criterre brgm couplage géophysique & analyse gaz pour détection polluants- 2002

8/17/2019 CRITERRE BRGM Couplage Géophysique & Analyse Gaz Pour Détection Polluants- 2002

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Couplage de mesures géophysiques et d'analyses

de gaz pour la détection de polluants organiques

sur deux anciennes cokeries

Programme national CRITERRE

Étude réalisée dans le cadre des opérations de Service public du BRGM 2002-POL-D02

juin 2002BRGM/RP-51726-FR


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Couplage de mesures géophysiques et d'analyses

de gaz pour la détection de polluants organiques

sur deux anciennes cokeries

Programme national CRITERRE

Étude réalisée dans le cadre des opérations de Service public du BRGM 2002-POL-D02

J.C. Gourryavec la collaboration de

R. Jeannot et E. Proust

juin 2002BRGM/RP-51726-FR


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Détection de polluants organiques sur deux anciennes cokeries. Programme national CRITERRE

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Mots clés : Pollution organique, Géophysique, Potentiel spontané, Polarisation provoquée, Résistivité électrique, Analyse de gaz, HAP.

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

Gourry J.C., Jeannot R. et Proust E. (2002) - Couplage de mesures géophysiques etd'analyses de gaz pour la détection de polluants organiques sur deux anciennescokeries. Programme national CRITERRE. BRGM/RP-51726-FR, 92 p., 27 fig.,4 tabl., 5 ann.

© BRGM, 2002, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.


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CRITERRE / FICHE SIGNALÉTIQUE

TITRE : Couplage de mesures géophysiques et d'analyses de gaz pour la détection de polluants organiques sur deux anciennes cokeries. Programme nationalCRITERRE

DOSSIER N° :

DATE D’ÉTABLISSEMENT : juin 2002

AUTEUR(S) : J.C. Gourry (BRGM), R. Jeannot (BRGM), E. Proust (BRGM)

THÈME DE RATTACHEMENT : Thème 2 : Détection des pollutions dans les sols en géniecivil

LETTRES DE COMMANDE : 00/CRT/TR3/037 et 01/CRT/TR4/052


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Synthèse

'objectif de l’étude est de mener des tests de géophysique et d'analyse de gaz, envue de comparer et valider ces méthodes non destructives pour la détection de

pollutions organiques. L’étude s’inscrit dans le cadre du projet national « CRITERRE »financé par le ministère de l’Equipement.

Ainsi, le BRGM a mené plusieurs missions de reconnaissance de géophysique etd'analyses de gaz sur deux anciennes cokeries de Charbonnages de France auxcaractéristiques différentes (pollution diffuse sur l’une et concentrée sur l’autre).Plusieurs méthodes géophysiques sont comparées aux analyses de gaz et de sol prélevésen forage.

Des cartographies de conductivité électrique et de Potentiel Spontané (PS) ont étéréalisées sur l’une des zones pilotes. Plusieurs profils, situés en partie sur les zones

polluées, ont été couverts par tomographie de résistivité électrique et de polarisation provoquée (PP). Parallèlement, des analyses de composés organiques gazeux volatiles(BTEX [Benzène, Toluène, Ethylbenzène et Xylènes] et CO2) ont été réalisées sur siteet en laboratoire. Des analyses des 16 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques

préconisés par l’Environment Protection Agency (les 16 HAP EPA) et hydrocarburestotaux sur échantillons de sol prélevés en forage viennent appuyer les corrélations entre

taux de pollution et les techniques de diagnostic.Les zones polluées, confirmées par les analyses de sol, apparaissent clairement sur lescartes de PS et de teneur en CO2. Les zones polluées apparaissent avec un fort potentielnégatif et une teneur en CO2 jusqu’à 5 fois supérieure au taux ambiant. Les réactionschimiques de biodégradation des composés organiques pourraient être à l’origine de cesanomalies de PS et de CO2. Elles sont confirmées le long des profils de tomographie par des zones de forte chargeabilité électrique qui délimitent les parties les plus polluées.Suivant leur position dans la friche, les anomalies PP sont caractérisées également par des anomalies de forte ou de faible résistivité électrique. Ceci s’explique par l’histoirede la cokerie où des goudrons naturellement résistants pouvaient être mélangés avec des

