaire du composé dans la phase organique

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 4 - Évolution de la concentration en hydrocarbures durant un essai de transfert NAPL/eau (Côme et al., 2005)</figcaption></figure>

Un exemple d'essai est présenté Figure 4 qui visualise l'évolution de la concentration des principaux hydrocarbures dans 2.2 l d'eau durant un essai de transfert avec 20 mL du kérosène.

<table><caption>Tableau 1 - Concentrations calculées et expérimentales de certains hydrocarbures dissous dans l'eau après contact diphasique kérosène/eau (A B C étant les données mesurées) (Côme et al., 2005)</caption><thead><tr><th rowspan="2"></th><th rowspan="2">calculée</th><th colspan="3">concentration [µg/L]</th></tr><tr><th>A</th><th>B</th><th>C</th></tr></thead><tbody><tr><td>Benzène</td><td>411</td><td>379</td><td>386</td><td>407</td></tr><tr><td>Toluène</td><td>2 010</td><td>3 175</td><td>2 476</td><td>2 439</td></tr><tr><td>Ethylbenzène</td><td>533</td><td>822</td><td>822</td><td>894</td></tr><tr><td>meta-Xylène</td><td>1 498</td><td>2 176</td><td>1 823</td><td>2 400</td></tr><tr><td>para-Xylène</td><td>537</td><td>647</td><td>538</td><td>707</td></tr><tr><td>ortho-Xylène</td><td>1 602</td><td>1 703</td><td>1 507</td><td>1 884</td></tr><tr><td>isopropylbenzène</td><td>85</td><td>154</td><td></td><td>171</td></tr><tr><td>normalpropylbenzène</td><td>285</td><td>271</td><td></td><td>294</td></tr><tr><td>1,methyl 3,éthylbenzène</td><td>970</td><td>683</td><td></td><td>749</td></tr><tr><td>1,methyl 4,éthylbenzène</td><td>601</td><td>295</td><td></td><td>321</td></tr><tr><td>1,3,5-trimethylbenzène</td><td>281</td><td>362</td><td></td><td>401</td></tr></tbody></table>
Les différents composés analysés montrent des cinétiques proches, avec des concentrations d'équilibre globalement atteintes après 72 h de contact NAPL/eau. Les concentrations observées à l'équilibre sont légèrement supérieures à celles calculées à partir de la loi de Raoult (Tableau 1), l'écart étant peut-être lié à l'incertitude de mesure sur les concentrations dans l'eau ou la composition du NAPL.

### 3.1.3 Calcul de répartition des polluants dans les différentes phases à partir d'analyses d'échantillons de sols

Cette approche consiste à calculer à l'aide de relations d'équilibre thermodynamique la répartition des polluants dans les différentes matrices de l'échantillon à partir des mesures de concentrations en polluants organiques dans un échantillon de sols ou de sédiments : sol (sorbé), eau (dissous), éventuellement NAPL en considérant un échantillon dans la zone saturée (avec en plus la phase gazeuse en considérant un échantillon dans la zone non saturée). Les calculs fournissent ainsi une concentration en polluant dissous dans l'eau et adsorbé dans les sols ainsi que la présence/absence de NAPL et la saturation/composition de NAPL.

#### 3.1.3.1 Approches simplifiées

Selon la schématisation, différentes équations simplifiées sont disponibles, lesquelles sont décrites et illustrées dans le guide MACAOH « Caractérisation dans les aquifères d'une zone source» (Côme et al., 2006).

##### Approche simplifiée pour les fortes concentrations

Des équations permettent d'estimer la saturation en NAPL. En cas de présence de NAPL, il est alors possible de calculer la concentration théorique dans l'eau à partir de la Loi de Raoult et de la composition du NAPL.

##### Approche simplifiée pour les faibles concentrations

Plusieurs auteurs ont proposé des relations permettant d'identifier la présence de NAPL à partir de la concentration totale en composés organiques dans les sols. La méthode est fondée sur une approche équilibre local pour les transferts entre les phases eau, gaz et sol (hypothèse pénalisante).

##### Cas mono-composé

A partir de l'équation proposée par Feenstra et al. (1991) prenant en compte les phases eau, gaz et adsorbée, l'approximation suivante est retenue :

$$C_w \approx \frac{C_t \cdot \rho_t}{(1 - \phi) \cdot K_d \cdot \rho_{ss} + \phi \cdot S_w + H \cdot \phi \cdot S_g} \qquad \text{Équation 2}$$

$C_w$ concentration du polluant dans l'eau [mg/L]

$C_t$ concentration totale mesurée [mg/kg PB]

$\rho_t$ masse volumique de l'échantillon total [g/cm³]

$K_d$ coefficient de partition eau / sol [cm³/g]

$\rho_{ss}$ masse volumique des particules solides sèches (hors porosité) [g/cm³]

$\phi$ porosité totale [-]

$S_w$ saturation en eau [-]

$H$ constante adimensionnelle de Henry [-]

$S_g$ saturation en gaz [-]

La concentration dans l'eau ainsi calculée est ensuite comparée à la solubilité du composé. Si la concentration dans l'eau est supérieure à la solubilité, la présence d'une phase organique est avérée.
L'équation précédente, exprimée à partir de la concentration dans l'eau considérée comme étant égale à la solubilité, permet de calculer la concentration maximale dans les sols à partir de laquelle le composé est théoriquement présent sous forme de phase organique :

$$C_t^{\max} \approx \left[ (1-\phi) \cdot K_d \cdot \rho_{ss} + \phi \cdot S_w + H \cdot \phi \cdot S_g \right] \cdot \frac{C_s}{\rho_t} \qquad \text{Équation 3}$$

* $C_t^{\max}$: concentration totale maximale mesurée par l'analyse à partir de laquelle le composé est présent sous forme de phase organique [mg/kg PB]

* $K_d$: coefficient de partition eau / sol [cm³/g]

* $\rho_{ss}$: masse volumique des particules solides sèches (hors porosité) [g/cm³]

* $\phi$: porosité totale [-]

* $S_w$: saturation en eau [-]

* $H$: constante adimensionnelle de Henry [-]

* $S_g$: saturation en gaz [-]

* $C_s$: solubilité du polluant dans l'eau [mg/L]

* $\rho_t$: masse volumique de l'échantillon total [g/cm³]

### Cas multi-composés

Dans le cas d'une phase organique multi-composés, il suffit de remplacer la solubilité de chaque composé dans l'équation 3 par sa concentration d'équilibre estimée à l'aide de la loi de Raoult. De même, la comparaison de la concentration dans l'eau calculée à l'aide de l'équation 2 sera comparée à la concentration d'équilibre du composé.

#### 3.1.3.2 Logiciels disponibles pour des approches plus complètes

Des approches plus complètes sont également disponibles, mais nécessitant des approches calculatoires à l'aide de logiciels. Trois logiciels sont décrits dans la littérature. Ils sont présentés et discutés ci-dessous à partir de travaux menés par Chastanet et al. (2012) en réponse à un besoin exprimé par l'un des membres du Comité de suivi vis-à-vis du logiciel OREOS.

#### NAPL Calculator (NAPLator)

Le logiciel NAPLator, distribué à partir de 2003, est un outil développé sous Excel (avec des macros). La base de données fournie avec le logiciel, non modifiable par l'utilisateur, comprend plus de 300 composés (hydrocarbures, organo-chlorés, alcools, pesticides, ...). Les résultats peuvent être visualisés sous forme de graphiques. Le logiciel permet le calcul d'un seul échantillon à la fois et est limité à des mélanges de 20 constituants. Il convient de mentionner trois spécificités importantes dans l'algorithme de résolution :

* la composition molaire du NAPL est déterminée à partir des concentrations totales en polluants dans les sols. Cette approximation, valide pour des échantillons présentant de très fortes concentrations en polluants dans les sols, génère des erreurs importantes en cas de faibles concentrations (par exemple, pour un échantillon dans la zone saturée contenant deux polluants en même quantité et de solubilités très différentes, le polluant le plus soluble pourra se trouver majoritairement dans la phase eau et le polluant le moins soluble sera dominant dans la phase organique). Cette approximation présente l'avantage de permettre le calcul de répartition de façon directe. Aucune méthode de résolution numérique (itérative) n'est ainsi nécessaire ;

* la présence d'une erreur dans l'expression de la densité du NAPL générant une estimation erronée de la saturation en NAPL ;

* le seuil de concentration totale de chaque polluant est calculé en considérant que la concentration dans les phases eau, air et sol du polluant sont à saturation en NAPL nulle.
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Figure 5 - Exemple de screenshot de NAPLator (http://www.srs.gov/general/programs/soil/gen/naplcalc.pdf)</figcaption></figure>

## NAPLANAL

NAPLANAPL est un outil développé par INTERA et anciennement disponible gratuitement sur leur site (www.intera.com/technology_naplanal.php). Aujourd'hui, à notre connaissance il n'est plus distribué. Le logiciel est un outil interfacé sous Windows de type « standalone ». L'interface est relativement simple : l'utilisateur saisit les paramètres d'entrée et lance le calcul, les résultats sont ensuite écrits dans un fichier texte. La base de données distribuée avec le logiciel est constituée d'une soixantaine de composés. L'utilisateur peut facilement construire sa propre base de données et l'utiliser dans le logiciel. Plusieurs échantillons peuvent être analysés en même temps et le nombre de composés par échantillon n'est pas limité. Notons que le traitement de nombreux échantillons est fastidieux car chaque paramètre pour chaque échantillon est renseigné manuellement via de nombreuses fenêtres.

NAPLANAL utilise une méthode de résolution non linéaire : la méthode de Newton-Raphson pour la résolution du système d'équations pour le calcul de la répartition. Le calcul avec NAPLANAL s'est montré relativement instable pour (i) des échantillons comportant de nombreux composés et (ii) des échantillons qui contiennent une quantité de polluants à la limite du seuil d'apparition du NAPL. Ce constat est vraisemblablement lié aux instabilités de cette méthode de résolution lorsqu'elle appliquée aux calculs d'équilibre thermodynamique (Carrayrou et al., 2002).

En pratique, NAPLANAL calcule dans un premier temps la répartition des polluants comme si la phase organique n'était pas présente. Les concentrations en polluants résultantes dans la phase eau sont ensuite comparées à la solubilité du polluant. Cela se traduit de la façon suivante (Mariner et al., 1997) :

$$ \sum_i \frac{C_{wi}}{S_i} < 1 \quad \text{NAPL absent} $$

Équation 4

$$ \sum_i \frac{C_{wi}}{S_i} \ge 1 \quad \text{NAPL présent} $$

Équation 5

* $C_{wi}$ Concentration du composé *i* dans la phase eau calculée « comme si » la phase organique n'est pas présente [M/M]

* $S_i$ Concentration du composé *i* dans l'eau à l'équilibre avec une phase organique [M/L³]
Si le NAPL est présent, le solveur résout ensuite le problème complet, sinon le résultat est définitif.

## OREOS

OREOS est un logiciel développé et commercialisé par BURGEAP (http://www.oreos-software.com/) comprenant les spécificités suivantes :

* l'influence de la température est intégrée via une base de données de corrélations des paramètres physico-chimiques avec la température ;

* la variation de la densité des phases aqueuse et gazeuse est prise en compte en fonction de la composition de la phase NAPL ;

* la base de données, modifiable, rassemble les paramètres physico-chimiques et leurs corrélations à la température pour environ 130 composés ;

* l'effet cinétique des transferts entre phases est considéré pour rendre compte de transferts plus lents que dans la situation d'équilibre thermodynamique. Ce qui se traduit par des concentrations dans les phases aqueuse ou gazeuse plus faibles que les concentrations d'équilibre ;

* un algorithme de calcul performant, permettant le traitement de plusieurs centaines d'échantillons dans un temps très court (généralement quelques secondes) ;

* une interface conviviale, une compatibilité complète des fichiers d'entrée et de sortie avec un tableur et des outils d'aide à l'interprétation (graphiques, tableaux et analyse statistique) permettent une utilisation simple du logiciel.

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figure 6 - Exemple de screenshot du logiciel OREOS</figcaption></figure>

## Comparaison des trois logiciels

La comparaison des trois logiciels a été réalisée par BURGEAP sur différents cas-test (Chastanet et al., 2012). Il est présenté ci-dessous le cas d'un échantillon contenant 4 composés ayant des propriétés physico-chimiques très différentes.
Le mélange est composé de dichlorométhane (DCM), hexachloroéthane (HCA), tetrachloroéthylène (PCE) et de xylène, avec une répartition de 25% chacun. Le DCM est très volatil et très soluble mais se sorbe peu. Le HCA a un comportement inverse : il est peu soluble et peu volatil mais se sorbe fortement. Le PCE se volatilise bien mais il a une solubilité modérée. Enfin, le xylène, seul composé de densité inférieure à 1, a des propriétés intermédiaires au regard des autres composés. L'ensemble des paramètres physico-chimiques de ces composés est rassemblé dans le Tableau 2. La porosité est fixée à 40%, la teneur en eau à 10% et la foc à 0.05%. Dans ce cas test, on fait varier la concentration totale en polluant de 0 à 3500 mg/kg (exprimée en kg de matière brute) afin de mettre en évidence les différences de comportement des logiciels sur des gammes de concentration en polluants plus ou moins élevées. Enfin, les options spécifiques à OREOS (température variable, densité variable, effet cinétique) ont été désactivées afin de réaliser les calculs dans des conditions le plus proches des deux autres logiciels.

<table><caption>Tableau 2 - Paramètres physico-chimiques du DCM, HCA, PCE et du Xylène</caption><thead><tr><td>Composé</td><td>Densité [kg/L]</td><td>Solubilité [mg/L]</td><td>Pression de vapeur [Pa]</td><td>Coef. de partage carbone organique/eau [L/kg]</td><td>Constante de Henry [-]</td></tr></thead><tbody><tr><td>DCM</td><td>1.3</td><td>18000</td><td>54822</td><td>8.8</td><td>0.1066</td></tr><tr><td>HCA</td><td>2.1</td><td>50</td><td>53.33</td><td>20000</td><td>0.1595</td></tr><tr><td>PCE</td><td>1.63</td><td>200</td><td>24624.46</td><td>364</td><td>0.943</td></tr><tr><td>Xylène</td><td>0.861</td><td>198</td><td>1175.9</td><td>238</td><td>0.288</td></tr></tbody></table>

Les résultats sont présentés sous forme de graphiques d'évolution de la saturation en NAPL, de la composition (molaire) du NAPL et de la distribution des polluants entre les différentes phases en fonction de la concentration totale de polluants dans l'échantillon (Figure 7 à Figure 9).

