InnovaSol est un consortium visant à répondre aux préoccupations des maîtres d'ouvrage en matière de diagnostic, de traitement in situ et d'évaluation des risques.
Dans la continuité de la Fondation InnovaSol (2010-2015), notre cœur d'activité consiste à développer un programme de recherches dédié aux membres sur les trois thèmes, depuis le laboratoire jusqu'à l'application terrain.
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Un tableur pour calculer le flux de polluants volatils de la nappe vers la surface à travers la Zone Non Saturée
Les bases théoriques de l’outil
Afin de quantifier le risque associé à une contamination de ce type, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de transport régissant la migration de contaminants organiques sous forme gazeuse vers la surface ainsi que les facteurs d'atténuation influant sur cette migration. Les travaux de Hers et al. (2003) et Fitzpatrick et Fitzgerald (2002) montrent que la ZNS joue un rôle primordial dans l’estimation des flux gazeux de la nappe vers la surface :- D’une façon générale, le type de polluant change relativement peu les flux tant que celui-ci est volatil.
- La perméabilité équivalente des fondations du bâtiment influence peu les résultats généraux.
- Dans les sols peu perméables à l’air, le processus majeur est la diffusion et ainsi le différentiel de pression entre sol et bâtiment est peu influent.
- A l’inverse, dans les sols perméables, les paramètres majeurs sont la perméabilité à l’air du sol et la différence de pression sol-bâtiment.
- La teneur en gaz du sol, qui peut varier largement sous un bâtiment, influence de façon très conséquente les résultats.
Caractériser la ZNS avec les courbes capillaires d’un sol
Le sol va présenter une porosité et un profil de teneur en eau en fonction de l’altitude spécifique (appelée courbe capillaire). Ces deux paramètres sont principalement liés à la granulométrie du sol. Par exemple, un sable grossier « retiendra moins l’eau » qu’un sol limoneux et les courbes capillaires de la ZNS seront donc différentes. Ainsi, la zone proche de la saturation appelée frange capillaire sera mince dans le cas d’un sable grossier tandis qu’elle pourra atteindre plus d’un mètre dans un sol limoneux. Classiquement, ces courbes capillaires sont décrites par le modèle de Van Genuchten (1980). La Figure 2 montre quelques courbes capillaires pour différents types de sol. Figure 2: Courbes capillaires pour différents types de solsCaractériser la diffusion de gaz dans la ZNS
Sur le long terme, la migration de COV dans la ZNS se fait principalement par diffusion. Pour la caractériser, il faut appliquer la loi de Fick décrivant que le flux J est proportionnel au gradient de concentration et à un coefficient de diffusion effective Deff : Ce flux est celui qui servira à calculer le risque dans les bâtiments sus-jacents. Dans un sol, le coefficient de diffusion effective est principalement fonction des propriétés du sol, à savoir la teneur en eau, en gaz et la porosité. Ainsi, en fonction du type de sol, les flux de COV vers la surface vont différer. En effet, la diffusion d’une substance étant beaucoup plus élevée dans en phase gazeuse que dans l’eau (environ 4 ordres de grandeur), la proportion de ces fluides dans le milieu poreux va influer sur cette migration. Ainsi, en fonction des courbes capillaires du sol, le coefficient de diffusion effective sera modifié et les flux de contaminant vers la surface également. Pour calculer ce coefficient de diffusion effective, la formule à utiliser est celle proposée par Millington et Quirk (1961) : Avec :- Deff: le coefficient de diffusion effective (m2 s−1),
- Dg: le coefficent de diffusion du contaminant dans l’air (m2 s−1),
- Dw: le coefficent de diffusion du contaminant dans l’eau (m2 s−1),
- θg: la teneur en air (-),
- θw: la teneur en eau (-),
- H: la constante de Henry adimensionnelle (-, eau/gaz),
- n : la porosité totale du sol (-).
- v0: la vitesse d’écoulement de la nappe, ou vitesse de pore (m s−1),
- αz: la dispersivité (m),
- k* : le rapport de la conductivité hydraulique dans la frange capillaire sur la conductivité hydraulique à saturation (-).