solvants conducteurs. La présence des BTEX révèle l’existence d’une pollution maisqu’il est difficile de quantifier car la teneur en BTEX est très sensible à la perméabilitéaux gaz et la tortuosité des terrains. Sur l’un des sites, la corrélation BTEX/HAP estexcellente alors qu’elle est mauvaise sur le second. De plus la pollution par BTEXdétectée sur ce deuxième site vient confirmer l’idée d’une seconde origine de la

pollution détectée, car elle est mal corrélée avec les mesures géophysiques.

Il est préconisé de procéder à une cartographie par potentiel spontané et analyse de lateneur en CO2, puis de réaliser des profils ciblés de polarisation provoquée et analysedes BTEX pour cerner les concentrations de pollution par hydrocarbures. Des

précautions d’emploi des différentes méthodes sont détaillées.

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Sommaire

1. Introduction........................................................................................................ 11

2. Principe et intérêt des méthodes géophysiques .................................................... 13

2.1. Conductivité électrique par EM31 ........................................................................ 13

2.2. Polarisation spontanée (PS).................................................................................. 13

2.3. Tomographie de résistivité électrique et de Polarisation Provoquée (PP)................... 14

3. Analyses de gaz, vapeurs organiques et de sol .................................................. 17

3.1. Analyses de gaz et vapeurs organiques................................................................. 17

3.2. Analyses de sol .................................................................................................... 17

4. Présentation des sites expérimentaux et des mesures ...................................... 19

4.1. Site de X.............................................................................................................. 19

4.2. Site de Y.............................................................................................................. 19

4.3. Mesures géophysiques sur le site de Y.................................................................. 22

4.4. Mesures géophysiques sur le site de X.................................................................. 22

4.4.1. Première campagne de géophysique : juillet 2001.................................... 22

4.4.2. Seconde campagne de géophysique : mars 2002 ...................................... 24

4.5. Traitement des mesures géophysiques .................................................................. 24

4.5.1. Conductivité EM31.................................................................................. 24

4.5.2. Polarisation Spontanée (PS)..................................................................... 25

4.5.3. Tomographie électrique et Polarisation Provoquée (PP)........................... 25


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4.6. Analyses de gaz et de sol sur LE site DE Y .......................................................... 27

4.7. Analyses de gaz et de sol sur le site de X.............................................................. 29

5. Résultats ............................................................................................................. 31

5.1. Site de Y.............................................................................................................. 31

5.2. Site de X.............................................................................................................. 36

5.2.1. Résultats d’EM31 .................................................................................... 36

5.2.2. Résultats de PS ........................................................................................ 365.2.3. Résistivité électrique et chargeabilité PP.................................................. 40

5.2.4. Les sondages et les analyses des HAP...................................................... 45

5.2.5. Analyses du CO2 et des BTEX................................................................. 45

5.2.6. Corrélation PS et HAP............................................................................. 53

5.2.7. Corrélation HAP, BTEX et CO2............................................................... 54

5.2.8. Corrélation PS et BTEX........................................................................... 55

6. Conclusions......................................................................................................... 57

7. Bibliographie...................................................................................................... 59

Liste des figures

Fig. 1 - Schéma d'un dispositif de tomographie électrique en configurationdipôle-dipôle. .................................................................................................15

Fig. 2 - Taux de pollution relevés dans les fosses du site de X. Les classes suiventune loi de concentration logarithmique. ......................................................... 20

Fig. 3 - Site de Y. ...................................................................................................... 21

Fig. 4 - Carte de l’ensemble des mesures géophysiques (hors EM31), prélèvementde gaz et forages réalisés sur le site de X en 2001 et 2002.............................. 23

Fig. 5 - Carte du régional PS d’ordre 2 sur le site de X...............................................26

Fig. 6 - Reprise (triangles) des mesures sur la ligne C, 5 heures après les mesuresoriginales (losanges). ..................................................................................... 27