Ces figures montrent que les résultats des logiciels OREOS et NAPLANAL sont cohérents. La légère différence de quantité de polluants dans la phase gazeuse est attribuée aux différences de densité de l'air entre les deux logiciels.

Les différences de résultats s'observent principalement entre les résultats de OREOS et NAPLANAL vis-à-vis de NAPLator. Ce dernier calcule le seuil d'apparition de phase organique dans l'échantillon à 56 mg/kg de concentration totale, alors qu'OREOS et NAPLANAL le calculent autour de 105 mg/kg (Figure 7). D'après la Figure 8, NAPLator, par rapport aux deux autres logiciels, surestime la quantité de polluants dans le NAPL pour les faibles concentrations, puis il la sous-estime pour les concentrations comprises entre 1000 et 3000 mg/kg. Cette tendance s'atténue pour les fortes concentrations. Ces différences se remarquent également pour les autres phases : lorsque la quantité dans le NAPL est surestimée, la quantité de polluants dans les autres phases est sous-estimée et inversement.

Par ailleurs, sur le graphique présentant les fractions molaires des composés dans le NAPL (Figure 9), les courbes de NAPLator présentent des « paliers », et chaque palier correspond à l'apparition d'un nouveau polluant dans la phase organique. En effet, contrairement à OREOS et NAPLANAL pour lesquels tous les composés peuvent être présents dans le NAPL, NAPLator fait apparaître chaque composé les uns après les autres dès que la concentration du composé dans l'échantillon est supérieure à la concentration seuil calculée de manière indépendante du mélange. Ainsi pour NAPLator, le PCE et le Xylène (les composés les moins solubles) sont les seuls présents dans le NAPL pour des faibles concentrations de polluants (à partir du seuil d'apparition de NAPL) tandis que le HCA et le DCM apparaissent pour des concentrations d'environ 250 mg/kg et 2225 mg/kg respectivement (Figure 8 et Figure 9).

Les différences entre OREOS et NAPLANAL d'une part, et NAPLator d'autre part, s'expliquent par la méthode de calcul des fractions molaires des composés dans le NAPL pour NAPLator. Notons que, pour les concentrations élevées, les fractions molaires dans le NAPL tendent de plus en plus à être les mêmes que les fractions calculées dans l'échantillon total. C'est pourquoi, pour les fortes concentrations, les résultats de NAPLator sont proches de ceux des logiciels OREOS et NAPLANAL.
<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Figure 7 - Saturation en NAPL (zoom sur le seuil d'apparition du NAPL)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Figure 8 - Distribution des composés organiques dans les phases</figcaption></figure>

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Figure 9 - Fractions molaires des composés dans le NAPL</figcaption></figure>
## 3.2 Composés inorganiques

La conceptualisation du comportement à la lixiviation d'une matrice minérale comporte la détermination de l'assemblage minéral (ensemble des phases minérales représentative d'un matériau) et le modèle réactionnel permettant la description de leur comportement à la lixiviation. L'objectif de la modélisation est de prédire la réponse des matériaux étudiés à différents processus de lixiviation, l'assemblage minéral comporte uniquement les phases susceptibles de réagir au contact de l'eau.

La formalisation mathématique du modèle comportemental est établie à l'aide d'un logiciel de calcul. Avant tout choix du type de logiciel, il convient de définir l'objectif de la modélisation et de développer un modèle conceptuel. Les différents logiciels disponibles sur le marché peuvent avoir des méthodes numériques différentes mais sont tous basés sur des modèles similaires en termes de chimie et de transport. Les résultats de simulation ne devraient donc pas être grandement impactés par le choix du logiciel utilisé.

Les principaux logiciels disponibles pour évaluer la réactivité des polluants inorganiques sont regroupés en Annexe (Tableau 9). Cette revue des logiciels n'est pas exhaustive. Elle est basée sur les logiciels les plus communément utilisés et adaptés aux problèmes abordés par l'étude (codes géochimiques et de transport ayant des fonctionnalités de réactivité adaptés aux polluants inorganiques). L'ensemble des informations décrites provient des descriptions fournies par les développeurs des logiciels et de synthèses bibliographiques issues de travaux scientifiques.

### 3.2.1 Essais de lixiviation statiques

Comme évoqué dans le rapport de Tâche 1, les essais de lixiviation fournissent des informations liées à des conditions expérimentales spécifiques. Les calculs thermodynamiques et cinétiques, associés à la modélisation hydrodynamique, permettent d'étudier plus largement les phases solides contrôlant le relargage des ETM. Toutefois, la modélisation nécessite une phase de calage (calibration) par rapport aux expérimentations, puis d'une phase de validation.

Les essais considérés ici sont les essais de lixiviation statiques. Les simulations associées à ces essais permettent de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la mobilité et leur importance relative. Les hypothèses initiales peuvent ainsi être validées, modifiées ou invalidées par ces simulations. La modélisation des essais de lixiviation statiques peut également représenter la première étape avant la réalisation d'un modèle de transport réactif, par exemple sur des essais en colonne.

En cas de réactions géochimiques, il est nécessaire de définir la composition de la phase solide dans le modèle afin de pourvoir simuler les concentrations des éléments dissous (Sracek et al., 2004). La modélisation des tests en batch (notamment de l'ANC) est une étape importante pour définir un assemblage minéral qui représente au mieux la matrice d'étude. L'assemblage identifié, une fois validé, pourra être utilisé dans la modélisation de tests dynamiques.

Les modèles géochimiques se basent sur la conservation de la masse. La conservation de la concentration totale des différents éléments doit se combiner avec le calcul des équilibres chimiques. Ces deniers sont généralement calculés grâces aux constantes d'équilibre (loi d'action de masse), par exemple avec les codes PHREEQC, MINEQL+, WATEQ4F, CHESS, ... Des méthodes qui se basent sur le principe de la minimisation de l'énergie libre de Gibbs existent également (par exemple le code FACT).

Les réactions chimiques généralement incluses dans les codes sont la complexation, les échanges ioniques, les réactions d'oxydoréduction. Par ailleurs, la plupart des logiciels prennent en compte la précipitation et la dissolution de phases minérales et du gaz, ainsi que la possibilité de fixer certains paramètres (pH, pe) ou l'activité d'un élément. Mentionnons enfin que certains logiciels peuvent simuler des processus d'évaporation, le mélange de solutions ou le bilan isotopique.

Pour la modélisation géochimique on peut distinguer deux approches : la première basée sur les équilibres chimiques et la deuxième sur des cinétiques. La première fait l'hypothèse que les réactions sont très rapides (instantanées), alors que l'approche cinétique prend en compte le facteur temps. Si la plupart des logiciels comprennent les deux approches, la mise en œuvre de modèles avec une cinétique semble moins courante, en raison d'une connaissance souvent limitée des cinétiques des réactions.

Les activités des espèces aqueuses comme les réactions de complexation peuvent être simulées selon des équations et des modèles différents. Pour le calcul des activités des espèces aqueuses, trois modèles sont couramment utilisées : Davies, Debye-Hückel ou Pitzer. De la même manière, différents
modèles sont utilisés pour la complexation de surface : modèle de la double couche (DDLM), modèle à capacité constante (CCM) ou modèle de la triple couche (TLM).

Pour que les équilibres puissent être calculés, les données thermodynamiques doivent être connues. La plupart des logiciels contiennent des bases de données des principales espèces aqueuses, gazeuses et minérales. Ces bases de données peuvent normalement être modifiées et complétées selon les besoins de l'étude. Les modèles d'équilibre peuvent être séparés selon deux fonctionnements, direct ou inverse. La modélisation directe est utilisée pour prédire les concentrations et la spéciation dans une solution suite à des phénomènes géochimiques définis. La modélisation inverse est utilisée pour suggérer les processus qui ont eu lieu au long d'un chemin réactif (Sracek et al., 2004).

Les codes de géochimie ss (qui ne prennent pas en compte le transport) sont adaptés pour la modélisation des essais en batch. La possibilité de ces logiciels d'inclure le transport ou d'être couplé avec des codes de transport peut toutefois être un critère de choix pour simuler dans un second temps des essais dynamiques sur la même matrice ou des essais de simulation.

Pour la modélisation du transfert des éléments inorganiques dans les sols et/ou les sédiments, les paramètres suivants doivent être considérés :

* Les conditions géochimiques du milieu (pH, Eh, force ionique, ...)

* Les phases minérales pouvant contrôler la solubilité des polluants

* La compétition avec les autres polluants et les ions majeurs en solution pour les sites de sorption

* La formation des solutions solides contenant des éléments traces

* Le choix d'un modèle physique (ie somme de fonctionnalités physico-chimiques et d'une géométrie) et d'un logiciel associé, en fonction des principaux mécanismes réactifs et du type de milieu considérés, mais également en fonction des connaissances et de la disponibilité d'un logiciel. Le choix de la base de données thermodynamiques est également déterminant. Bien que pour la plupart des logiciels, les bases de données sont modifiables, il est recommandé de choisir dès le départ la base de données correspondant au mieux au cas d'étude, afin d'assurer une meilleure cohérence des constantes réactionnelles.

Parmi les bases de données thermodynamiques disponibles, on peut citer :

* La base « chess.tdb », fondée sur la LLNL. Elle comprend notamment les constantes pour les colloïdes, la matière organique et la complexation. Elle comprend 3 colloïdes inorganiques et 3 organiques.

* d'autres bases :

* eq36.tdb

* data0.ymp.R5

* minteq.tdb

* phreeqc.tdb ve

* nea.tdb is

* wateq4f.tdb

### 3.2.2 Exemples d'utilisation de logiciels pour modéliser des essais statiques de lixiviation

Sont décrits ici quelques exemples d'utilisation de logiciels pour modéliser des essais statiques de lixiviation :

* CHESS : utilisé pour calculer les cinétiques de réactions redox ou l'interaction des polluants avec les colloïdes, la base de données incluant leurs constantes. CHESS est utilisé par ailleurs dans plusieurs codes couplés avec le transport. Le code CHESS peut être aussi adapté pour introduire une activité microbienne susceptible de catalyser des réactions géochimiques (Lions et al., 2007); Dupraz et al., 2009) ;

* MINEQA2 : utilisé pour des calculs de spéciation ou pour le calcul des index de saturation des phases minérales.

* Jing, et al. (2004) ont réalisé plusieurs essais de lixiviation (TCLP, GANC, lixiviation à l'eau, modification du TCLP pour étudier la dépendance du pH) pour caractériser la mobilité du plomb dans un sol contaminé avant et après traitement (stabilisation/solidification). MINTEQA2 a été ensuite utilisé pour modéliser la solubilité
du plomb en fonction du pH, en simulant l'adsorption, la précipitation et les réactions aqueuses

o Cappuyns et al. (2008) ont utilisé MINTEQA2 comme un outil complémentaire aux essais de dépendance du pH et à la caractérisation de sédiment, pour l'étude de la mobilité des métaux

o Caille et al. (2003) ont utilisé le logiciel pour calculer la spéciation des essais de lixiviation en batch effectués sous conditions atmosphériques contrôlés. Les essais ont été effectués sur des sédiments excavés pour étudier la modification de la mobilité des métaux suite à l'oxydation des sédiments

* **ORCHESTRA** : souvent utilisé pour modéliser la mobilisation des polluants inorganiques dans les sols et les sédiments.

o Dijkstra et al. (2009, 2004) ont étudié la mobilité de différents polluants (Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Ba, Cr, Co, Mo, V, Sn, Sb, S, As, Se) dans 8 sols contaminés. Les simulations ont été effectuées sur les résultats de tests statiques à pH constant et de tests de lixiviation en fonction du pH. Les auteurs soulignent l'intérêt d'utiliser une approche qui combine tests de lixiviation, extraction sélectives et modélisation pour l'étude de la mobilité des polluants dans les sols. Dans la publication de 2004, ils utilisent la modélisation avec ORCHESTRA pour identifier les mécanismes qui influencent la mobilité, dans la deuxième pour évaluer un modèle d'adsorption multisurface.

o Geelhoed et al. (2002) ont identifié les phases qui contrôlent la solubilité du Cr (VI) et d'autres éléments majeurs grâce à la modélisation des essais en batch effectués sur un déchet minier.

* **PHREEQC** : probablement le code géochimique le plus couramment utilisé.

o Cazalet (2012) a étudié la mobilité du Plomb, du Zinc et du Cuivre dans des sédiments avant et après traitement à partir des essais du comportement à la lixiviation en fonction du pH

o Kumpiene et al. (2016) ont étudié le comportement de l'Arsenic, le Cuivre et le Chrome dans un sol traité en utilisant des tests en batch (EN 12457/2)

o Tiruta-Barna (2008) a simulé un essai dynamique CMLT (monolithe), en considérant la convection, la diffusion et les réactions géochimiques.
# 4 Modélisation d'essais dynamiques (niveau 2)

## 4.1 Considérations méthodologiques

Ce chapitre a trait aux logiciels permettant de simuler des essais dynamiques, principalement à l'échelle du laboratoire (colonne de percolation) et éventuellement à des échelles supérieures (lysimètre, site). En termes de fonctionnalités mathématiques, ils comprennent tous un tronc commun de transport de masse (convection et dispersion hydrodynamique) et des termes réactionnels variables selon les polluants et la schématisation retenue. Au regard des objectifs de l'étude, le transport de masse ne concerne que la phase eau, la phase gazeuse étant négligée et la phase NAPL, si elle est présente, est considérée immobile.

