Le Club Innovation Environnement sur la thématique Sites et Sols Pollués dont le Président est Laurent Vallet, Aquila Conseil, a eu lieu le 18 mars 2021 dans un format dématérialisé. 

Le sujet : Transfert d’approches d'investigation géosciences pour diagnostiquer les sols pollués

  

 

Présentation du contexte : Quelques réflexions …. en chemin. Philippe MONIER, RETIA

 

Depuis les années 1990 durant lesquelles la méthodologie et le cadre réglementaire de gestion des sites et sols pollués ont commencé à se mettre en place, les techniques d’études et de traitement des sites pollués n’ont cessé de se préciser et de se diversifier. Il reste néanmoins quelques domaines qui mériteraient de nouveaux outils : la vue en continue des pollutions, la précision de nos analyses pour les formes métalliques, l’estimation des cubatures, etc. Les communications de ce jour témoignent des efforts menés pour répondre à ces attentes.

 

Partie 1 Acquisition de données 

 

Télédétection

Détection et caractérisation de sols pollués à partir de données de télédétection optiques. Sophie Fabre Véronique Achard ONERA

 

Des travaux en collaboration avec TOTAL ont montré la faisabilité de détecter et caractériser des sols pollués aux hydrocarbures par imagerie hyperspectrale aéroportée, soit par la détection directe d’hydrocarbures, soit par son impact indirect sur l’état de santé de la végétation (collaboration avec l’UMR Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement). Des études sont en cours à l’ONERA pour étendre ces techniques à d’autres types de pollution, notamment dans un contexte de contamination aux métaux lourds.

 

Cartographie haute résolution des sols pollués en combinant spectrométrie gamma (U-K-Th) et calibration ciblée. Christophe Rigollet CVA

 

La spectrométrie gamma permet de visualiser les hétérogénéités d’un sol à haute résolution grâce à la mesure des radionucléides contenus dans les minéraux et les polluants. Elle peut être utilisée à deux étapes majeures lors d’une étude de pollution, pour effectuer le diagnostic puis pour cartographier l’étendue de la pollution. Pour le diagnostic, la cartographie gamma permet de visualiser les hétérogénéités anomaliques de façon à définir une stratégie d’échantillonnage ciblée et ainsi gagner en pertinence et minimiser le nombre de prélèvements. Lors de l’interprétation cartographique des observations ponctuelles, la spectrométrie gamma permet de guider les interpolations et produire une carte réaliste de l’extension des pollutions.

 

 

Géophysique

Suivi de dépollution par méthodes géophysiques vers un monitoring temps réel. Pauline Kessouri BRGM

 

Les méthodes géophysiques sont des outils de caractérisation non destructives d’un milieu. Dans le cas des sites et sols pollués (SSP), des relations empiriques ou basées sur des modèles pétrophysiques ont été établies entre ces grandeurs géophysiques et la présence de polluant, leur état de dégradation… Le principal objectif de la géophysique est de positionner des forages de contrôle sur des points d’intérêt. Le caractère intégrateur et continu de ces méthodes permet de relier les informations obtenues entre deux forages. Après avoir démontré leur efficacité pour une aide au diagnostic des sites et sols pollués, les méthodes géophysiques sont des outils efficaces pour la surveillance et le contrôle d’une remédiation en regardant les variations de ces paramètres géophysiques dans le temps et dans l’espace : par exemple pendant une remédiation par pompage, par ISCO/ISCR ou par stimulation microbiologique. Il a été établi que l’effet capacitif des sols, appelé effet de polarisation provoquée, augmente de façon proportionnelle avec la croissance des biofilms. Néanmoins, ces outils géophysiques restent complexes et couteux à mettre en œuvre, pour des immobilisations de longue durée. Il reste à développer des méthodologies simplifiées utilisant des équipements moins couteux. En parallèle, l’interprétation des variations des paramètres géophysiques en termes de rabattement de la pollution reste à améliorer, par exemple par des simulations en modèle réduit.

 

Tomographie sismique passive 3D au moyen d’onde de surface. Edouard Mouton SISMOCEAN

 

Après une rapide présentation des ondes de surface de type Rayleigh et des méthodes d’acquisition, une présentation d’acquisition utilisant des dispositifs linéaires sera faite. Des résultats seront présentés afin d’illustrer les moyens linéaires mis en œuvre permettant de cartographier un volume 3D d’un site (remblai sous un bac d’hydrocarbure). Les avancées actuelles dans la mesure et le traitement des données des ondes de surface permettent aujourd’hui d’appréhender les problématiques de caractérisation 3D (tomographie 3D) des sols de façons nouvelles. Des résultats obtenus à partir de systèmes d’acquisition nodaux et linéaires seront présentés.