Fig. 7 - Résultat de l'inversion de la tomographie électrique.. ........................................ 32


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Fig. 8 - Profil de potentiel spontané (trait continu) et gradient de potentiel (trait pointillé) le long du profil. ............................................................................. 32

Fig. 9 - Synthèse des résultats de géophysique et analyses de gaz ..............................34

Fig. 10 - Analyses des seize HAP EPA sur les échantillons de sol prélevés entre 0 et 50 cm de profondeur entre les PM 165 et 215..................................................................35

Fig. 11 - Carte de conductivité électrique le long du cheminement d’EM31sur le site de X............................................................................................... 37

Fig. 12 - Carte de conductivité électrique d’EM31 du site de X................................... 38

Fig. 13 - Carte de cheminement du potentiel spontané mesuré ....................................... 39

Fig. 14 -Carte de potentiel spontané (résidu d’ordre 2), teneur en CO2 du sol et

extension de la pollution d’après le potentiel. ................................................ 40Fig. 15 -Résultats de la tomographie de résistivité et chargeabilité PP électrique

sur le profil P1 (site de X). ............................................................................42

Fig. 16 -Résultats de la tomographie de résistivité et chargeabilité PP électriquesur le profil P3 (site de X). ............................................................................43

Fig. 17 -Résultats de la tomographie de résistivité et chargeabilité PP électriquesur le profil P4 (site de X). ............................................................................44

Fig. 18 -Analyses des seize HAP EPA sur les échantillons de sol prélevés en foragesur le site de X............................................................................................... 47

Fig. 19 -Carte de répartition des HAP d’après les analyses des dix tarières sur le sitede X. Les points entre 0 et 0,5 mg/kg sont en dessous du seuil détectable. ..... 48

Fig. 20 -Carte de concentration de CO2 mesurée sur le site de X en 2001.................... 49

Fig. 21 -Carte de concentration de CO2 mesurée sur le site de X en 2002.................... 50

Fig. 22 -Carte de teneur en CO2 du sol avec superposition des concentrationdes six cav -BTEX- mesurés..........................................................................52

Fig. 23 - Graphe de la concentration en BTEX (somme des six analyses) par rapportà la teneur en CO2. La corrélation est inverse................................................. 53

Fig. 24 - Graphe de corrélation entre potentiel spontané et la somme des concentrationsdes seize HAP. Les concentrations de 0,1 mg/kg sont des points où le tauxd’HAP est inférieur au seuil détectable. ..................................................................53

Fig. 25 -Graphe de corrélation entre teneur en CO2 et la somme des concentrationsdes seize HAP................................................................................................54

Fig. 26 - Graphe de corrélation entre teneur en BTEX et la somme des concentrationsdes seize HAP. ...............................................................................................55

Fig. 27 - Carte de comparaison du potentiel spontané avec les concentrations en gazBTEX sur le site de X.................................................................................... 56


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Liste des tableaux

Tabl. 1 - Résultats des analyses de gaz sur charbon actif pour six composés organiquesvolatils sur le site de Y. ...............................................................................28

Tabl. 2 - Résultats des analyses de sol sur le site de Y................................................28

Tabl. 3 - Concentrations des seize HAP mesurées sur échantillon prélevédans les dix tarières sur le site de X. ............................................................ 46

Tabl. 4 - Analyses de six composés aromatiques volatiles (BTEX) prélevéssur charbon actif sur le site de X.................................................................. 51

Liste des annexes

Ann. 1 - Cartes PS et HAP sur le site de X ..................................................................61

Ann. 2 - Sondages du site de X ................................................................................... 65

Ann. 3 - Carte de teneur en BTEX de la campagne de juillet 2001.............................. 77

Ann. 4 - Carte de teneurs en BTEX de la campagne de mars 2002.............................. 81Ann. 5 - Graphes PS et HAP....................................................................................... 89


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1. Introduction

'objectif de l’étude est de mener des tests de géophysique et d'analyse de gaz, envue de comparer et valider ces méthodes non destructives pour la détection de

pollutions organiques. L’étude s’inscrit dans le cadre du projet national « CRITERRE »financé par le ministère de l’Équipement.