En termes logiciels, on distinguera les solutions analytiques (1D, paramètres homogènes) des codes numériques (1D à 3D, paramètres hétérogènes), ainsi qu'un entre-deux, les solutions semi-analytiques. L'objectif principal ici est de fournir des éléments d'aide à la décision pour le choix et la mise en œuvre d'un logiciel compte tenu des polluants à prendre en compte, de la schématisation considérée et des objectifs de la modélisation. La démarche méthodologique proposée, formalisée sous forme de logigrammes, comprend 4 étapes successives :

* **étape 1 : schématisation**, correspondant à une réduction de la situation réelle, par essence complexe (en l'occurrence l'essai de mobilité) en termes de choix de polluants, de mécanismes, de géométrie, de conditions aux limites, ... Cette étape n'est pas développée dans le cadre de ce rapport ;

* **étape 2 : analyse des fonctionnalités** nécessaires au modèle physique au regard de la schématisation. Les fonctionnalités considérées ici comprennent des mécanismes physiques sl mais également des aspects liés à la géométrie du domaine ou aux logiciels (analytiques vs numériques) ;

* **étape 3 : choix du modèle physique** correspondant à la combinaison de différentes fonctionnalités ;

* **étape 4 : choix du logiciel** en fonction du modèle physique sélectionné, à partir d'une liste minimale proposée d'outils de modélisation (solutions analytiques ou codes numériques).

Associée à cette démarche, il est proposé pour chacun des modèles physiques une liste de paramètres nécessaires à la construction du modèle ainsi que des recommandations sur l'origine des paramètres (mesure, base de données, calage du modèle, ...).

## 4.2 Polluants organiques

### 4.2.1 Logigramme d'aide au choix d'un logiciel

Le logigramme d'aide au choix d'un outil de calcul pour les polluants organiques, présenté Figure 10, comprend 4 étapes successives.

#### Etape 1 – Schématisation

La schématisation est l'étape préalable à tout travail de modélisation. Cette étape initiale est conduite généralement par le prestataire ou éventuellement par le donneur d'ordre ou son AMO, à partir des données disponibles et/ou à acquérir dans le cadre de l'étude et des objectifs de l'étude.

#### Etape 2 - Analyse des fonctionnalités

Les fonctionnalités comprennent ici 4 item :

* L'échelle spatiale, avec un choix possible entre :

* une colonne de laboratoire, schématisée généralement avec une géométrie 1D, mais éventuellement en 3D

* un lysimètre ou le site d'étude, schématisé généralement avec une géométrie 3D pour des besoins de calibration du modèle et/ou de prise en compte d'hétérogénéités spatiales de paramètres ou du transport de masse ;
* les mécanismes liés au transport de masse :

* phases en présence : le système comprend a minima deux phases, le solide et l'eau, et éventuellement une troisième phase, le NAPL. La seule phase fluide en mouvement est l'eau, modélisée par la loi de Darcy. Le NAPL, s'il est présent, est considéré comme une phase immobile. La présence de NAPL modifie l'écoulement de l'eau (courbes perméabilité relative / saturation, ...), mais pour des valeurs de saturation en NAPL inférieure à la saturation résiduelle (ie limite de mobilité du NAPL), cette modification peut être considérée comme marginale. La phase gazeuse n'est pas considérée ;

* la dispersion hydrodynamique, comprenant d'une part la dispersion mécanique et d'autre part la diffusion moléculaire. Ce mécanisme, qui est inclus dans la plupart des logiciels, n'est pas considéré comme discriminant dans le choix d'un modèle physique ;

* les mécanismes réactifs :

* la sorption est considérée comme un mécanisme non discriminant, même si des formalismes mathématiques variables sont proposés selon les logiciels (Frendulich, Langmuir, modèles cinétiques, ...);

* la dissolution est en revanche un mécanisme discriminant, lié à la présence ou pas de NAPL. En cas de présence de NAPL, ce mécanisme est généralement le mécanisme prépondérant de transfert entre le sol/sédiment et l'eau. On distingue ici les modèles à l'équilibre local (EL) correspondant à des conditions d'équilibre thermodynamique entre les phases (et donc de transfert maximal dans l'eau), et les modèles cinétiques (non-équilibre local ou NEL) pour lesquels différents formalismes mathématiques sont proposés dans la littérature (cf. par exemple le guide CIDISIR (Côme et al., 2005), qui propose par ailleurs un logigramme d'aide à la décision concernant la modélisation de la dissolution);

* la biodégradation : ce mécanisme intervient généralement marginalement pour un essai de durée inférieure à quelques jours. En revanche, il peut impacter fortement les transferts matrice solide / eau pour des essais de longue durée. Il peut également être utile à considérer pour des simulations prospectives calibrées sur des essais de courte durée. On distingue ici deux types de modèles : la biodégradation non séquentielle et la biodégradation séquentielle, cette dernière prenant en compte les métabolites des composés mères comme variable à simuler. Mentionnons que pour chacun de ces deux types de modèles, différents formalismes mathématiques sont proposés dans les logiciels (ordre 0, ordre 1, Monod, prise en compte explicite ou non de la biomasse et/ou des accepteurs d'électrons, compétition entre accepteurs d'électrons, ...);

* l'approche calculatoire et la dimension du maillage :

* on distingue d'une part les solutions analytiques des codes numériques, ces derniers comprenant un maillage permettant en particulier de prendre en compte des paramètres hétérogènes dans l'espace ;

* concernant les codes numériques, on distingue d'une part les codes 1D (une dimension) généralement bien adaptés à l'interprétation d'essais de percolation, des codes 2D ou 3D plus adaptés à la simulation d'essais en lysimètre ou sur site ;

Les critères de choix sont ici à la fois les données disponibles, mais également le budget temps mobilisable pour l'étude de modélisation, celui-ci étant formellement lié aux enjeux et objectifs de l'étude. Mentionnons ici que les modèles physiques décrits ne prennent pas en compte de fonctionnalités spécifiques liées aux végétaux, ces derniers pouvant impacter de façon significative le devenir des polluants dans la partie superficielle de sols/sédiments gérés à terre.

## Étape 3 - Choix du modèle physique

Le logigramme propose 10 modèles physiques, correspondent chacun à un ensemble de fonctionnalités choisis dans les 4 item de l'étape 2. Le choix de l'un de ces modèles physiques est à faire par le prestataire ou éventuellement par le donneur d'ordre en regard de la schématisation. On peut distinguer 3 grands types de modèles :

* modèles 1 : approche de type solutions analytiques avec un critère discriminant de choix limité à la biodégradation (1a séquentielle, 1b non séquentielle);

* modèles 2 : approche numérique 1D. 4 modèles sont proposés sur la base de deux critères : le type de biodégradation (séquentielle vs non séquentielle), et la prise en compte ou non de la dissolution. Rappelons que l'on postule ici que la sorption est comprise dans les 4 modèles ;
* modèles 3 : approche numérique 3D (ces modèles peuvent donc également simuler en 2D ou en 1D si besoin). 4 modèles sont proposés sur la base de deux mêmes critères que pour les modèles 2.

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Figure 10 - Logigramme d'aide au choix d'un logiciel de modélisation des polluants organiques dans le cadre d'un essai dynamique</figcaption></figure>

### Étape 4 - Choix du logiciel

Cette étape correspond au choix d'un logiciel découlant du modèle physique retenu à l'étape 3. Le logigramme propose ainsi une liste ouverte de logiciels dont le descriptif fonctionnel est présenté en Annexe (Tableau 8). Les logiciels proposés comprennent une « physique fermée » à la différence de logiciels plus génériques de type CFD<fnref n="1" /> (COMSOL, FLUENT, ...) qui ne semblent généralement pas être utilisés dans le cadre de modélisations d'études commerciales telles que décrites ici. A ce titre, les CFD ne sont pas mentionnés dans le logigramme.

Concernant le modèle physique 1b, mentionnons le logiciel RFLOW qui permet de prendre en compte également la dissolution de façon simplifiée en plus de la biodégradation séquentielle.

Concernant les modèles physiques 2c et 2d, mentionnons qu'à notre connaissance, aucun logiciel n'est disponible. La simulation de ces modèles physiques nécessite un couplage faible (par utilisation des résultats de l'un des logiciels comme données d'entrée à l'autre logiciel) ou fort (par codage informatique) de deux codes, en particulier un code de transport et un code géochimique. Citons en particulier Prommer et al. (1999) qui ont réussi à utiliser le logiciel PhreeqC pour simuler la dissolution d'une phase organique de 4 composés (BTEX) à une échelle laboratoire 1D.

De façon générale, le choix entre une solution analytique et un code numérique (notamment les codes 3D) peut correspondre aux critères suivants en complément des critères définis dans l'étape 2 du logigramme :

* les modèles analytiques sont généralement construits sur une approche 1D avec des paramètres homogènes, ce qui rend leur utilisation souvent peu représentative des conditions d'un site ou même d'un essai de percolation avec des hétérogénéités spatiales de paramètres.

<footnote n="1">¹ CFD : computational fluid dynamics</footnote>
En revanche, leur utilisation est adaptée à un essai de percolation avec des paramètres homogènes. En outre, qu'il s'agisse d'un essai en laboratoire ou sur site, leur rapidité de mise en œuvre permet de réaliser de nombreux simulations dans un budget temps donné ;

* les modèles numériques, en particulier les codes 3D, permettent de prendre en compte des hétérogénéités spatiales des paramètres et/ou de conditions initiales/imposées et de fournir par ailleurs les résultats des variables calculées dans un champ 3D correspondant formellement à une situation proche de celle du site d'étude. Rappelons que les codes 3D peuvent par défaut également simuler des modèles 1D ou 2D.

Certains auteurs (par exemple INERIS, 2008) recommandent de débuter par la mise en œuvre d'un modèle simplifié (analytique ou numérique avec de nombreuses hypothèses simplificatrices) avant de mettre en œuvre un modèle numérique plus complexe s'appuyant sur les données disponibles. Mais selon les situations, il peut être plus judicieux de mettre directement en œuvre un code numérique 3D avec une calibration sur les données disponibles, sans passer par une première étape de modélisation simplifiée. Le retour d'expérience sur des contrats commerciaux d'études de sites pollués en France semble montrer qu'il est rarement mis en œuvre cette modélisation en deux étapes.

### 4.2.2 Données nécessaires à la mise en œuvre des logiciels

Le Tableau 3 décrit les paramètres et variables nécessaires à la mise en œuvre des logiciels, avec une approche fondée sur la typologie de modèles physiques décrits précédemment. Rappelons que les paramètres sont les données imposées par l'utilisateur dans le modèle, et les variables sont les données calculées par le logiciel. On distingue les données indispensables des données parfois nécessaires selon les situations et logiciels.

<table><caption>Tableau 3 - Paramètres et variables nécessaires à la mise en œuvre des logiciels de modélisation des composés organiques pour des essais dynamiques</caption><thead><tr><th>Paramètres\modèle</th><th>1a</th><th>1b</th><th>2a</th><th>2b</th><th>2c</th><th>2d</th><th>3a</th><th>3b</th><th>3c</th><th>3d</th></tr></thead><tbody><tr><td colspan="11"><strong>Pétrophysique, relations pression capillaire/saturation et perméabilité relative/saturation</strong></td></tr><tr><td>Conductivité hydraulique</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Porosité totale</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td></tr><tr><td>Porosité cinématique</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Saturation résiduelle en phase organique</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>(X)</td><td>(X)</td><td></td><td></td><td>(X)</td><td>(X)</td></tr><tr><td>Densité de la phase organique</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>(X)</td><td>(X)</td><td></td><td></td><td>(X)</td><td>(X)</td></tr><tr><td colspan="11"><strong>Dispersion, diffusion, tortuosité</strong></td></tr><tr><td>Dispersivité zone source (αT)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td></tr><tr><td>Dispersivité panache (αL, αT en 2D ou 3D)</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Diffusion moléculaire dans l'eau pour chaque composé</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td></tr><tr><td>Tortuosité</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td colspan="11"><strong>Thermodynamique multi-composés</strong></td></tr><tr><td>Fraction molaire de chaque composé dans la phase organique</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Masse molaire de chaque composé</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Solubilité de chaque composé</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Coefficient d'échange pour la dissolution</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Coefficient de partage sol/eau</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Fraction de carbone organique</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td colspan="11"><strong>Biodégradation</strong></td></tr><tr><td>Coefficients stœchiométriques</td><td></td><td>X</td><td></td><td>X</td><td></td><td>X</td><td></td><td>X</td><td></td><td>X</td></tr><tr><td><strong>Ordre O</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vitesse de dégradation de chaque composé</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td></tr><tr><td><strong>Ordre 1</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vitesse de dégradation de chaque composé</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td></tr><tr><td><strong>Monod</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vitesse maximale de dégradation de chaque composé</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td></tr><tr><td>Constante de demi-saturation de chaque composé</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td></tr><tr><td><strong>Monod + transport du carbone organique et des accepteurs d'électrons inorganiques</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vitesse maximale de dégradation de chaque composé</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td></tr><tr><td>Constante de demi-saturation de chaque composé</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td></tr><tr><td colspan="11"><strong>Variables</strong></td></tr><tr><td>Pression dans la phase eau (piézométrie)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>(X)</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Saturation en NAPL</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>(X)</td><td>(X)</td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Concentrations dans la phase eau</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr></tbody></table>

(X: toujours nécessaire ; (X) nécessaire pour certaines situations)
### 4.2.3 Origine des données nécessaires à la modélisation

Les données nécessaires à la modélisation ont une origine variable selon le type de données. Le Tableau 4 propose pour chacune des données un choix à privilégier concernant l'acquisition de la donnée entre 4 possibilités : une mesure de terrain, une mesure en laboratoire, une donnée provenant de la littérature, une donnée produite par calibration du modèle. Mentionnons que ces recommandations générales sont à ajuster, en priorité en fonction du type d'essai associé à la modélisation (essai de percolation vs essai sur site, ...).