 

Capteurs

NODE Solutions & services : une nouvelle génération de biocapteurs microbiens pour la mesure en temps réel de la qualité des nappes phréatiques et eaux de surfaces. Olivier Sibourg HYDREKA 

 

Une électrode préalablement colonisée par des bactérie autochtones du site à monitorer. La présence du contaminant organique recherché est alors convertie en signal électrique par l’activité microbienne. Cette nouvelle génération de capteur permet, sans campagne d’échantillonnage, d’être utilisée pour la surveillance des réseaux d’assainissements et conformité des rejets, ou bien pour l’évaluation des performances en vue de l’optimisation des procédés de traitement, ou encore pour la protection de la ressource en eau et du milieu naturel.

 

Capteur, calibration, mesure, interprétation. Isabelle Le Nir Schlumberger

 

La présentation porte sur la définition et le principe d’un capteur (grandeur, valeur et propriétés), des exemples de grandeurs physiques mesurées dans l’industrie pétrolière et des tests pour la V&V (Vérification&Validation).

Un exemple d’image de parois de puits issu de la technologie FMI (Formation Micro Imager) est détaillé. 

 

Analyses

AlphaPix : un système pour l'analyse des gaz du sol. Régis Barattin Apix 

 

APIX propose de nouveaux systèmes de prélèvements d’échantillons gazeux sur site et de nouveaux systèmes d’analyse de gaz, dont les caractéristiques et performances semblent adaptées pour l’analyse des sites et sols pollués. La présentation fut l’occasion d’échanger sur la capacité de ces systèmes à répondre aux enjeux de la pollution des sols.

 

Adaptation de l’appareil QEMSCAN à des études de sols pollués. Pierre Roy CGG

 

CGG a longtemps utilisé l’appareil QEMSCAN (Quantitative Evaluation of Minerals by SCANning electron microscope) à des études pétrolières. L'appareil fonctionne grâce au couplage entre un microscope électronique à balayage (MEB) et un système d'acquisition automatisé. Récemment CGG a cherché à utiliser cet appareil à des problématiques environnementales comme les sols pollués. Deux exemples sont présentés : Le premier concerne un drainage minier acide et le second couvre un sujet moins commun mais tout aussi important : la pollution de micro-plastiques. Ces exemples montreront la flexibilité de l’appareil ainsi que ses atouts pour des problématiques de pollution du sol.

 

Signatures isotopiques non traditionnelles appliquées au traçage de contaminations inorganiques. Sylvain Berail AIA

 

L’utilisation des signatures isotopiques pour tracer les contaminations inorganiques élémentaires (ex : Métaux lourds) est une méthode maintenant reconnue en recherche environnementale. Advanced Isotopic Analysis (A.I.A.) est une société

 

privée qui propose ce type de services aux industriels. Quelques exemples d’applications sur la question d’origine de contamination de sols pollués ont pu être présentés.

 

Partie 2 Enjeux : Consolidation et valorisation des données

 

SOLSA un nouveau procédé d’exploration. Eric Berthier Thermo Fisher Scientific

 

SOLSA (Sonic On-Line Sampling & Analysis): Un système d’analyse sur site et en temps réel pour la caractérisation multi-échelle chimique et minéralogique de carotte de forage et d’échantillons de prélèvement.

L’accroissement des activités d'exploration minière appelle de nouvelles technologies de forage et de caractérisation minéralogique et d’analyse chimique.  Ainsi, SOLSA combine le développement d’une nouvelle technologie de forage par ultrason et la mise au point d’un dispositif d'analyse sur site de carottes et d’échantillons, pour une détermination rapide des propriétés minéralogiques. Ce dispositif analytique est donc constitué de différents capteurs optiques, chimiques, cristallographiques et structuraux. SOLSA consiste ensuite à mettre au point un traitement combiné des différentes données pour en extraire un log d’interprétation minéralogique et optimiser ainsi l’échantillonnage en ligne sur le terrain.

 

Le BIM appliqué aux sites et sols pollués. Pierre-Antoine FOURRIER Colas Environnement

 

COLAS ENVIRONNEMENT, filiale spécialisée dans les travaux de dépollution des sols et des nappes phréatiques, mène à bien le projet de réhabilitation environnementale de l’ancienne raffinerie de Dunkerque. Pour engager les travaux de déconstruction puis de dépollution du site, les équipes de COLAS ont réalisé deux maquettes numériques BIM : l’une sur les superstructures et la seconde sur les sous-sols du site.