Ainsi, le BRGM a mené deux missions de reconnaissance de géophysique et d'analysesde gaz sur deux anciennes cokeries de Charbonnages de France dont l’emplacement ne

peut être révélé pour des raisons de confidentialité. La première cokerie sera nommé Y,

la seconde X. Pour la même raison, les cartes seront représentées en coordonnéeslocales.

Chronologiquement, l’étude sur le site de Y a précédé celle sur le site de X. Ainsi, lestravaux sur Y ont servi à définir ceux du site de X. La méthode a été améliorée en coursd’étude et le site X a bénéficié de l’expérience acquise sur le site Y.

La campagne de mesure à Y s’est déroulée en juin 2000. Deux campagnes de mesuresse sont succédé sur le site de X : une première en juillet 2001, puis une seconde decomplément en mars 2002. Au cours de la première campagne, seules des mesures degéophysique et d’analyses de gaz ont été réalisées. Au cours de la seconde, des forages

et des analyses de sol sont venus compléter de nouvelles mesures géophysiques etanalyses de sol.

Après une présentation des sites, nous exposons la procédure des mesuresgéophysiques, puis des analyses de gaz. Les résultats de ces deux approches sontcomparés avant de conclure sur la validité et la qualité des techniques testées.

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2. Principe et intérêt des méthodes géophysiques

2.1. CONDUCTIVITÉ ÉLECTRIQUE PAR EM31

L’EM31 est un conductivimètre (Mc Neil, 1985) mesurant une conductivité apparentedu terrain situé sous l’appareil. Cette mesure englobe une demi-sphère de 5 à 6 m derayon. L’équipement est une perche aux bouts de laquelle sont placées deux bobines.L’appareil est porté par un seul opérateur et peut être déplacé en continu.

Le principe est le suivant : une première bobine émet un champ magnétique alternatif

qui engendre un champ dit secondaire par la présence d’un milieu conducteur. Cechamp secondaire mesuré sur une seconde bobine séparée de 3,6 m de la première est proportionnel à la conductivité du sol grâce à l’approximation de basse induction.

Dans un tel contexte, la mesure d’EM31 présente plusieurs avantages : couplée à unemesure GPS différentiel, elle est rapide (plusieurs kilomètres de mesures par jour avecun espacement de 1-2 m entre chaque mesure). On peut ainsi identifier des ensemblesconducteurs et résistants qui peuvent avoir plusieurs origines : pollution ou remblais.Dans les anciennes usines, la présence de socles en béton armé ou des tuyaux enterrés

peuvent être une gène pour les forages et pour les mesures de tomographie électrique.L’EM31 permet d’identifier ces objets.

2.2. POLARISATION SPONTANÉE (PS)

La polarisation spontanée (ou potentiel spontané suivant les auteurs, PS) est la mesuredu potentiel électrique naturel du sol. La méthode est dite passive, car il n’y a pas desource artificielle. L’origine des potentiels spontanés est très variée : potentielélectrocinétique, électrochimique ou minéral (Reynolds, 1997). En général, l’effetd’électrofiltration lié à l’écoulement d’eaux souterraines est de l’ordre de 100 mV/km.

La mesure du potentiel spontané est simple : une électrode de référence est fixée loin dela zone à prospecter (une centaine de mètres). On mesure la différence de potentielélectrique entre cette électrode fixe et une seconde électrode mobile qui parcourt le site.L’espacement entre stations de mesure est typiquement de 5 ou 10 m. Les électrodessont dites « impolarisables » : elles sont composées d’un pot à fond poreux contenantune solution de sulfate de cuivre dans laquelle trempe une électrode de cuivre. Ce

procédé évite des effets de polarisation métallique que l’on mesure sur les électrodesmétalliques.