<table><caption>Tableau 4 – Origine des données nécessaires à la modélisation des composés organiques pour des essais dynamiques</caption><thead><tr><th>Paramètres</th><th>Mesures terrain</th><th>Mesures de laboratoire</th><th>Données de la littérature</th><th>Données de calage</th><th>Commentaire</th></tr></thead><tbody><tr><td colspan="6"><strong>Pétrophysique, relations pression capillaire/saturation et perméabilité relative/saturation</strong></td></tr><tr><td>Conductivité hydraulique</td><td>XX</td><td>XX</td><td></td><td>X</td><td>Utiliser au maximum K terrain + calage avec les données piézomètres pour des modèles de site K labo à retenir pour des essais de percolation ou l'estimation de lithologies dans un système multicouches (K par couche).<br>Mesures complémentaires parfois utiles sur site : distribution verticale des débits (micromoulinet, ...)</td></tr><tr><td>Porosité totale</td><td></td><td>XX</td><td>X</td><td></td><td>Données de la littérature en fonction de la lithologie et/ou de la courbe granulométrique</td></tr><tr><td>Porosité cinématique</td><td>XX</td><td>XX</td><td>X</td><td>X</td><td>Terrain : traçage (formellement)<br>Dans le cas d'une nappe libre, approximation de la porosité cinématique par défaut à l'aide du coefficient d'emmagasinement obtenu par essai de pompage</td></tr><tr><td>Saturation résiduelle en phase organique</td><td></td><td>XX</td><td>XX</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Densité de la phase organique</td><td></td><td>XX</td><td>X</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Viscosité de la phase organique</td><td></td><td>XX</td><td>X</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="6"><strong>Dispersion, diffusion, tortuosité</strong></td></tr><tr><td>Dispersivité zone source (αT)</td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td></td></tr><tr><td>Dispersivité panache (αL, αT)</td><td>XX</td><td>XX</td><td>X</td><td>X</td><td>Terrain : traçage (formellement)<br>Littérature : courbes dispersivité longitudinale apparente / distance injection/restitution</td></tr><tr><td>Diffusion moléculaire dans l'eau</td><td></td><td></td><td>XX</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tortuosité</td><td></td><td></td><td>XX</td><td></td><td>1 valeur par niveau lithologique</td></tr><tr><td colspan="6"><strong>Thermodynamique multi-composés</strong></td></tr><tr><td>Fraction molaire dans la phase organique</td><td></td><td>XX</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Masse molaire de chaque composé</td><td></td><td></td><td>XX</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Solubilité de chaque composé</td><td></td><td>X</td><td>XX</td><td></td><td>Multicomposés : utilisation de la loi de Raoult</td></tr><tr><td>Coefficient d'échange pour la dissolution</td><td></td><td>XX</td><td>X</td><td>XX</td><td>Littérature : différents modèles proposés (guide CIDISIR)</td></tr><tr><td>Coefficient de partage sol/eau</td><td></td><td>XX</td><td>XX</td><td></td><td>Estimé à partir de f<sub>oc</sub> (mesure labo) et K<sub>oc</sub> (littérature)</td></tr><tr><td>Fraction de carbone organique</td><td></td><td>XX</td><td>X</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="6"><strong>Biodégradation</strong></td></tr><tr><td>Coefficients stœchiométriques</td><td></td><td></td><td>XX</td><td></td><td></td></tr><tr><td><strong>Ordre O</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vitesse de dégradation du composé ou temps de demi-vie</td><td></td><td>XX</td><td>X</td><td>XX</td><td></td></tr><tr><td><strong>Ordre 1</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vitesse de dégradation du composé ou temps de demi-vie</td><td></td><td>XX</td><td>X</td><td>XX</td><td></td></tr><tr><td><strong>Monod avec ou sans accepteurs d'électrons</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vitesse maximale de dégradation du composé</td><td></td><td>XX</td><td>X</td><td>XX</td><td></td></tr><tr><td>Constante de demi-saturation du composé</td><td></td><td></td><td>XX</td><td>X</td><td></td></tr><tr><td colspan="6"><strong>Variable</strong></td></tr><tr><td>Pression dans la phase eau (piézométrie)</td><td>XX</td><td>XX</td><td></td><td></td><td>Site : piézométrie à un temps t, éventuellement chroniques piézométriques en différents points</td></tr><tr><td>Saturation en phase organique</td><td></td><td>XX</td><td></td><td></td><td>Mesure directe ou déduite des concentrations dans les sols</td></tr><tr><td>Concentrations dans la phase eau</td><td>XX</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

<footnote>[« xx » : méthode à mettre en œuvre de préférence ; « x » : méthode utilisable]</footnote>
Concernant les données de la littérature, citons en particulier la base de données SORP-BIO développée dans le cadre du projet TRANSPOL-INERIS (Rollin et al., 2009). Cette base de données propose des valeurs de coefficients de sorption $K_d$ pour différents modèles de sorption et de temps de demi-vie pour la biodégradation pour des HAP et différentes lithologies de sol. Insistons, pour les temps de demi-vie proposés, sur le fait que les données (dont la fourchette est d'ailleurs large) sont indicatives, car les conditions du système ont une influence majeure sur les cinétiques de biodégradation.

## 4.3 Polluants inorganiques

Pour les essais de lixiviation dynamique, le transport doit être introduit dans les modèles. L'équation d'advection-dispersion-réaction (ADR) est communément utilisée pour traduire mathématiquement le couplage entre transport et réactions.

Le modèle mathématique général s'écrit :

$$ \frac{\partial C}{\partial t} = \frac{\partial}{\partial x_i} \left( D_{ij} \frac{\partial C}{\partial x_j} \right) - v_{a,i} \frac{\partial C}{\partial x_i} + S_n \qquad \text{Équation 6} $$

Avec :

* $\frac{\partial C}{\partial t}$ représente le changement de concentration C dans le temps t

* $\frac{\partial}{\partial x_i} \left( D_{ij} \frac{\partial C}{\partial x_j} \right)$ représente la dispersion et la diffusion. Le terme D englobe le coefficient de dispersion et diffusion

* $v_{a,i} \frac{\partial C}{\partial x_i}$ représente l'advection (convection) qui est fonction de la vitesse porale $v_a$

* $S_n$ représente la source et peut prendre en compte la sorption simple ou la dégradation simple

Il existe différentes approches pour la solution de ces systèmes d'équations, analytiques, numériques ou semi-analytiques (par exemple MODPATH). La plupart des logiciels couramment utilisés se basent sur des solutions numériques selon différentes méthodes (différences finies, éléments finis, volumes finis).

Des logiciels de transport réactif ont été développés sur la base de logiciels d'écoulement (MODFLOW, HYDRUS, ...) auxquels des modules réactionnels (PHT3D, MT3-USGS, RT3D...) ont été ajoutés. D'autres logiciels dérivent plutôt d'une extension de modèles géochimiques auxquels ont été incorporés des fonctions de transport (par exemple le module de transport 1D pour PHREEQC). Dans le premier cas des représentations plus complexes des écoulements sont souvent possibles alors que dans le deuxième cas la modélisation du transport est plus simplifiée mais les logiciels ont des fonctionnalités plus développées pour simuler les réactions géochimiques. Un troisième type de logiciels consiste à coupler les codes de transport et les codes de géochimie, ce qui permet d'associer la sophistication des deux logiciels, mais entraine souvent des difficultés pratiques d'utilisation et de calage des modèles. Dans certains modèles de transport, le flux est discrétisé comme une série de volumes contrôlés interconnectés. Dans le cas le plus simple (transport 1D), le flux peut être représenté comme une séquence de réacteurs mélangés connectés en série (Figure 11).

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Figure 11 - Représentation du couplage transport et réaction 1D</figcaption></figure>

La modélisation du transport réactif est généralement effectuée par couplage de la mobilité (réactivité) et du transport (modèle advection-diffusion). Dans la pratique, la modélisation des essais dynamiques pourra donc être précédée par une modélisation des essais en batch afin de déterminer les mécanismes réactionnels. De manière générale, le couplage entre transport et réactivité est souvent complexe et entraîne des difficultés de calcul (temps de simulation, stabilité numérique, ...). Ce type de modélisation est généralement réservée à l'évaluation des relargages à moyen ou long terme ou pour la simulation de scenarii de gestion.
### 4.3.1 Exemples d'application de modélisations d'essaies en colonne

Plusieurs cas d'études utilisent une approche basée sur des essais dynamiques avec l'intégration d'une étape de modélisation, pour des sols ou des sédiments (Centioli et al., 2008; Lager et al., 2005; Lions et al., 2007; Zhang et al., 2011).

Dans le cas des sédiments, Lions et al. (2007) ont modélisé des tests de lixiviation effectués sur des sédiments excavés pour étudier la mobilité des métaux (en particulier As, Cd, Mn et Zn). Des tests dynamiques en colonne ont été effectués avec de l'eau pure et une solution contenant du Ca(NO₃)₂ pour évaluer l'impact du calcium dans la mobilisation des métaux. Ces tests dynamiques ont été modélisés à l'aide de HYTEC. Un traçage a été effectué pour estimer la porosité et le temps de séjour. Dans cette étude, la modélisation contribue à déterminer la prédominance de certains mécanismes sur d'autres et confirmer les hypothèses effectuées sur la mobilité des métaux ciblés. HYTEC utilisé avec le module de transport RT1D est conçu pour simuler les mécanismes de transport réactif en colonne. Zhang et al. (2011) ont utilisé HydroGeoChem v5.0 pour modéliser le transport réactif dans un essai de percolation en colonne effectué sur des sédiments contaminés par de l'Uranium.

Brown (2000) a modélisé un essai en colonne en comparant HydroGeoChem et PHREEQC avec un transport 1D. L'essai simule la percolation d'un effluent contaminé par des sédiments alluviaux. PHREEQC est particulièrement bien adapté pour la modélisation du transport réactif 1D dans des colonnes à échelle du laboratoire. Le code permet de considérer deux types de porosité (eau mobile, eau immobile).

Gujisaite (2008) a étudié le couplage entre écoulement et interactions physico-chimiques dans des colonnes de sol soumises à des conditions variables de saturation en eau, à l'aide de différents logiciels (dont CXTFIT (Toride et al., 1995), IMPACT (Jauzein et al., 1989)). Différents mécanismes ont été modélisés : les échanges calcium-zinc sur un milieu poreux modèle (sable-kaolinite), la sorption/désorption, le transport de polluants. Les travaux ont montré l'influence de la teneur en eau sur le transport réactif, avec en particulier une plus forte sorption et une plus faible mobilisation des polluants en conditions non saturées.

### 4.3.2 Modélisation à l'échelle de site/lysimètre

La prévision du comportement à l'échelle du site à partir d'une étude de laboratoire doit passer par la modélisation thermodynamique et du transport. La modélisation est indispensable également pour la prévision à long terme ou au-delà de l'échelle du laboratoire. Il est également possible d'approcher le long terme du site par des dimensionnements appropriés d'expériences de laboratoire, avec la réserve des simplifications introduites par la « miniaturisation » et par les hypothèses théoriques sur lesquelles s'appuient la transposition d'échelle.

La caractérisation de la mobilité des polluants inorganiques contenus dans les matrices poreuses peut aboutir au développement de modèles décrivant les phénomènes qui contrôlent le relargage à partir d'un scenario d'utilisation d'un matériau monolithique. Pour la formalisation du scénario, il est nécessaire d'identifier les principales espèces chimiques, les principales réactions et les principaux équilibres de phases dans le système, ainsi que les principaux mécanismes de transport qui interviennent.

La complexité des paramètres dont dépend le comportement des espèces chimiques dans un essai de percolation rend délicat l'extrapolation des observations de l'échelle du laboratoire à l'échelle du site.

Quelques aspects sont présentés sur un système « simple » dans lequel on fait intervenir les principaux paramètres chimiques et hydrodynamiques. Pour la modélisation de ce système, des simulations sont faites pour la percolation du matériau placé dans différents dispositifs percolant :

* colonne de laboratoire

* essai lysimétrique

* massif percolant à l'échelle du site.

Un modèle d'émission des polluants au cours du temps est établi. Ce modèle permet de caractériser le comportement à long terme, ainsi que d'identifier les périodes d'émission les plus fortes qui peuvent éventuellement dépasser la période testée à l'aide du lysimètre.

L'étude de matériaux / scénarios réels ne peut actuellement être abordée qu'au cas par cas. Les modèles décrivant le transfert des polluants présents dans un matériau poreux vers le liquide dans des conditions "standardisées" doivent prendre en compte des facteurs d'influence relevant de conditions réelles d'exposition du matériau. Ces facteurs d'influence peuvent être les suivants :

* la contribution de la surface d'un matériau monolithique et sa dissolution ;

* la carbonatation ;
* le régime hydrique, en particulier la discontinuité du contact avec l'eau extérieure (générant une interruption de l'évacuation des polluants et l'augmentation de la concentration dans l'eau stagnante ainsi que la relaxation dans la structure poreuse c'est-à-dire la recharge de la surface d'échange).

## 4.4 Polluants mixtes

Le logigramme d'aide au choix d'un outil de calcul pour les pollutions mixtes, présenté Figure 12, comprend 4 étapes successives, à l'image du logigramme pour les polluants organiques.

### Etape 1 – Schématisation

La schématisation précisera en particulier la présence ou non de relations de synergies entre les composés organiques et les composés inorganiques (par exemple une compétition pour l'adsorption), et si possible les données disponibles associées (essais de mobilité ou données de la littérature).

En cas de relations de synergies, il conviendra dans l'étape 2 d'identifier des formalismes mathématiques permettant de décrire ces relations. Le cas échéant, les mécanismes liés aux deux types de composés seront traités en parallèle (par addition des concentrations).