Véritable outil de management de projet et d’aide à la décision, le BIM produit sur ce site permet de gérer avec précisions l’ensemble des données issues de la grande histoire de ce site. Plus de 60.000 plans, des centaines de résultats d’analyses de sols et d’eaux… ont été ajoutés au modèle pour permettre d’établir notamment les scénarii de dépollution et un suivi des travaux précis dans le temps.

 

La géostatistique, une aide pour mieux caractériser les sites et sols pollués. Chantal de Fouquet MINES ParisTech 

 

Les cartes de teneurs établies à partir des mesures ne peuvent être exactes en-dehors de ces mesures, avec comme conséquence des erreurs dans la délimitation des zones dans lesquelles ces teneurs dépassent une valeur (un seuil de qualité) fixée. A partir des données disponibles, les estimateurs géostatistiques permettent d'améliorer la précision des estimations, et de quantifier l'incertitude associée. Le développement des modèles permet d'adapter l'estimation à des sites plus complexes.

 

Synthèse-conclusion des échanges de la matinée Laurent VALLET AQUILA CONSEIL

 

Comme l’a très bien présenté Philippe MONIER de RETIA, le secteur des Sites et Sols Pollués (SSP) est d’émergence récente et est confronté aux mêmes problématiques que celles classiquement rencontrées dans les autres secteurs d’application des Géosciences :

·         La difficulté d’observer dans le sous-sol la continuité des objets et d’appréhender la complexité des phénomènes de pollution, nos capacités d’investigations étant réduites à réaliser des observations ponctuelles dans un milieu par nature hétérogène ;

·         Les difficultés qui en découlent pour acquérir des échantillons ou des mesures représentatifs des propriétés du sous-sol et des fluides qui le traversent ;

·         La complexité des processus d’organisation et d’interprétation des informations acquises afin de caractériser, de cartographier et de comprendre les phénomènes de pollution des sols et des eaux ;

·         L’exploitation délicate de cette connaissance acquise pour concevoir, dimensionner puis mettre en œuvre des solutions de traitement performantes et économiquement acceptables.

Les différentes présentations qui se sont succédées dans cette matinée dédiée aux méthodes d’investigations ont ainsi permis de balayer ces différentes problématiques en présentant les approches suivies dans différents secteurs proches des géosciences :

A l’échelle du site, les approches de télédétection (imagerie multispectrale, spectrométrie gamma…) peuvent permettre d’obtenir une vision élargie des pollutions proches de la surface en imageant les propriétés des sols et des polluants. On a vu ainsi avec intérêt l’apport de ces méthodes pour identifier à l’échelle du site et de son environnement des zones d’« anomalies », informations cruciales dans le processus d’investigation puis d’interpolation des données analytiques ultérieures.

La géophysique de surface est utilisée couramment dans le secteur des SSP. Elle est cependant confrontée à d’importantes limitations de sensibilité et de résolution en raison de l’environnement bruité des zones d’étude et de la résolution limitée des méthodes utilisées. Les exemples présentés de monitoring par méthodes électromagnétique ou de tomographie sismique passive montrent néanmoins des avancées intéressantes en explorant de nouveaux dispositifs d’acquisition.

La thématique clé des mesures de terrain a été abordée sous deux angles différents. L’apport de la microbiologie dans des nouveaux capteurs de suivi de nappe est en effet très intéressant en permettant d’accéder en instantané à des chroniques temporelles de variations des teneurs en polluants. Le transfert de la technologie des capteurs de pointe adaptés aux environnement extrêmes de l’exploration pétrolière serait de toute évidence un très important atout pour le secteur de l’environnement, particulièrement dans le secteur de l’imagerie de puits.

On a également noté d’importantes avancées dans la portabilité des méthodes d’analyses des gaz au plus proche du terrain et dans le transfert d’usage des méthodes d’analyse automatisées par microscopie électronique depuis le monde de l’exploration pétrolière et minière vers les SSP.

L’utilisation experte des analyses isotopiques non traditionnelles semble également constituer une piste de progrès très intéressante dans les problématiques « forensic » auxquelles les experts sont confrontés en SSP.

Les problématiques liées à l’exploitation des données ont fait l’objet de présentations très intéressantes, Qu’il s’agisse de la gestion intégrée de la chaine d’acquisition, de la représentation 3D des données au sein d’un projet complexe ou de l’approche géostatistique de validation des évaluations de volumes pollués et de leurs incertitudes cette thématique constitue une charnière fondamentale entre l’acquisition des données et leur exploitation afin de concevoir et de dimensionner les traitements les plus pertinents.