Récemment, Vichabian et al. (1999) ont montré l'intérêt de la polarisation spontanée pour la détection de polluants organiques. L'effet PS serait dû à des réactions d'oxydo-

réduction pendant la biodégradation des hydrocarbures. Le conditionnel doit êtreemployé ici car les causes de l’effet PS sont encore mal connues. Nous parlerons


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désormais de réactions chimiques en général. Parmi les causes possibles, une anomalienégative de PS est révélatrice de la présence de polluants organiques en phase de

biodégradation, c’est-à-dire en phase d’oxydation. L’absence d’anomalie ne signifie pas pour autant l’absence de pollution.

Les mesures de polarisation spontanée ont été effectuées à l’aide d’électrodesimpolarisables Cu/CuSO4 par rapport à une référence fixe située hors du terrain demesure.

2.3. TOMOGRAPHIE DE RÉSISTIVITÉ ÉLECTRIQUE ET DE POLARISATIONPROVOQUÉE (PP)

De nombreux auteurs ont montré comment les propriétés électriques des roches sont

modifiées par la présence de composés organiques, aussi bien à haute fréquence (Shenet al., 1985, Porokhovoi et al., 1996, Santamarina et Fam, 1997) qu'à basse fréquence(Olhoeft, 1985, Sadowski, 1987). Globalement, la présence d'hydrocarbures augmentela résistivité électrique et la chargeabilité des sols. Néanmoins, certains composésorganiques peuvent faire décroître la résistivité électrique. La chargeabilité « m »exprime l'effet « capacitif » du sol. Il se traduit par un effet de dissipation progressif ducourant dans le sol au cours du temps. Cela s’appelle la polarisation provoquée endomaine temporel. En domaine fréquentiel, cela se traduit par un déphasage du signalmesuré par rapport au signal émis. Cela s’appelle la polarisation provoquée spectrale.Un signal déphasé peut s’exprimer comme un nombre complexe. C’est pourquoi on

parle également de résistivité complexe.

Cet effet capacitif du sol traduit des réactions d’oxydo-réduction, d’échange de cations etd’interactions argiles-organiques. C’est cette dernière réaction qui explique la majeure

partie de l’effet de polarisation provoquée en présence de polluants organiques, et plus particulièrement par polarisation de membrane. Les chaînes organiques sont très fortement polarisées. Elles sont adsorbées sur les argiles sur plusieurs couches et ferment partiellement les pores du matériau. Après coupure du courant électrique qui a déséquilibréla répartition des ions, les organiques bloquent la circulation des ions conduisant le courantélectrique pendant l’équilibrage ionique. Il y a ainsi un effet de remise à l’équilibre ionique

progressif, se traduisant par la circulation de courant après la coupure électrique.

L'ordre « n » de la tomographie électrique est un facteur important de la mesure. Dans laconfiguration dipôle-dipôle, les écartements entre les électrodes des dipôles émetteur etrécepteurs sont les mêmes (fig. 1). Pour une résistivité de sol donnée et un écartementde dipôle donné, l'ordre détermine la profondeur d'investigation. Or le signal reçu(potentiel V) décroît en fonction de la racine cubique de l'écartement entre dipôles (n.a).Compte tenu de la sensibilité du résistivimètre employé (Syscal R2 d'Iris Instruments) etde la résistivité des sols pollués, l'ordre n = 8 était le plus grand possible.

La chargeabilité est calculée en mesurant la tension au dipôle récepteur avant coupuredu courant d'émission, puis après quelques millisecondes après coupure. L’évolution de

la tension mesurée au cours du temps donne la chargeabilité. Elle est généralement trèsfaible et est exprimée en partie par milliers.