### Etape 2 - Analyse des fonctionnalités

Les fonctionnalités comprennent ici deux items discriminants :

* L'échelle spatiale, avec un choix possible entre :

* une colonne de laboratoire, schématisée généralement avec une géométrie 1D ;

* un lysimètre ou le site, schématisé généralement avec une géométrie 3D ;

* les phases en présence et les mécanismes liés au transport de masse :

* phases en présence : le système comprend a minima deux phases, le solide et l'eau, et éventuellement, pour les composés organiques, le NAPL. La présence de NAPL induit la prise en compte de la dissolution (transferts NAPL/eau). La phase gazeuse est exclue ;

* la dispersion hydrodynamique et la sorption sont considérées comme précédemment comme des mécanismes non discriminants (ie inclus dans tous les logiciels) ;

* la biodégradation, qu'elle soit séquentielle ou pas, est décrite par différents formalismes (ordre 0, 1, Monod, ...);

* les réactions géochimiques ont trait aux composés inorganiques et si besoin, aux relations de synergique entre composés organiques et inorganiques dont il conviendra ici de préciser les formalismes mathématiques et les paramètres associés.

### Etape 3 - Choix du modèle physique

Le logigramme propose 4 modèles physiques dont le choix est à faire par le prestataire ou éventuellement par le donneur d'ordre en regard de la schématisation :

* modèle 1 : approche numérique 1D avec tous les mécanismes possibles décrits dans l'étape 2 hormis la dissolution de NAPL ;

* modèle 2 : approche numérique 3D avec tous les mécanismes hormis la dissolution de NAPL ;

* modèle 3 : approche numérique 1D avec tous les mécanismes

* modèle 4 : approche numérique 3D avec tous les mécanismes.
<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Figure 12 - Logigramme d'aide au choix d'un logiciel de modélisation d'une pollution mixte (organique/inorganique) dans le cadre d'un essai dynamique</figcaption></figure>

### Étape 4 - Choix du logiciel

Cette étape correspond au choix d'un logiciel déduit du modèle physique retenu à l'étape 3. Le logigramme propose ainsi une liste ouverte de logiciels dont le descriptif fonctionnel est présenté en Annexe.

Il est à noter qu'à notre connaissance, seul un logiciel (MIN3P) dispose de l'ensemble des fonctionnalités correspondant aux modèles physiques 3 et 4. Mentionnons néanmoins qu'il est possible de simuler l'ensemble de ces mécanismes en codant les formalismes manquants dans des logiciels au contenu fonctionnel proche de celui des modèles 3 et 4. C'est en particulier le cas de PHT3D qui couple le code de transport réactif MT3DMS et le code géochimique PHREEQC, PHREEQC permettant d'ajouter des réactions, en particulier la dissolution d'un NAPL multi-constituant.

Concernant la prise en compte de synergies organiques/inorganiques, mentionnons qu'à notre connaissance, les bases de données de spéciation associant les deux familles de composés ne sont actuellement pas disponibles dans les logiciels de spéciation. Rappelons par ailleurs que certains mécanismes ne font pas consensus dans la littérature de recherche (cf. rapport Tâche 1).
# 5 Considérations pratiques sur la mise en œuvre de logiciels

## 5.1 Méthodologie de mise en œuvre des outils de modélisation

A notre connaissance, la norme EN 12920 est la seule norme relative aux essais de mobilité qui inclut la mise en œuvre d'un étape de modélisation associée aux essais. Elle est également citée dans la norme ISO/FDIS 18772 (2008) (ISO/TC 190/SC7/WG 6). Cette norme européenne propose une méthodologie d'évaluation environnementale restreinte à la phase de mobilisation des éléments contenus dans un résidu minéral (« terme source ») entreposé dans un scenario donné de valorisation ou de stockage. Dans cette méthodologie, la nécessité de prédire un impact pour un scénario envisagé conduit à élaborer un système conceptuel par des expériences à l'échelle laboratoire. L'ensemble de connaissances sont alors regroupées dans un modèle représentatif de la mobilité des éléments étudiés. L'extrapolation spatiale et temporelle de ce modèle a vocation à fournir une prévision fiable.

Cette méthodologie comprend 7 étapes :

* Étape 1 : Définition du problème et solution recherchée

* Étape 2 : Description du scénario

* Étape 3 : Description de la source

* Étape 4 : Détermination de l'influence des paramètres sur le comportement de lixiviation

* Étape 5 : Modélisation du comportement à la lixiviation

* Étape 6 : Validation du modèle de la mobilité

* Étape 7 : Conclusions.

### Étape 5 : construction d'un modèle la calibration à l'échelle de laboratoire

L'étape 5 consiste à développer un modèle de comportement de la mobilité des polluants en hiérarchisant d'abord l'influence des paramètres physiques, chimiques et biologiques pertinents identifiés dans l'étape 4. En d'autres termes, il convient de déterminer l'ensemble des relations décrivant le comportement du matériau pour le scénario considéré, même si le modèle final comprend toujours des simplifications (c'est-à-dire l'élimination de paramètres ou mécanismes considérés comme non pertinents). La complexité du modèle dépend donc du problème défini.

En pratique, la construction d'un modèle consiste à :

* identifier les espèces chimiques, la forme chimique des substances (inorganiques, organiques et radionucléides), les paramètres et les mécanismes contrôlant leur mobilité

* vérifier la pertinence du modèle en le comparant avec les résultats des essais de lixiviation, (étape 4)

* modéliser le lixivat/élut pour un temps au-delà de la durée de la procédure d'essai et dans les conditions d'exposition du scénario considéré en utilisant les résultats des tests paramétriques effectués au cours de l'étape 4.

Selon le scénario considéré et les paramètres pertinents identifiés, différents types de modélisation peuvent être appliqués :

* Géochimie. Un code géochimique de spéciation chimique peut être comparé avec les résultats d'essai ISO/DIS TS 21268-4. Dans ce cas, les éléments et paramètres suivants doivent être mesurés dans les éluats :

* analyse complète des éléments inorganiques majeurs, mineurs, traces et de la matière organique, des polluants organiques et des radionucléides pertinents

* pH, conductivité, Eh et COD dans les éluats

* matière organique (par exemple, mesure du contenu organique total)

* composition minéralogique, en particulier la quantité d'oxydes de fer et d'aluminium ainsi que la fraction d'argile

* Multiphasique (les substances dans leurs phases : solide / liquide / gaz)

* Transport. Cette modélisation comprend :

* Le transport dans l'eau (selon le scénario considéré) caractérisé par des paramètres/mécanismes hydrodynamiques et l'interaction entre la phase liquide et la matrice du sol (échange eau mobile/eau non mobile) ;
* les réactions chimiques (par exemple la cinétique de sorption / désorption des composés organiques ou les échanges cationiques)

* le transport des particules solides et des colloïdes

* la dégradation de la matière organique naturelle et la séquestration

* la dégradation des polluants organiques.

Les différentes étapes ne peuvent pas être considérées comme des éléments indépendants distincts. Cela implique qu'un modèle approprié doit intégrer tous les mécanismes pertinents simultanément.

La modélisation est un outil qui peut fournir des informations ou des résultats appropriés et / ou utiles, pour une étude de cas mais aussi pour des études génériques. La modélisation est par ailleurs considérée comme un élément clé pour décrire un terme source dépendant du temps.

## Etape 6 : vérification et validation du modèle

Les modèles de comportement à la lixiviation simulant la libération de polluants dans des scénarii spécifique permettent une prise de décision confiante basée sur ces modèles.

En revanche, on ne peut pas attendre une validation absolue pour les modèles de lixiviation à long terme, surtout lorsque des données sont extrapolées sur des périodes de plusieurs centaines ou milliers d'années. Cependant, les procédures de validation du modèle doivent fournir un niveau de confiance satisfaisant compte tenu de l'incertitude inhérente à toute prédiction.

Dans ce contexte, cette étape consiste à valider le modèle et à vérifier la cohérence de la prédiction du modèle avec l'une des procédures suivantes :

* vérifier la cohérence des résultats obtenus à partir des essais paramétriques et des essais de simulation

* vérifier la cohérence des simulations avec les mesures in situ (site ou lysimètre)

* comparer les résultats des simulations avec des analogues naturels ou géologiques.

Une étape utile consiste à comparer les résultats des tests dynamiques obtenus à différentes échelles (percolation à l'échelle de laboratoire, lysimètre, essai pilote sur site), en s'appuyant sur le rapport L/S. La comparaison des résultats aux différents échelles (pentes et formes de courbes) pour des espèces non réactives telles que le chlorure permet de fournir des informations sur les chemins préférentiels à grande échelle, d'extrapoler les résultats d'une échelle à l'autre et faire des prévisions dans le temps avec plus de confiance. A contrario, cette comparaison du rapport L/S pour des espèces réactives ne permet généralement pas une telle interprétation et extrapolation des données.

## Evaluation de l'applicabilité de la norme

En 2005, l'ADEME a commandité deux projets de recherche afin d'évaluer l'applicabilité et la pertinence de cette norme :

* L'étude LIMULE (Lixiviation Multi-Echelles) (Guyonnet et al., 2006) a pour objectif d'examiner l'effet du changement d'échelle et de régime hydraulique sur la mobilisation des éléments à partir d'un déchet d'étude. L'objectif pratique du projet est de fournir des recommandations concernant l'utilisation des résultats des essais de percolation en laboratoire pour prévoir le comportement du terme source à d'autres échelles et pour d'autres scenarios ;

* L'étude BILENV (Brons-Laot et al., 2005) a comme objectif de dresser le bilan d'application de la norme NF EN 12920 en France et en Europe. Une analyse critique a permis d'évaluer entre autres aspects la cohérence entre les résultats expérimentaux et la conceptualisation du modèle comportemental, la validation conceptuelle du modèle et les techniques d'extrapolation spatio-temporelle aux conditions du scénario réel.
## 5.2 Occurrence d'utilisation des logiciels

### 5.2.1 Le projet OPUSS

Dans le cadre du projet OPUSS (Le Guern et al., 2012), l'ADEME a organisé une enquête auprès des utilisateurs français de logiciels de modélisation de transport dans les sols et sous-sols en milieu urbain. Le questionnaire d'enquête a été adressé à plus de 100 entités, comprenant des laboratoires de recherche, des organismes de R&D, des bureaux d'études, des collectivités et des agences d'objectifs. 35 réponses ont été obtenues, avec une représentation équitable des différentes structures ciblées. L'enquête montre que les modélisations concernent en majorité les composés organiques de type hydrocarbures pétroliers et les COHV Figure 13. Les produits phytosanitaires et les PCB sont modélisés de manière occasionnelle. Les polluants inorganiques les plus souvent modélisés sont les radionucléides, le nitrate, le plomb, l'arsenic et le chrome.

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Figure 13 - Polluants considérés dans les pratiques de modélisation - Projet OPUSS (Le Guern et al., 2012)</figcaption></figure>

La plupart des modélisations de transport prennent en compte la zone saturée et occasionnellement la zone non saturée et ce pour les milieux poreux et de manière occasionnelle pour le milieu fissuré. Concernant les processus pris en compte :

* transport non réactif (convection, dispersion, et dans une moindre mesure diffusion) : il est considéré systématiquement ;

* mécanismes réactifs : c'est essentiellement la sorption qui est prise en compte (généralement à l'aide d'un Kd, parfois des isothermes non linéaires (Langmuir et Freundlich), quelques rares applications de modèles cinétiques). La dégradation est intégrée dans de nombreux cas avec des modèles d'ordre 1, la croissance bactérienne est rarement considérée. La prise en compte des colloïdes et des particules est rare (essentiellement pour les éléments trace métalliques et les radionucléides).

Une analyse des logiciels de modélisation a été réalisée sur les modèles couplant la géochimie et le transport. Le nombre de logiciels disponibles apparaît très important par rapport au nombre de logiciels utilisés. La méconnaissance, le coût d'achat et le temps de prise en main font partie des facteurs expliquant ce constat.

Le type et le nombre d'utilisateurs des différents logiciels est présenté Figure 14. Pour les occurrences les plus fortes, on peut citer MODFLOW (en majorité par des bureaux d'études), FEFLOW (à part égale bureaux d'études et laboratoires de recherche) et PHREEQC1D (laboratoires de recherche uniquement).

Concernant la mise en œuvre des logiciels, des tests de sensibilité des paramètres d'entrée et de calage semblent généralement réalisés (deux réponses négatives seulement). Dans ce cadre, l'acquisition de données de terrain est importante en parallèle des études de sensibilité. Or le manque de données de terrain est souligné par de nombreux utilisateurs.

