Comportement hydrodynamique des barrières réactives in situ utilisées pour la diffusion passive

Les eaux souterraines sont consommées par une grande proportion de la population mondiale incluant le Canada et le Québec. En raison de la sollicitation des sols et des aquifères par l'activité humaine, plusieurs produits chimiques contaminent les eaux souterraines, particulièrement les produits pétroliers et les solvants. Certains peuvent être très persistants et récalcitrants à la biodégradation et présentent une menace pour la santé humaine et l'environnement. Depuis plusieurs décennies, beaucoup d'efforts ont été déployés dans la communauté scientifique en vue de trouver des techniques de décontamination efficaces. C'est ainsi que nous sommes passés des techniques conventionnelles (pompage et traitement)aux techniques passives in situ. Parmi les techniques qui ont été étudiées et mises en place, les barrières réactives perméables ont été l'une des options de traitement permettant de combler les lacunes rencontrées lors de l'application du pompage et traitement. La première étude sur le comportement hydraulique des barrières réactives, en particulier \e?, funnel-andgate, a été réalisée au milieu des années 90. Depuis, la technique s'est développée davantage et a été utilisée tant à l'échelle pilote qu'à grande échelle, plus précisément pour le traitement des solvants chlorés avec du fer zéro valent dans la zone réactive. Par ailleurs, cinq applications de barrières réactives utilisant l'oxygène comme zone réactive ont été répertoriées. Malgré cette période de développement, certains aspects du comportement hydrodynamique des barrières réactives demeurent mal compris et il n'existe aucune analyse comparative traitant des funnel-and-gate et des trench-and-gate, une variante développée afin d'améliorer le contrôle hydraulique du système. Ce travail de recherche présente l'étude du comportement hydrodynamique des barrières réactives perméables, plus particulièrement les funnel-and-gate et les trench-and-gate, appliquées à la diffusion passive. À partir d'un modèle d'aquifère homogène et isotrope, l'étude présente une analyse comparative de^ funnel-and-gate et des trench-and-gate. Elle s'intéresse dans un premier temps à l'influence de la conductivité hydraulique de l'aquifère sur l'écoulement souterrain et sur la zone de captage des deux systèmes. Cette analyse n'a démontré aucun effet de ce paramètre sur l'écoulement souterrain dans les deux systèmes autre qu'une augmentation de la zone de captage dans un exemple d'aquifère peu perméable. L'effet est plus prononcé pour le trench-and-gate dans lequel la zone de captage est plus grande. Dans les mêmes conditions de modélisation, le trench-and-gate permet un meilleur captage hydraulique que \e funnel-and-gate. Dans un deuxième temps, l'influence de l'angle d'ouverture des entonnoirs sur la zone de captage (funnel-and-gate et trench-and-gate) a été analysée. Des trois angles d'ouverture d'entonnoir étudiés (30°, 45° et 0°), l'entonnoir de 45° a fourni la plus grande zone de captage aussi bien pour \e funnel-and-gate que le trench-andgate. Dans le cas du trench-and-gate, l'influence des murs imperméables sur sa performance a aussi été abordée de même que celle des tranchées de réinfiltration en aval de la porte sur la zone de captage. Les tranchées de réinfiltration en aval de la zone réactive ont permis un drainage plus efficace de l'eau. Par contre, avec les tranchées drainantes seules et une absence de murs imperméables, l'efficacité des TAG ne peut être garantie. En ce qui concerne l'étude de la diffusion passive de l'oxygène, un ensemble de puits et un mur perméable ont été considérés comme zone réactive. Globalement, le mur perméable, étant donné sa continuité, a produit des panaches d'oxygénation homogènes, alors que les puits ont généré une digitation du panache. Les travaux ont également permis d'étudier l'influence de la conductivité hydraulique sur le panache d'oxygénation généré en aval des deux types de zone réactive. L'étalement des panaches est proportionnel à un accroissement de la conductivité hydraulique. Les panaches produits par le trench-and-gate sont plus homogènes et étalés que ceux produhs par \e funnel-and-gate. L'étude de l'effet des angles d'ouverture des entonnoirs sur la zone d'oxygénation des deux systèmes a démontré une meilleure performance de l'entonnoir d'angle d'ouverture de 45°, car celui-ci a produit de plus grands panaches d'oxygénation. En ce qui concerne l'effet des tranchées de réinfiltration (trench-and-gate), la grande vitesse d'écoulement produite par la grande conductivité hydraulique de celles-ci a contribué davantage au développement du panache d'oxygénation. L'influence de ces mêmes paramètres a également été étudiée sur la biodégradation aérobie des BTEX. Lorsque la zone réactive est représentée par des puits dans un funnel-and-gate, l'hétérogénéité du panache d'oxygénation a diminué l'efficacité de la biodégradation à la porte. Ce système pourrait être amélioré par une réorganisation de la distribution des puits. Toutefois, le traitement est plus efficace avec le mur perméable comme zone réactive compte tenu de l'homogénéité des panaches d'oxygénation. Ces observations ont été les mêmes pour les deux entonnoirs d'angle d'ouverture analysés soient 45° et 0°. En ce qui a trait au trenchand-gate, une diminution des concentrations de BTEX arrivant à la porte a été provoquée par les tranchées drainantes, ce qui a eu pour effet de limiter le passage des BTEX à travers la porte en comparaison au funnel-and-gate. De plus, les tranchées de réinfiltration en aval de la porte ont permis une réduction des débordements du panache de BTEX et également une réduction de la concentration dans la porte pour les deux angles d'ouverture d'entonnoir analysés. En se basant sur les résultats obtenus, l'analyse comparative a permis d'aboutir à une meilleure performance du système de trench-and-gate pour les mêmes conditions de modélisation. Suite aux résultats de ce travail, comme perspective future, cette étude pourra être poursuivie par la variation d'autres paramètres influençant l'hydrodynamique des systèmes (ex. gradient) et la configuration des systèmes (ex. profondeur d'enfoncement des murs imperméables). L'étude des FAG et des TAG suspendus permettra notamment de mieux comprendre comment s'effectue le contrôle hydraulique des débordements d'eau et de contaminants sous ces systèmes.

Level thesis:degree_level

masters

Grantor dc:publisher

École de technologie supérieure

Year dc:date

2008

Author dc:creator

• Narcisse, Josianne

• barriere, comportement, diffusion, funnel-and-gate, hydrodynamique, in, passif, reactif, site, trench-and-gate

Language dc:language

fr

Identifier

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OAI record oai:identifier

https://espace.etsmtl.ca/cgi/oai2?verb=GetRecord&metadataPrefix=oai_etdms&identifier=oai%3Aespace.etsmtl.ca%3A114