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Trois configurations de mesure ont été testées. Chronologiquement :

- un dispositif dipôle-dipôle avec des électrodes métalliques (cf. fig. 3). Cetteconfiguration s’avérera défavorable car la tension décroît comme la puissance cubede l’écartement entre dipôle et les électrodes métalliques génèrent une polarisationd’électrodes au récepteur qui se superpose au signal ;

- un dispositif Wenner où les quatre électrodes sont à la même distance les unes desautres et où le dipôle récepteur est au centre. Des électrodes impolarisables (pots

poreux Cu/CuSO4) sont employées. Cette configuration de mesure est la plusfavorable car la tension décroît linéairement avec l’écartement des électrodes. Maisle dispositif Wenner exige de déplacer les électrodes impolarisables à chaquemesure, ce qui demande un temps d’acquisition important ;

- un dispositif Wenner-Schlumberger. Le dipôle récepteur est au centre du dispositif etla distance entre une électrode de potentiel et une électrode de courant est n foisl’écartement du dipôle récepteur. Dans ce cas, la tension au récepteur décroît commele carré d’écartement des électrodes mais on n’est plus obligé de bouger lesélectrodes impolarisables à chaque mesure.

n=4

IV

a n . a a

n=5

n=2

n=3

n=1

14

Fig. 1 - Schéma d'un dispositif de tomographie électrique en configuration dipôle-dipôle.


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3. Analyses de gaz, vapeurs organiques et de sol

3.1. ANALYSES DE GAZ ET VAPEURS ORGANIQUES

Deux types de phases gazeuses ont été analysés : les hydrocarbures aromatiques volatilset le dioxyde de carbone. La détection de vapeurs organiques est une preuve nonambiguë de la présence de polluants organiques volatils dans les sols. Les analyses

portent sur six hydrocarbures aromatiques volatils (BTEX) : le benzène, le toluène,l'ethyl-benzène, le para-xylène, le méta-xylène et l'ortho-xylène.

Les analyses de gaz viennent conforter les résultats géophysiques. La présence de CO2avec des concentrations au moins deux fois supérieures au taux de CO2 atmosphériquerévèle l’existence de décomposition de matière organique de plusieurs origines :hydrocarbures ou matière végétale enfouie. Dans un milieu peu remanié, les forts tauxde CO2 sont généralement révélateurs de présence d’hydrocarbures en phase de

biodégradation.

Pour chaque point de mesure des gaz, un forage de 50 cm de profondeur et de 2 cm dediamètre est effectué avec une perceuse. Un tube cartonné est introduit dans le forage afinde le protéger. Une pompe portable réglée à un débit d’aspiration de 1 l/mn est installée sur l’extrémité du tube. Pour les mesures de BTEX, les gaz pompés à un débit de 1 l/mn sont

dirigés vers un tube contenant du charbon actif. La durée de pompage est comptabiliséeafin de connaître le volume de gaz pompé. Les tubes de charbon actif sont ensuitedésorbés au sulfure de carbone au laboratoire et les BTEX sont analysés par chromatographie en phase gazeuse équipée d’un détecteur à ionisation de flamme et d’unecolonne capillaire de 50 m de longueur, de 0,53 mm de diamètre interne et contenant unfilm d’une épaisseur de 2 µm de phase stationnaire polaire (CP WAX 52 CB) .

Les mesures de CO2 sont réalisées in situ par pompage d’un litre de gaz du sol dans dessacs TEDLAR à partir du tube de protection du forage. Le contenu du sac est analysé

par un chromatographe en phase gazeuse portable équipé d’un microcatharométre.

3.2. ANALYSES DE SOL

Les analyses de sol représentent la mesure la plus directe de la présence de polluantsdans le sol. Deux types d’analyses ont été effectués :

- analyses des 16 HAP d’après EPA ;

- aromatiques 2 cycles : naphtalène ;

- aromatiques 3 cycles : acénaphtalène, acénaphtylène, anthracène, fluorène, phénanthrène ;

- aromatiques 4 cycles : benzo (a) anthracène, chrysène, fluorantène, pyrène ;


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- aromatiques 5 cycles : benzo (a) pyrène, benzo (k) fluorantène, benzo (b) fluorantène,dibenzo (ah) anthracène ;

- aromatiques 6 cycles : benzo (ghi) pérylène, indeno pyrène ;

- analyses des hydrocarbures totaux.