A titre d'illustration, pour les polluants organiques, l'approche Kd apparaît acceptable pour les utilisateurs et l'adsorption ne fait généralement pas l'objet de calage. Cette posture est cependant discutable car l'approche Kd n'est valable pour des faibles concentrations. Pour les polluants inorganiques, l'adsorption modélisée avec un Kd est soumise à une forte variabilité (par exemple, le Kd du zinc varie d'un facteur 1000 environ).
<figure><img src="image_25.png" /></figure>

<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>Figure 14 - Outils de modélisation utilisés en France pour simuler le transport de polluants dans le milieu souterrain - Enquête projet OPUSS (Le Guern et al., 2012)</figcaption></figure>

### 5.2.2 Enquête menée dans le cadre de l'étude

Une enquête logiciels a été réalisée dans le cadre de l'étude, auprès des membres du Comité de suivi, des quelques experts sollicités dans le cadre de l'étude ainsi que des membres du consortium.
Les résultats de l'enquête, présentés Tableau 5, montrent les éléments suivants :

* les trois logiciels les plus couramment utilisés sont MODFLOW (couplé aux modules de transport MT3D ou RT3D), FEFLOW et PHREEQC. Ce constat est identique à celui établi dans le cadre du projet OPUSS ;

* derrière ce trio de tête, on trouve en termes d'occurrence par nombre d'entités :

* 3 entités : CHESS et MODFLOW-SURFACT

* 2 entités :

* niveau 1 : OREOS

* niveau 2 : des solutions analytiques (BIOSCREEN et BIOCHLOR) et des codes numériques (HYDRUS, PHAST, UTCHEM).
<table><caption>Tableau 5 – Synthèse de l'enquête logiciels réalisée dans le cadre de l'étude</caption><thead><tr><th rowspan="2">Nom logiciel</th><th colspan="7">Entité</th><th rowspan="2">Nombre d'études</th></tr><tr><th>INSA Lyon (DEEP)</th><th>GISFI</th><th>IMT - Lille - Douai</th><th>ENSEGID</th><th>BURGEAP</th><th>SOLVAY</th><th>GRS-VALTECH</th></tr></thead><tbody><tr><td colspan="9">Niveau 1/ Modélisation des essais statiques</td></tr><tr><td>CHESS 3.0</td><td></td><td>+++</td><td>3</td><td>5</td><td></td><td></td><td></td><td>++</td></tr><tr><td>MINEQL+ 5.0</td><td></td><td>++</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>ORCHESTRA</td><td></td><td>++</td><td>1</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>PHREEQC 1D</td><td># 10</td><td>+++</td><td></td><td># 50</td><td></td><td></td><td></td><td>+++</td></tr><tr><td>WHAM</td><td></td><td>+</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>OREOS</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>+++</td><td></td><td>2</td><td>++</td></tr><tr><td>NAPLANAL</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>+</td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>NAPLATOR</td><td></td><td></td><td></td><td>2</td><td>+</td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td colspan="9">Niveau 2/ Modélisation des essais dynamiques (colonne, lysimètre, site)</td></tr><tr><td>BIOSCREEN</td><td></td><td></td><td></td><td>2</td><td>+</td><td></td><td></td><td>++</td></tr><tr><td>BIOCHLOR</td><td></td><td></td><td></td><td>5</td><td>++</td><td></td><td></td><td>++</td></tr><tr><td>RBCA Tier</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>+</td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>Visual RFLOW, ORTI3D</td><td></td><td></td><td></td><td>10</td><td></td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>BIOPLUME</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>+</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MODFLOW - MT3D/RT3D</td><td></td><td></td><td></td><td># 50</td><td>+++</td><td>+++</td><td></td><td>+++</td></tr><tr><td>TOUGHREACT</td><td></td><td></td><td></td><td>1</td><td></td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>FEFLOW</td><td></td><td></td><td></td><td>7</td><td>+++</td><td>++</td><td></td><td>++</td></tr><tr><td>UTCHEM</td><td></td><td></td><td></td><td>3</td><td>+</td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>SIMUSCOPP</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>++</td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>MODFLOW-SURFACT</td><td></td><td>+</td><td></td><td></td><td>++</td><td></td><td>1</td><td>++</td></tr><tr><td>PHREEQC 1D</td><td></td><td>++</td><td></td><td>10</td><td></td><td></td><td></td><td>++</td></tr><tr><td>HYTEC</td><td></td><td></td><td>1</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>HYDRUS HPx</td><td></td><td>++</td><td></td><td>3</td><td></td><td></td><td></td><td>++</td></tr><tr><td>COMSOL</td><td>1</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>NUFT DUMUX</td><td></td><td></td><td></td><td>3</td><td></td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>PHAST</td><td></td><td></td><td></td><td>10</td><td>+</td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>OPENGEOSYS</td><td></td><td></td><td></td><td>2</td><td></td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>MIN3P</td><td></td><td></td><td></td><td>5 à 10</td><td></td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>RISC4</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>+</td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>MIN3P</td><td></td><td></td><td></td><td>10</td><td></td><td></td><td></td><td>+</td></tr><tr><td>KARTOTRAK</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>3</td><td>+</td></tr><tr><td>PHT3D/ IPHT3D</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>+</td><td></td><td></td><td>++</td></tr></tbody></table>

## 5.3 Benchmark entre logiciels

Parmi les projets visant à comparer des logiciels de modélisation dans ou proche du champ de cette étude, mentionnons ici les projets TRANSPOL et MACAOH qui ont tous deux traits aux polluants dans les sols.

### 5.3.1 Projet TRANSPOL

Le projet TRANSPOL (INERIS, 2001) comprend la mise en œuvre d'un programme d'inter-comparaison de modèles réalisé par différentes équipes de modélisation et plusieurs logiciels. L'analyse des résultats a conduit à la rédaction de guides pour les différents cas-types modélisés.

#### Cas-types

Les cas-types correspondent à 1 situation « théorique » et 3 situations « réelles » :

* HAP – cas n°1 réel

* métaux lourds et métalloïdes – Cas n°2 réel

* solvants chlorés – Cas n°3 réel

* hydrocarbures – Cas n°1 théorique.
Le tableau suivant résume les contextes de site, les participants, et les outils de calcul utilisés.

<table><caption>Tableau 6 – Présentation des cas-types du programme d'inter-comparaison du projet TRANSPOL</caption><thead><tr><td>CAS</td><td>Polluants</td><td>Désignation (site)</td><td>Participants</td><td>Outils de modélisation</td></tr></thead><tbody><tr><td>Cas n°1 Réel</td><td>HAP</td><td>Site pollué d'ancien cokerie en HAP</td><td>INERIS<br>FSS-TAUW<br>BRGM<br>ANTEA<br>CNRSSP</td><td>MT3D GMS 2.0<br>Visal Modflow 2.81<br>MISP<br>MRTHE 5.4<br>Feflow 4.7</td></tr><tr><td>Cas n°2 Réel</td><td>ETM</td><td>Pollution en arsenic dans des bassins stériles (Site Chéni) Transport+ géochimie</td><td>BRGM<br>ENSMP<br>ENVIROS, INERIS<br>ENVIROS</td><td>MARTHE/VS2D, MARTHE/SCS<br>METIS, HYTEC<br>FEMWATER, PHREEQC 1D<br>PHAST</td></tr><tr><td>Cas n°3 Réel</td><td>COHV</td><td>Un site pollué en PCE Biodégradation séquentielle en chaîne PCE-TCE- DCE, VC</td><td>ANTEA<br>ENSMP<br>ENVIROS<br>INERIS</td><td>MARTHE 6.3<br>METIS 1, RT3D 4<br>TRANSIN 4,<br>RT3D 5</td></tr><tr><td>Cas n°1 Théorique</td><td>Hydrocarbures (Benzène, Naphtalène, coupe NAPL)</td><td>Ecoulement multiphasique +transport pour trois polluant-types 2 LNAPL et 1 DNAPL</td><td>FSS TAUW<br>HYDROEXPERT<br>INERIS<br>LAEGO/INERIS/IFP</td><td>TOUGH/T2VOC<br>MOFAT<br>MOFAT, HSSM, UTCHEM<br>SIMUSCOPP</td></tr></tbody></table>

## Résultats

Ne sont décrits ici que les résultats relatifs aux cas-type n°1 et 2 correspondant au périmètre de l'étude.

### Cas-type n°1

#### o Hypothèses simplificatrices

La source de pollution est simplifiée dans l'ensemble des modèles en remplaçant le naphtalène présent dans la source sous la forme de NAPL par une concentration constante du naphtalène dissous : hypothèse forte et simplificatrice, elle est néanmoins largement utilisée par l'ensemble des bureaux d'études. En effet, la mise en œuvre d'un modèle multiphasique est complexe et peu d'entités maîtrisent ce type de modélisation des transferts et les codes associés. De plus, ces codes nécessitent de nombreux paramètres dont l'estimation est délicate.

#### o Enseignements tirés de la modélisation :

1. des incertitudes sur le couple perméabilité/recharge obtenu à l'issue du calage de l'écoulement. Cet incertitude est réduite en effectuant des essais de pompage dans deux piézomètres voisins avec mesure en continu des rabattements. La modélisation de cet essai a permis de réduire l'incertitude relative aux flux de la nappe ;

2. une incertitude élevée liée aux valeurs du coefficient de partage (Kd) du naphtalène dans les différentes formations géologiques. Les calages réalisés ont montré que les valeurs disponibles dans la littérature ne permettent le calage des concentrations dans les piézomètres. Pour réduire l'incertitude sur ce paramètre, l'INERIS a réalisé des mesures de Kd en batch pour les trois formations lithologiques ;

3. la dégradation du polluant dans le milieu souterrain n'a pas été prise en compte dans les calculs, faute de données disponibles. Cette dégradation joue directement sur le comportement à long terme de la pollution et en particulier sur les pics de concentration. Dans une première approche, une étude de sensibilité peut être réalisée en adoptant différentes valeurs de constante de dégradation ;

4. le contexte à simuler (front abrupt de pollution) introduit des phénomènes de diffusion numérique, importants dans le cas de la méthode des différences finies mais beaucoup plus limités dans le cas de la méthode des caractéristiques (MOC). L'analyse de sensibilité des résultats aux méthodes numériques et aux maillages adoptés est intéressante à étudier, notamment pour les faibles concentrations ;

5. Pour limiter les incertitudes relatives au terme source, l'INERIS recommande de réaliser les modélisations des transferts par un expert également impliqué dans le diagnostic du site (cas où le diagnostic et l'évaluation des risques sont réalisés par le même prestataire) ou délimiter clairement la source le cas échéant (dans le cas où deux organismes différents sont impliqués).
## Cas-type n°2 :

Le site simulé est recouvert de stériles issus des processus de traitement du minerai. Le polluant principal considéré est l'Arsenic issu de l'oxydation de l'Arsénopyrite, et plus précisément la forme réduite de l'Arsenic As(III) plus soluble et plus toxique que l'autre forme chimique (As(V)). L'intérêt de ce site tient à la présence d'une zone non saturée au sein des stériles et au couplage avec les réactions redox liées à l'Arsenic et au Fe. Ce cas réel a permis d'illustrer les possibilités et les limites des modèles pour ce qui concerne leur application à ce type de problème (pollutions métalliques dans un environnement complexe).

* Enseignements tirés de la modélisation :

1. la loi cinétique a une influence importante sur la mobilisation d'éléments métalliques à partir du terme source (dissolution de l'Arsénopyrite)

2. l'apport d'oxygèbe dans le milieu poreux : cette condition limite du modèle a une influence essentielle sur les conditions redox du milieu et donc sur la forme chimique de l'Arsenic présent sur le site (et donc sur la mobilisation et la mobilité de l'Arsenic). Elle souligne néanmoins la nécessité de contraindre ces paramètres par la détermination des lois cinétiques au laboratoire et par un calage par rapport à des observations de terrain

3. L'étude d'inter-comparaison a montré que les résultats des modèles sont comparables lorsque la cinétique et la condition limite pour l'oxygène choisies sont les mêmes, résultat important pour l'utilisation future des modèles couplés dans une évaluation des risques.

## 5.3.2 Projet MACAOH

Dans le cadre du projet MACAOH dédié au comportement des composés organo-aliphatiques dans le milieu souterrain, un programme d'inter-comparaison des modèles a été mené (Quintard et al., 2006). Outre les membres du groupement MACAOH (BURGEAP, IMFS/IFARE, IFP, IMFT), ce programme a mobilisé les organismes suivants : BONNARD & GARDEL, Cabinet Conseil BLONDEL, EGID-Université de Bordeaux, FSS International, EXCIPE France, HYDROEXPERT, SITA Remediation et TAUW ENVIRONNEMENT.

### Méthodologie

Un certain nombre de situations à modéliser (modèles physiques) ont été retenues sur la base des critéres suivants :

* existence d'outils disponibles pour résoudre numériquement les cas tests définis à partir de ces situations types ;

* possibilité de mise en œuvre dans un programme limité en termes de temps, moyens et budget.

Cela a conduit à la préparation de 8 cas tests (Tableau 7). Ce tableau comporte également la liste des outils de calcul (13 codes numériques, solutions analytiques ou semi-analytiques) utilisés pour simuler les cas tests. Tous les cas-tests, sauf le test D3, sont des tests directifs, c'est-à-dire que la géométrie, les équations et paramètres physiques sont définis dans le descriptif du cas-test.

### Résultats

L'exploitation des résultats du programme d'inter-comparaison a permis de dégager un certain nombre d'enseignements, à la fois sur les logiciels et sur leur mise en œuvre par les prestataires.

### Logiciels testés

Compte tenu du nombre de prestataires, il n'a été possible de tester qu'un nombre limité de logiciels. D'autre part, l'interprétation du retour d'expérience doit tenir compte du savoir-faire des bureaux d'étude. Enfin, il est à mentionner qu'un certain nombre de codes font l'objet de développements très actifs. Dans ce contexte, les auteurs insistent sur le fait qu'il ne faudrait pas en déduire un tableau figé des codes recommandables dans telle ou telle situation, ce qui pourrait amener à rejeter dans le futur des codes dont les dernières versions apporteraient des performances nouvelles. En gardant à l'esprit ces préalables, les auteurs du rapport en déduisent, à la date de 2005, les conclusions suivantes pour les cas-test monophasiques, les autres cas-test n'entrant pas dans le champ de cette étude :

* Les simulations monophasiques, couplées avec des modèles plus ou moins complexes de biodégradation, sont accessibles en mettant en œuvre divers outils (MODFLOW, RT3D, FEFLOW, PHAST, Visual RFLOW, NEX, BIOCHLOR)

* Il n'a pas été constaté de divergence entre les fonctionnalités annoncées dans les notices des logiciels et celles pouvant être mises en pratique
* Des limitations apparaissent dans la mise en œuvre de schémas réactionnels complexes. Certains outils de calcul n'ont pas de possibilités d'adaptation. D'autres offrent par contre des possibilités d'adaptation, moyennant une programmation légère (en particulier RT3D, largement utilisé dans les bureaux d'étude). La mise en œuvre de développements légers avec ce code ne semble pas poser de grosses difficultés.

