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.
Utiliser la mousse comme agent bloquant pour optimiser le traitement de la pollution des sols en zone peu perméable : tests sur pilote de laboratoire
1 Mars 2018
Lors du traitement in situ des sols, les zones contaminées peu perméables ne reçoivent pas les agents de traitement injectés en forage. Il est possible de palier à ce problème si l’on arrive à « bloquer » temporairement les zones perméables pour détourner l’écoulement vers les zones à moindre perméabilité. Les travaux d’InnovaSol ont consisté à évaluer le potentiel de la mousse en tant qu’agent bloquant dans un milieu poreux hétérogène. L’objectif est de ralentir l’écoulement de l’eau dans les milieux les plus perméables. En effet, la mousse se propage principalement dans les zones présentant la perméabilité la plus élevée. Si elle envahit ces zones, la perméabilité à l’eau de celles-ci devient très faible. Il devient alors possible d’atteindre les zones peu perméables avec les agents de traitement injectés. Les résultats des travaux, publiés dans la revue Environmental Chemistry, démontrent le rôle de l’injection de mousse en pilote vertical. Ce pilote est constitué d’un milieu peu perméable en surface et de sable plus perméable dans la couche de fond. Dans un premier temps les écoulements ont été caractérisés par l’injection de traceur et modélisés à l’aide d’un code d’écoulement puis de transport en milieu poreux.
Position du front du traceur au sein du pilote vertical pour deux temps successifs, en bleu : en absence de mousse, et en rouge : en présence de mousse. L’écoulement s’effectue de gauche à droite, le front rouge est nettement ralenti par rapport au bleu dans la zone de mousse
La mousse a été injectée dans le bas du pilote et s’est propagée sous forme d’un « coin » sous la couche peu perméable. Suite à cette injection un nouveau test de traçage a été réalisé, pour identifier l’effet de la mousse. La figure ci-contre, montrant un très faible déplacement du traceur dans la zone envahie par la mousse, démontre l’effet bloquant de la mousse. La modélisation du deuxième essai de traçage a permis de calculer la perméabilité à l’eau de la zone envahie par de la mousse. La perméabilité à l’eau est diminuée d’un facteur proche de 25 dans la partie haute de la zone envahie de mousse et d’un facteur 10 dans la partie basse. L’effet bloquant est donc tout à fait évident, avec des facteurs compatibles avec un usage en réhabilitation de zones sources.
Ces travaux sont aussi détaillés dans la thèse d’E Del Campo.
Auteurs : O. Atteia, H. Bertin, E.Del Campo
Qu’est-ce que l’EDA ? Comment l’utiliser pour tester la toxicité des sols ?
15 Janvier 2018
Qu'est-ce que l'EDA ?
L’analyse dirigée par l’effet (ou Effect Directed Analysis en anglais, EDA) a pour objectif de découvrir si un contaminant est responsable des effets toxiques dans un compartiment environnemental. Cette méthode vise à identifier des molécules organiques responsables d’activités biologiques à l’aide d’une démarche analytique guidée par des fractionnements physico-chimiques et des biotests. L'approche consiste, après extraction des composés de la matrice, à effectuer des biotests sur l'extrait et des sous-fractions afin d’identifier une réponse biologique qui peut impliquer soit des récepteurs de toxicité spécifiques (e.g. le récepteur Ah qui est sensible aux hydrocarbures) soit des organismes entiers pour les tests de toxicité aiguë (Microtox ...).
Comment gérer autant de molécules ?
Figure 1 : principe de l’EDA
L'analyse d’un extrait ne permet pas l'identification de molécules en lien avec une toxicité observée, en particulier si la contamination est complexe. Par conséquent, l’EDA comprend deux étapes de fractionnement. La première étape conduit à une dizaine de fractions qui sont analysées à l’aide des biotests. Les fractions qui répondent sont ensuite de nouveau fractionnées pour tenter d’isoler les molécules et au final chaque molécule est testée avec le biotest sélectionné (Figure 1). Après identification, il est nécessaire de passer par une étape de confirmation finale en testant la molécule seule pour vérifier sa réponse biologique et de confirmer l’adéquation entre molécule identifiée et étalon de référence afin de s’assurer qu'aucune erreur n’a eu lieu lors du processus EDA.
Comment avons-nous appliqué l’approche sur les sols ?
Dans le contexte de la thèse de Maximilien Delafoulhouze les sols utilisés ont été sélectionnés à partir de résultats de bio-essais effectués sur des sols contaminés par des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), souvent en mélange avec d’autres polluants. La première phase de l’étude a consisté en une qualification globale de la méthode afin de valider les méthodes d’extraction et de séparation.
L’EDA requiert de très nombreuses phases de validation avant de pouvoir faire le lien entre une molécule ou un groupe de molécules et leur toxicité. D’une part, il faut savoir si la phase d’extraction n’enlève pas de composés ou ne rajoute pas de molécules toxiques. Il convient aussi de définir si la phase de séparation ne conduit pas à une perte de certaines substances, conduisant ainsi à une perte de toxicité de l’extrait. Ceci doit être vérifié à chacune des étapes.
Ces opérations de mise au point des méthodes étant très fastidieuses et chronophages, les résultats présentés ici sont issus d’analyses menées dans le détail sur 3 échantillons.
Quel type de résultats obtient-on ?