Les masses de prise d’essai au laboratoire de sol analysées suivant les normes envigueur sont de 10 à 12 g, masses prélevées sur des échantillonnages sur site de 1 kgenviron. Elles sont extraites sur des sols bruts afin d’éviter toute perte des HAP les plusvolatils. Des « effets pépites » sont possibles quand la pollution n’est pas répartie defaçon homogène dans l’échantillon prélevé sur site (pollution en boule, rubanée).


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4. Présentation des sites expérimentaux

et des mesures

4.1. SITE DE X

Le site de X est une ancienne cokerie abandonnée dans les années 70. La superficie dela zone d’exploitation est de 6 ha environ (400 x 150 m).

Ce site a fait l’objet de nombreuses études (Wavrer, 1997 et 1998) et sert de site pilote pour Charbonnages de France. En 1997, 67 fosses de 0,50 m de profondeur (points bleus de la figure 2) ont été creusées sur le site (Wavrer, 1997) et montrent une pollution très diffuse sur l’ensemble du terrain avec des concentrations éparses (fig. 2).

Le sol est composé en moyenne de 30 à 50 cm de remblais comprenant entre autres des bétons et ferrailles. Puis des limons sableux reposent sur la craie situées à 5 m de profondeur environ (fig. 2). Quatre sondages carottés réalisés par le LCPC (pointsrouges sur la figure 2) ont montré l’existence de pollutions à plusieurs niveaux dans leslimons. Il faut donc s’attendre à trouver une pollution à toute profondeur. Il existe deux

piézomètres répertoriés sur ce site (PZ1 et PZ4). La nappe au niveau du piézomètre PZ1atteint 17 m de profondeur (environ 29 m NGF).

Le terrain est parcourue par une route, seule voie d’accès dégagée. Le reste du terrainest parsemé de buissons denses et de hautes herbes qui ont rendu la pénétration difficileen certains points. Des tas de terre de 20 à 30 m de côté et de 2 - 3 m de haut recouvertsd’une épaisse végétation subsistent sur le terrain au niveau des fosses 41 et 30.

4.2. SITE DE Y

Le site de Y se situe sur une ancienne cokerie appartenant aux Charbonnages de France,abandonnée dans les années 1970. Il est situé dans le Nord de la France. Les bâtimentsont été démolis quelques années auparavant.

Le sol est composé de remblais schisteux jusqu'à 3 m de profondeur, puis de silts jusqu'à 5 - 6 m, puis de sables et graves jusqu'à 12 - 14 m. Le substratum crayeux sesitue aux environs de 14 - 15 m. Une première nappe superficielle se situe dans lesremblais et silts de surface dont le niveau piézométrique est entre 2 et 4 m de

profondeur. Une seconde nappe se situe dans la craie mais n'est pas affectée par la pollution.

De nombreux piézomètres (PZ) permettent un contrôle de la pollution du site. Des prélèvements de sol en tranchée et pendant la foration des piézomètres ont fait l'objetd'analyses des HAP par l'INERIS en 1999 (Ben Slimane, 1999). La pollution pour les

16 HAP « EPA » varie entre 0,1 et 80 000 mg/kg pour les sols et 0,1 et 80 000 g/l pour les eaux superficielles.


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Suite aux explications d'un ingénieur CdF sur place, nous avons choisi d'étudier un profillong de 235 m situé de part et d'autre de la zone polluée principale (fig. 3). Ce profil est

orienté N30°. Le Point Métrique (PM) 0 est situé au sud-ouest du profil. Le PM 235 estsitué à 3 m d'un mur d’enceinte en béton au nord du site. Le PM 60 du profil se situe à 17,1m à l'ouest du piézomètre PZ18 et à 18,60 m à l'ouest du PZ 21. Le PM 145 et le PM 150sont situés respectivement à 6,60 m et 7,80 m à l'ouest du piézomètre PZ8.

0

235

A)

B)

PZ18

0. / 3.7

PZ8

21.4/1295.1

P20

359.8 / 958.8

P13

10703.0 / 80773.0

P14

0 50 100 150 200 250

-14.0

-12.0

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.

2.0

-14.0

-12.0

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.