<table><caption>Tableau 7 – Présentation des cas test du programme d'inter-comparaison des modèles du projet MACAOH</caption><thead><tr><td>N° de test</td><td>Désignation</td><td>Outils de calcul utilisés dans le programme d'intercomparaison</td></tr></thead><tbody><tr><td>Test A0</td><td>écoulement diphasique 1D (1 dimension d'espace)</td><td>Tough 2/T2VOC, MUFTE_UG, UTCHEM, SIMUSCOPP,</td></tr><tr><td>Test A1</td><td>écoulement triphasique 3D en milieu poreux homogène</td><td>Tough 2/T2VOC, MUFTE_UG, UTCHEM, SIMUSCOPP,</td></tr><tr><td>Test A2</td><td>triphasique 3D hétérogène</td><td>Tough 2/T2VOC, MUFTE_UG, UTCHEM, SIMUSCOPP,</td></tr><tr><td>Test D1</td><td>biodégradation 1D</td><td>FEFLOW, PHAST, code propriétaire Visual RFLOW, RT3D, code propriétaire NEX, BIOCHLOR</td></tr><tr><td>Test D2</td><td>biodégradation 3D hétérogène</td><td>FEFLOW, PHAST, visualRFLOW, RT3D, code propriétaire NEX, BIOCHLOR</td></tr><tr><td>Test D3</td><td>biodégradation 1D, interprétation de données</td><td>BIOCHLOR, PHAST, RT3D, solutions analytiques (Maple), FEMLAB</td></tr><tr><td>Test C</td><td>cas 3D, écoulement triphasique, dissolution, transport, volatilisation</td><td>PolluSIM</td></tr><tr><td>Test E</td><td>cas test quasi-complet (écoulement d'eau avec présence d'une phase immobile huile et gaz, dissolution, transport, volatilisation, biodégradation)</td><td>SIMUSCOPP, UTCHEM, MODFLOW/ code propriétaire Visual RFLOW, PHAST, code propriétaire NEX</td></tr></tbody></table>

## Mise en œuvre des codes

Les résultats obtenus par les divers prestataires montrent des écarts parfois très sensibles dus :

* à des erreurs d'interprétation. La complexité des manuels et leur imprécision peuvent être à l'origine d'erreurs difficilement repérables sur des cas complexes pour lesquels on ne dispose pas d'estimations a priori de la solution. L'énoncé des cas tests peut également générer des interprétations erronées par des différences de vocabulaire ou des imprécisions ;

* à l'absence (ou au déficit) de convergence numérique (pas ou peu de raffinement de maillage, pas de temps trop grands). C'est particulièrement vrai pour les cas 3D qui sont très exigeants en termes numériques. Des maillages grossiers ne peuvent rendre compte que de manière très qualitative des phénomènes se déroulant dans l'aquifère. Cette absence de recherche systématique de la convergence numérique pose le problème de la mise en place et de l'adoption d'une bonne pratique de modélisation ;

* à des différences intrinsèques aux codes (difficultés de reproduction de certaines corrélations par exemple).

Les auteurs mentionnent par ailleurs que l'utilisation du même code sur les mêmes données n'est pas une garantie suffisante pour obtenir des résultats identiques. Il subsiste des appréciations différentes quant aux choix numériques à mettre en œuvre (maillage, pas de temps, ...) qui peuvent avoir un impact significatif sur la solution obtenue.
# 6 Références

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# 7 Annexes

<table><caption>Tableau 8 - Codes numériques et solutions analytiques disponibles pour simuler la mobilité de polluants organiques dans le sols/sédiments</caption><thead><tr><th rowspan="2">Outil de calcul</th><th colspan="4">Fonctionnalités</th><th rowspan="2">Disponibilité</th></tr><tr><th>écoulement</th><th>Hydrodynamique/ réaction</th><th>biodégradation</th><th>Dimension et remarques</th></tr></thead><tbody><tr><td colspan="6" style="text-align: center; font-weight: bold;">Solution analytique</td></tr><tr><td>BIO1D</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption Linéaire/non linéaire (monocomposé) (homogène)</td><td>dégradation du 1er ordre, Monod + électrons</td><td>1D, analytique (simulation colonne 1D)</td><td>Srinivasan, Mercer 1988<br>http://www.scisoftware.com/environmental_software/product_info.php?products_id=88<br>Payant</td></tr><tr><td>BIOSCREEN 1.4</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption linéaire (homogène)</td><td>dégradation (1er ordre) (possible 2 zones redox)</td><td>2D, analytique (BTEX)</td><td>US.EPA 1996<br>feuille Excel<br>https://www.epa.gov/water-research/bioscreen-natural-attenuation-decision-support-system<br>gratuit</td></tr><tr><td>Phreeqc 1D V3</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption Linéaire/non linéaire (homogène)</td><td>Dégradation et dégradation séquentielle (1er ordre, Monod+ donateur électrons)</td><td>1D analytique (Simulation de réactivité (organique+in organique essai en colonne))</td><td>USGS<br>https://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/<br>gratuit</td></tr><tr><td>Visual AEM 1.04</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption Linéaire (zone hétérogène)</td><td>Dégradation (1ordre) (zone hétérogène)</td><td>2D, analytique</td><td>Université of Waterloo-2009<br>http://www.civil.uwaterloo.ca/jrcraig/visualaem/Main.html<br>gratuit</td></tr><tr><td>BIOCHLOR 2.2</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption linéaire (homogène)</td><td>dégradation séquentielle (1er ordre) (possible 2 zones redox)</td><td>2D, analytique</td><td>US.EPA 2002<br>feuille Excel<br>https://www.epa.gov/water-research/biochlor-natural-attenuation-decision-support-system<br>gratuit</td></tr><tr><td>RBCA Tier 2 Analyzer</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption linéaire</td><td>Dégradation et dégradation séquentielle (1er ordre, Monod, Mood + électrons)</td><td>2D, analytique Transport par MOC</td><td>http://www.groundwatersoft ware.com/rbca_tier_2_analyzer.html<br>payant</td></tr><tr><td>Seview-AR123D</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption Linéaire/non linéaire</td><td>Dégradation et dégradation séquentielle (1er ordre)</td><td>1D,2D, 3D analytique</td><td>Yeh 1981<br>http://www.groundwatersoft ware.com/seview.htm<br>payant</td></tr><tr><td>ART3D</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption Linéaire/non linéaire</td><td>Dégradation et dégradation séquentielle (1er ordre, Monod+ donateur électrons)</td><td>3D, analytique</td><td>Clement et Quezada 2001<br>Fortran<br>http://www.et.byu.edu/~njonnes/share/art3d/<br>Gratitut</td></tr><tr><td>VISUAL RFLOW</td><td>monophasique (eau) NAPL immobile</td><td>convection, dispersion, sorption Linéaire/non Dissolution cinétique de NAPL (Zone hétérogène) multicomposés</td><td>Dégradation et dégradation séquentielle (1er ordre, Monod+ donateur électrons)</td><td>2D, semi analytique Ecolement MODFLOW2000</td><td>Atteia 2011<br>https://www.lavoisier.fr/livre /environnement/modelisation-du-devenir-des-composes-organiques-dans-les-aquiferes/atteia/descriptif-9782743012748<br>Payant</td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><th rowspan="2">Outil de calcul</th><th colspan="4">Fonctionnalités</th><th rowspan="2">Disponibilité</th></tr><tr><th>écoulement</th><th>Hydrodynamique/ réaction</th><th>biodégradation</th><th>Nmueriques</th></tr><tr><td colspan="6" style="text-align: center;">Code Numérique</td></tr></thead><tbody><tr><td>HYTEC</td><td>Monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption linéaire</td><td>Code Chess(géochimique) Tout type</td><td>1D, 2D, 3D VF Transport R2D2</td><td>MINES ParisTech http://www.geosciences.minesparistech.fr/fr/recherche/bibliothèque-de-logiciels/hytec Payant</td></tr><tr><td>MOC3D 3.5</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption linéaire</td><td>Dégradation 1 ordre</td><td>3D, DF Transport MOC</td><td>USGS 2004 https://water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/moc3d/moc3d.html gratuit</td></tr><tr><td>MT3D-USGS V1.0.0 (anicienne MT3DMS)</td><td>monophasique (eau-ZNS,ZS)</td><td>convection, dispersion, sorption linéaire, double-milieu</td><td>Dégradation 1 ordre</td><td>3D, DF, Couplé à MODFLOW</td><td>USGS 2016 https://water.usgs.gov/ogw/mt3d-usgs/gratuit</td></tr><tr><td>BIOPLUME III 1.0</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption</td><td>Dégradation 0 ordre, 1 ordre, Monod, Monod+ donateur électrons</td><td>2D, DF Transport MOC</td><td>US.EPA 1998 https://www.epa.gov/water-research/bioplume-iii gratuit</td></tr><tr><td>TOUGH-REACT V3.0</td><td>monophasique (eau-ZNS /ZS)</td><td>convection, dispersion, sorption, dissolution et volatilisation (équilibre local) transfert de chaleur, multicomposés</td><td>dégradation (1 ordre, Monod+ électron) (Organique+ Inorganique) zones d'oxydo-rédox réactions redox</td><td>3D, DF</td><td>Lawrence Berkeley National Laboratory http://esd1.lbl.gov/research/projects/tough/software/toughreact.html Payant</td></tr><tr><td>FEMWATER V 3.0</td><td>monophasique (eau,ZNS,ZS)</td><td>convection, dispersion, adsorption</td><td>Biodégradation 1 ordre</td><td>2D,3D, EF</td><td>US. Army Corp of Engineers http://www.aquaveo.com/software/gms-femwater</td></tr><tr><td>HYDRUS xD HPx</td><td>monophasique (eau-ZNS /ZS)</td><td>convection, dispersion, sorption Linéaire/non (Zone hétérogène) multicomposés</td><td>Dégradation et dégradation séquentielle L'utilisateur rentrant son propre modèle, il définit sa propre séquence, simple ou complexe</td><td>1D, 2D, 3D FE Couplé à Phreeqc</td><td>PC-Progress https://www.pc-progress.com/en/Default.aspx 1D gratuit, 2D et 3D payant</td></tr><tr><td>BIOMOC 1.0</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption linéaire multicomposés</td><td>Dégradation et dégradation séquentielle Monod+ donateur électrons)</td><td>2D, DF</td><td>Essaid et Bekins 1997 USGS 1999 https://water.usgs.gov/software/BIOMOC/gratuit</td></tr><tr><td>CHAIN_2D</td><td>monophasique (eau-ZNS,ZS)</td><td>convection, dispersion, sorption, transfert de chaleur, équilibre entre phases</td><td>dégradation et dégradation séquentielle du 1 ordre</td><td>2D, EF</td><td>Simunek et al., 1994 USDA https://www.ars.usda.gov/pacific-west-area/riverside-ca/us-salinity-laboratory/docs/chain-2d-model/</td></tr><tr><td>ISR-MT3DMS ou (BIOREDOX-MT3DMS)</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption, dissolution (équilibre et non-équilibre local)</td><td>dégradation et dégradation séquentielle (1 ordre, Monod+ accepteurs électrons) (Organique+ Inorganique) zones d'oxydo-rédox réactions redox</td><td>3D, DF Couplé à MODFLOW</td><td>Carey et al., 1998a Porewater solutions http://www.porewater.com/software_isr-mt3dms.html gratuit</td></tr><tr><td>FEFLOW</td><td>monophasique (eau-ZNS,ZS)</td><td>convection, dispersion, sorption linéaire transfert de chaleur, multicomposés</td><td>dégradation et dégradation séquentielle réaction ordre 1 et Monod</td><td>3D, EF</td><td>MIKE-DHI https://www.mikepoweredbydhi.com/products/feflow</td></tr><tr><td>PHAST 3.3</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption, multicomposés</td><td>dégradation et dégradation séquentielle L'utilisateur rentrant son propre modèle, il définit sa propre séquence, simple ou complexe</td><td>3D, DF couplé MT3DMS à PhreeqcRM 2</td><td>USGS 2017 https://www.brr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phast/gratuit</td></tr></tbody></table>
<table><tr><td>PHT3D V2.10</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, sorption, multicomposés</td><td>dégradation et dégradation séquentielle L'utilisateur rentrant son propre modèle, il définit sa propre séquence, simple ou complex</td><td>3D, DF couplé MT3DMS à Phreeqc 2</td><td>Prommer et al. http://www.pht3d.org/ gratuit</td></tr><tr><td>RT3D 2.5</td><td>monophasique (eau)</td><td>convection, dispersion, adsorption</td><td>Biodégradation et dégradation séquentielle (6 modules de biodégradation)</td><td>3D, DF, schémas TVD</td><td>Clement, 1997 et Clement et al., 2000 http://bioprocess.pnnl.gov/ gratuit</td></tr></table>

## Ecoulement monophasique + NAPL immobile

<table><tr><td>MODFLOW-SURFACT</td><td>monophasique eau (ZNS,ZS) + phase NAPL immobile,</td><td>convection, dispersion, sorption (linéaire + non linéaire), dissolution et volatilisation, double milieu, fractures, multicomposés</td><td>biodégradation avec biodégradation séquentielle du 1er ordre pour une famille de 5 composés au maximum</td><td>3D, DF, schémas TVD</td><td>Waterloo Hydrologic https://www.waterloohydrologic.com/modflow-surfact-flow/</td></tr><tr><td>SEAM3D</td><td>monophasique (eau) + NAPL immobile</td><td>convection, dispersion, sorption, dissolution de NAPL</td><td>dégradation et dégradation séquentielle d'ordre 0, ordre 1 et Monod + accepteurs d'électrons)</td><td>3D, DF</td><td>Waddill et Widdowson, 1997 Widdowson et Waddill, 1998 interface avec GMS</td></tr></table>