Figure 2 : équivalent-toxiques des fractions, exprimés en µg/g de Benzo(a)pyrène par g de sol. Les composés identifiés, autres que les 16 HAP de référence, sont décrits dans la figure suivante.
La Figure 2 ci-dessous illustre la part de toxicité identifiée dans les différentes fractions ainsi que la toxicité expliquée par les HAP identifiés au préalable. La toxicité est exprimée en équivalent-toxiques de Benzo(a)pyrène. Nous pouvons voir sur cette figure que les 16 HAP réglementaires sont présents principalement dans la fraction 8 et que, dans celle-ci, ils constituent plus de la moitié de la toxicité constatée. A l’inverse, dans les autres fractions, ils sont presque absents et constituent une part minime de la toxicité. Dans les fractions lourdes, les composés constituants la toxicité n’ont pas pu être identifiés, à l’inverse des fractions 7, 8 et 9, où certains composés l’ont été.
Figure 3 : équivalent-toxiques pour les composés identifiés dans les différentes fractions. La plupart proviennent de la fraction 7, sauf les 5,12-Naphthacènequinone et Cyclopenta(def)phénanthrènone qui sont dans la fraction 9, et les 11h-benzo(a)fluorène-11-one et 7H-Benzo[c]fluorène dans la fraction 8.La Figure 3 précise les molécules identifiées qui sont responsables de la toxicité mesurée dans les fractions 7, 8 et 9. Parmi ces molécules, on trouve des HAP qui ne sont pas dans la liste des 16 molécules prioritaires et des dérivés qui sont soit des oxy-HAP, soit des dérivés contenant du soufre tels que les thiophènes. La « somme des autres » comprend vingt autres molécules qui ont été identifiées mais nous pouvons constater que leur toxicité cumulée est faible. Ainsi, parmi les composés identifiés, une dizaine d’entre eux conduit à la majeure partie de la toxicité.
Mais au final à quoi ça sert ?
A partir de ces premiers résultats, il apparaît que la méthode est prometteuse, même si elle est longue à mettre en œuvre. Il est clair que l’objectif n’est pas de réaliser, à terme, des EDA sur tous les échantillons de sols d’un site contaminé. Il s’agit, au contraire, à partir de l’analyse d’un certain nombre d’échantillons assez diversifiés, d’identifier des nouveaux composés pertinents qui seraient ubiquistes ou a contrario spécifiques d’un certain type de contamination en vue de modifier la liste des 16 HAP réglementaires, pour que ceux qui sont analysés puissent être associés à une toxicité réelle. Ceci pourrait conduire à avoir un meilleur lien entre les estimations de la réelle toxicité des sols, les risques associés, et donc les opérations de réhabilitation nécessaires à réaliser.
Auteurs : Maximilien DELAFOULHOUZE, Hélène BUDZINSKI, Grégory COHEN, Olivier ATTEIA
Essais en pilotes 3D : un prérequis pour étudier l’efficacité d’un traitement de sol contaminé au NAPL
27 Novembre 2017
La remédiation des aquifères contaminés par des NAPL (Non Aqueous Phase Liquid) est connue pour être difficile. La réussite de cette démarche repose principalement sur le choix de la technique de dépollution à mettre en œuvre. Or, les études scientifiques montrent qu’il y a de grandes différences d’efficacité parmi les techniques les plus employées (oxydation, injection de tensio-actifs, sparging et techniques thermiques).
Figure 1 : Schéma des pilotesInnovaSol a mené une comparaison détaillée de ces techniques à l’échelle de pilotes métriques en trois dimensions, avec l’objectif de décrire l’influence des hétérogénéités sur l’efficacité de ces traitements.
Quatre pilotes métriques (Figure 1) ont été construits à l’identique pour les expériences. Ils ont été principalement remplis par un sable relativement perméable (K=4×10−4 m s−1) dans lequel ont été insérées trois lentilles de sable contaminées (10% de saturation) par une mélange décane/toluène (1:1).
Figure 2 : Programme de traitement des pilotes
Une fois la phase de conditionnement achevée, chacun des pilotes a suivi un traitement spécifique résumé sur la Figure 2.
La méthode thermique a été clairement la plus efficace (Figure 3), avec une décontamination approchant les 99% lorsque la bonne température est atteinte, contre environ 80% en considérant l’intégralité du pilote. En prenant en compte l’ensemble des incertitudes, il semble que les autres méthodes aient une efficacité similaire entre elles, avec environ 50% de décontamination (conditionnement inclus), tout en présentant certaines spécificités.
Figure 3 : Résultats L’oxydation au persulfate a eu de meilleurs résultats dans les zones de faible conductivité hydraulique par rapport au lessivage avec tensio-actif ou le traitement thermique. Ceci est probablement dû à l’effet densitaire de la solution oxydante qui a permis une meilleure pénétration du traitement dans le bas du pilote. Le traitement thermique semble être le seul capable d’atteindre 100% d’élimination de la contamination, montrant qu’il est le seul traitement non impacté par les hétérogénéités. Des études ont montré l’efficacité de l’utilisation combinée de ces différentes techniques. Quoi qu’il en soit, l’utilisation de pilotes à l’échelle métrique s’avère un prérequis primordial pour valider l’efficacité de ces techniques sur le terrain avant leur mise en place. Auteurs : O. Atteia, g. Cohen, F. Jousse, M. Momtbrun Pour lire l’article complet, avec un complément en modélisation prédictive, se reporter au numéro d’Environnement & Technique n° 374 – Novembre 2017