## Ecoulement multiphasique (NAPL mobile)

<table><tr><td>MOFAT (2D)</td><td>Diphasique (eau et NAPL)</td><td>convection, dispersion, adsorption, équilibre local entre phase), multicomposés</td><td>Dégradation de 1 ordre</td><td>2D, EF</td><td>US.EPA 1991 https://www.epa.gov/water-research/mofat-two-dimensional-finite-element-program-multiphase-flow-and-multicomponent gratuit</td></tr><tr><td>PolluSIM</td><td>triphasique (eau, gaz, NAPL)</td><td>convection, dispersion, adsorption, équilibre local entre phase), double-milieu, multicomposés</td><td>Dégradation (type Monod, Monod+ accepteur d'électrons)</td><td>3D, VF</td><td>Contacter Institut Français du Pétrole Propriété IFP code industriel à vocation commerciale</td></tr><tr><td>PORFLOW 5.5</td><td>triphasique (eau, gaz, NAPL)</td><td>convection, dispersion, sorption, transfert de chaleur,</td><td>dégradation de 0 ordre 1ordre et dégradation séquentielles de 1 ordre</td><td>3D, VF maillages non-structurés, adaptatifs</td><td>www.acricfd.com/software/</td></tr><tr><td>SIMUSCOPP 2.9 (SIMulation des Sites Contaminés par des Produits Pétroliers)</td><td>triphasique (eau, gaz, NAPL)</td><td>convection, dispersion, adsorption, échange (équilibre local entre phases), multicomposés</td><td>Dégradation (type Monod, Monod+ accepteur d'électrons)</td><td>3D, VF</td><td>Le Thiez et al., 1995 Co-développé par IFP, BURGÉAP et ENI. Exploitation commerciale exclusive par les co-propriétaires</td></tr><tr><td>STOMP (Subsurface Transport Over Multiple Phases)</td><td>triphasique (eau, gaz, NAPL)</td><td>convection, dispersion, sorption, dissolution cinétique volatilisation, transfert de chaleur, multicomposés</td><td>réaction du 1er ordre</td><td>3D, DF schémas TVD</td><td>White et al,1992 http://stomp.pnnl.gov/ payant</td></tr><tr><td>UTCHEM 9.82</td><td>triphasique (eau, gaz, NAPL)</td><td>convection, dispersion, adsorption, dissolution cinétique, pas de volatilisation, transfert de chaleur, double milieu multicomposés,</td><td>Dégradation de 0 ordre, 1 ordre, Monod, et Monod +accepteurs d'électrons</td><td>3D, DF, divers schémas de transport</td><td>Pope et al., 1999 www.cpge.utexas.edu/utchem/ gratuit Interface graphique propriétaire, ou via GMS</td></tr></table>

DF=différences finies ; EF=éléments finis ; VF=volumes finis
<table><caption>Tableau 9 - Codes numériques et solutions analytiques disponibles pour simuler la mobilité de polluants inorganiques dans le sols/sédiments</caption><thead><tr><th>Logiciel</th><th>Développeur</th><th>Plateforme</th><th>Gratuit/payant (prix pour licence simple)</th><th>Différences finies (DF) / Elements finis (EF) / Volumes finis (VF)</th><th>Module réactif</th><th>Module hydrodynamique / trasnport</th><th>Méthode de couplage</th><th>1D/2D/3D</th><th>Tranport mileux saturé</th><th>Tranport milieux non-saturé</th><th>Transport de gaz</th><th>Transport des collioides</th><th>Transport chaleur</th><th>Conditions limites dynamiques</th><th>Milieu fracturé</th><th>Variabilité spatiale des propriétés physiques</th><th>Influence réactions / porosité</th><th>Dégradation simple</th><th>Cinétique microbienne (Monod)</th><th>Cinétique de réaction</th><th>Complexation</th><th>Precipitation/dissolution</th><th>réactions gazeux</th><th>réactions redox</th><th>échange ionique</th><th>Adsorption simple</th><th>complexation des surface (mineraux)</th><th>complexation de surface (matière organique)</th><th>Modèle activité de Davies</th><th>Modèle activité de Debye-Huckel</th><th>Modèle activité Pitzer</th><th>Interface graphique</th><th>Exploitation résulats</th></tr></thead><tbody><tr><td>AIRFLOW/SVE</td><td></td><td>Payant</td><td>DF</td><td></td><td></td><td></td><td>1,2,3</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td>?</td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Aqua3D</td><td>Windows</td><td>Payant (895 US$)</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>1,2,3</td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>graphs</td><td></td></tr><tr><td>BIOF&T 2D/3D</td><td>Windows /?</td><td>Payant (prix ?)</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>1,2,3</td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td></td><td></td></tr><tr><td>BIOMOC</td><td>USGS</td><td>Windows / Unix</td><td>Gratuit</td><td>DF</td><td>MOC</td><td></td><td>1,2</td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>CHEMFLO-2003</td><td>USEPA</td><td>all</td><td>Gratuit</td><td>DF</td><td></td><td></td><td>1</td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>CORE 2D V4</td><td></td><td></td><td>EF</td><td></td><td></td><td>SIA</td><td>1,2</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td></td></tr><tr><td>CRUNCHFLOW</td><td>Carl Steefel (Lawrenc Berkeley National Laborator)</td><td>Windows /Mac</td><td>Payant</td><td>VF</td><td></td><td></td><td>1,2</td><td>X</td><td></td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td></td></tr><tr><td>ECKEChem</td><td></td><td>L os Alamos National Laboratory ( LANL)</td><td>Gratuit (exécut able)</td><td>EF</td><td></td><td>ECKEChem</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>FEHM</td><td></td><td>Oak Ridge National Laboratory ( LANL)</td><td>Windows /Linux/U nix</td><td>Gratuit</td><td>DF</td><td></td><td>1,2,3</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td></td></tr><tr><td>HBGC123D</td><td></td><td>Oak Ridge National Laboratory</td><td>Windows /Linux/U nix</td><td>Gratuit (HYDR US)</td><td>EF</td><td>PHRE EQC</td><td></td><td>1,2,3</td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>Possible</td><td></td></tr><tr><td>HP1-2</td><td>USGS</td><td>Windows</td><td>Gratuit (HYDR US)</td><td>EF</td><td></td><td>HYDRUS</td><td></td><td>1,2</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>possible</td><td>possible</td></tr><tr><td>HST3D</td><td></td><td>USGS</td><td>Gratuit</td><td>DF</td><td></td><td></td><td>1,2,3</td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>HYDROGEOCH EM 5</td><td></td><td></td><td>Payant (??)</td><td>EF</td><td></td><td>SIA</td><td>1,2,3</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr></tbody></table>
CARACTERISATION DU POTENTIEL DE MOBILITE
DES POLLUANTS ORGANIQUES ET INORGANIQUES
DANS LES SOLS ET SEDIMENTS

TACHE 3 - DEVELOPPEMENT D'UNE PROCEDURE D'EVALUATION,
ESSAIS DE MISE EN ŒUVRE

RAPPORT FINAL

novembre 2018
Créée en 1989 à l'initiative du Ministère en charge de l'Environnement, l'association RECORD – REseau COopératif de Recherche sur les Déchets et l'Environnement – est le fruit d'une triple coopération entre industriels, pouvoirs publics et chercheurs. L'objectif principal de RECORD est le financement et la réalisation d'études et de recherches dans le domaine des déchets et des pollutions industrielles.

Les membres de ce réseau (groupes industriels et organismes publics) définissent collégialement des programmes d'études et de recherche adaptés à leurs besoins. Ces programmes sont ensuite confiés à des laboratoires publics ou privés.

### Avertissement :

Les rapports ont été établis au vu des données scientifiques et techniques et d'un cadre réglementaire et normatif en vigueur à la date de l'édition des documents.

Ces documents comprennent des propositions ou des recommandations qui n'engagent que leurs auteurs. Sauf mention contraire, ils n'ont pas vocation à représenter l'avis des membres de RECORD.

### Remerciements :

Le consortium en charge de l'étude remercie les experts suivants pour les échanges ayant nourri ce rapport : Claire Alary (IMT Lille-Douai), Denise Blanc (INSA Lyon / DEEP) et Jean-Louis Morel (GISFI).

* ✓ Pour toute reprise d'informations contenues dans ce document, l'utilisateur aura l'obligation de citer le rapport sous la référence :

**RECORD**, Caractérisation du potentiel de mobilité des polluants organiques et inorganiques dans les sols et sédiments, 2018, 208 p, n°16-0158/1A

* ✓ Ces travaux ont reçu le soutien de l'ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie)

www.ademe.fr

### Comité de suivi de l'étude :

Baptiste ANGER – EDF, Rémy BAYARD – INSA de LYON / RECORD, Bénédicte COUFFIGNAL – RECORD, Thierry DELLOYE – SOLVAY, Martin GABORIAU – SNCF, Fabien LAURENT – SOLVAY, Agathe LE BOCQ – EDF, Aurélie MARTIN – SNCF, Philippe MONIER – TOTAL, Hélène ROUSSEL – ADEME.

© RECORD, 2018
Résumé

L'objectif général de l'étude est la réalisation d'une mise à jour de l'état de l'art sur les différentes méthodologies d'évaluation de la mobilité des polluants organiques et inorganiques dans les sols et sédiments et les outils de modélisation associés. L'inventaire critique des méthodologies et outils disponibles a vocation à nourrir la constitution d'une « boîte à outils », laquelle s'appuie également sur des essais de mise en œuvre. L'étude s'articule autour de 4 tâches :

* Tâche 1 - Etat de l'art des procédures d'évaluation de la mobilité des polluants organiques et inorganiques dans les sols et sédiments pollués

* Tâche 2 - Identification des outils de modélisation pour interpréter des données de lixiviation

* Tâche 3 - Développement d'une procédure d'évaluation, essais de mise en œuvre

* Tâche 4 - Propositions méthodologiques

Ce document, qui constitue le rapport de Tâche 3 de l'étude, présente dans un premier temps la sélection d'outils retenus pour la « boîte à outils » : 6 essais de mobilité (lixiviation réglementaire, test de capacité de neutralisation acide, extraction séquentielle, contact eau/NAPL, percolations) et 4 outils de modélisation (PhreeqC, Loi de Raoult, OREOS, MODFLOW-SURFACT). Dans un second temps, 5 des 6 essais de mobilité (tous sauf le contact eau/NAPL) ont été mis en œuvre à titre illustratif sur deux sols, l'un pollué par des métaux et l'autre par des HAP. Enfin, 4 cas d'application des essais et outils de modélisation correspondants ou proches de ceux retenus pour la « boîte à outils » sont présentés.

**Mots clés** : procédures d'évaluation, essai de mobilité, mobilité de polluants, polluants organiques, polluants inorganiques, sols, sédiments, lixiviation, percolation, capacité de neutralisation acide, extraction séquentielle, contact eau/NAPL, outils de modélisation.

Summary

The main objective of this study is to conduct an updated review of the different methodologies commonly used to assess the organic and inorganic pollutants mobility in soils and sediments. Moreover, the predictive modeling tools used to simulate the experimental data are also described. The critical inventory of available methodologies and modeling tools aims to define a "toolbox", which also included application tests.

The study is based on four tasks:

* Task 1 - Review of methodologies to assess the mobility of organic and inorganic Pollutants in Polluted Soils and Sediments

* Task 2 - Modeling tools identification to understand the pollutants leaching behavior data

* Task 3 - Development of an assessment approach and tests application

* Task 4 - Methodological proposals

The Task 3 report presents in the first part the chosen tools for the "toolbox": six mobility tests (regulatory leaching tests, acid neutralization capacity test, sequential extraction, water/NAPL contact, percolation tests) and four modeling tools (PhreeqC, Raoult's Law, OREOS, MODFLOW-SURFACT). The second part presents the experimental results of five mobility tests (the water / NAPL contact was excluded) conducted on two soils, one polluted by polluted and the other by PAHs. Finally, four case study which presents similar tests and modeling tools applications to those selected for the "toolbox" are presented.

**Keywords:** assessment methodologies, mobility test, pollutants mobility, organic pollutants, inorganic pollutants, soils, sediments, leaching, percolation, acid neutralization capability, sequential extraction, water / NAPL contact, modeling tools.
# Glossaire

Les définitions des termes cités ici sont issues dans la mesure du possible de normes (lesquelles sont mentionnées en fin de définition) et le cas échéant de la littérature scientifique ou technique.

**Comportement à la lixiviation** : émission, à partir d'un sol ou d'un matériau de type sol, de constituants qui traversent la surface extérieure d'un sol ou d'un matériau de type sol, tel que spécifié dans le cadre du scénario considéré dans une période de temps spécifique (ISO 11074:2006)

**Echantillon pour essai** : échantillon préparé à partir de l'échantillon pour laboratoire et duquel des prises d'essai sont prélevées pour essai ou analyse (EN 12457:2002)

**Echantillon pour laboratoire** : échantillon ou sous-échantillon(s) envoyé(s) au laboratoire ou reçu(s) par celui-ci. (EN12457:2002)

**Eluat** : solution récupérée après un essai de lixiviation d'un sol en contact avec une solution lixivante (ISO 11074:2006)

**Essai de lixiviation** : essai au cours duquel un matériau est mis en contact avec un lixiviant dans des conditions strictement définies et durant lequel certains des constituants du matériau sont extraits

**Essais de caractérisation** : comprennent des essais paramétriques ou des essais multiparamétriques

**Essai paramétrique** : essai dont le but est de mesurer une propriété intrinsèque d'un sol ou d'un matériau de type sol, ou de mesurer l'influence d'un paramètre spécifique sur le relargage à partir d'un sol ou d'un matériau de type sol, dans le cadre du scénario considéré. (ISO 11074:2006)

**Essai multiparamétrique** : essai dont le but est de mesurer l'influence de paramètres spécifiques interdépendants sur le relargage à partir d'un sol ou d'un matériau de type sol, dans le cadre du scénario considéré

**Essai de simulation** : essai visant à simuler l'effet combiné de différents paramètres sur le

**Lixiviation** : dissolution et mouvement de substances dissoutes causés par le mouvement et la qualité (pH et force ionique, par exemple) de l'eau ou d'autres liquides dans le sol ou le matériau de type sol. (ISO 11074:2006)

**Lixiviant** : liquide utilisé lors d'un essai de lixiviation (ISO 11074:2006)

**Matériaux du sol** : déblais, résidus de dragage, sols synthétiques, sols traités et matériaux de remblayage. (ISO/TS 21268-3)

**NAPL** : Non Aqueous Phase Liquid (phase organique)

**Percolation** : transport d'eau d'infiltration à travers une couche de sol ou de matériau de type sol (ISO 11074:2006)

**Rapport liquide/solide (rapport L/S)** : rapport entre le volume total de liquide (L, en litres), qui est en contact avec le matériau du sol au cours de l'extraction, et la masse sèche de l'échantillon (S, en kg de matière sèche). Le rapport L/S est exprimé en L/kg (ISO 11074:2006)

**Relargage** : émission, à partir d'un déchet, de constituants qui passent à travers la surface externe d'un volume de déchet, comme spécifié dans le scénario considéré (EN 12920:2006)