2.0

Remblais

Tourbe

Sables

Graves

Silts

Silts

Remblai Silt Sable Grave Tourbe

Fig. 3 - Site de Y.

a) Plan de position du profil de tomographie électrique (ligne rouge) exprimé en coordonnéeslocales ; b) Coupe de sol le long du profil (description voir fig. 7). Pour chaque forage ou

prélèvement, les niveaux de pollution sont indiqués : à gauche somme des 6 HAP, à droitesomme des 16 HAP (d’après Ben Slimane, 1999).


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4.3. MESURES GÉOPHYSIQUES SUR LE SITE DE Y

Les mesures géophysiques et analyses de gaz se sont déroulées sur deux jours en juin 2000.

Les mesures géophysiques testées sont les suivantes :

- tomographie électrique dipôle-dipôle, espacement 5 m, n = 1 à 8 avec mesure de larésistivité électrique et de la chargeabilité Polarisation Provoquée (PP) ;

- mesure du potentiel Polarisation Spontanée (PS), interstation 5 m sur le profil detomographie électrique.

4.4. MESURES GÉOPHYSIQUES SUR LE SITE DE X

Les campagnes de mesures géophysiques et analyses de gaz se sont déroulées en juillet 2001(trois jours) et mars 2002 (trois jours).

4.4.1. Première campagne de géophysique : juillet 2001

EM31

Neuf profils séparés de 20 m environ au pas de 2 m environ (soit 2 550 points) ont permis de couvrir la quasi intégralité du terrain de la cokerie. Les profils ont été réaliséssuivant la direction N70°E autant que possible. La présence d’arbres a empêché l’accèsaux sous-bois à cause du GPS.

Potentiel spontané

Huit profils (fig. 4) séparés de 20 m au pas de 5 m (soit 200 points) ont permis decouvrir plus de la moitié du terrain de la cokerie.

L’électrode de référence est situé au sud-ouest du terrain dans une zone non polluée.

Tomographie électrique

Un profil (P1, fig. 4) a été mesuré par tomographie de résistivité électrique et dechargeabilité électrique. Ce profil est aligné sur le piézomètre PZ1 et sur les forages duLCPC (ligne 120). L’espacement entre électrodes est de 2 m. Le profil comprend48 électrodes (soit 94 m de long). Le piézomètre PZ1 est situé à 18 m du pointmétrique 0 (PM 0) du profil de tomographie.

Deux configurations de mesure ont été testées :

- dipôle-dipôle en résistivité électrique seule ;

- Wenner en résistivité électrique et polarisation provoquée « time domain ».


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4.4.2. Seconde campagne de géophysique : mars 2002

Potentiel spontané

Six profils parallèles (A à F) séparés de 20 m ont permis de couvrir la moitié ouest de lacokerie (fig. 4). Un septième profil (G) est situé à 10 m de F le long du mur d’enceintenord. Les sept profils de 160 m de long chacun sont orientés N20°E. Les extrémités dechaque profil sont alignées sur le nord géographique. La zone prospectée décrit donc un

parallélogramme non régulier.

Les mesures ont été réalisées au pas de 5 m (soit 155 points). L’électrode de référenceest situé au nord-ouest du terrain dans une zone non polluée.

Tomographie électrique

Trois profils (P2, P3 et P4, fig. 4) ont été mesurés par tomographie de résistivitéélectrique et de chargeabilité électrique. Le profil P2 est aligné sur la ligne 80 etcommence en A80, le profil P3 est aligné sur la ligne E et commence en E30, le profilP4 est aligné sur la ligne 160 et commence en A160. L’espacement entre électrodes estde 2 m. Les profils P2, P3 et P4 comprennent respectivement 48, 64 et 54 électrodes(soit respectivement 94, 126 et 106 m de long).

Deux configurations de mesure ont été testées pour chaque profil :

- dipôle-dipôle en résistivité électrique seule ;

- Wenner-Schlumberger en résistivité électrique et polarisation provoquée « time domain ».

La séquence de mesure dipôle-dipôle est à simple écartement (2 m) jusqu’à l’ordren = 10, 500 ms de temps d’injection.

La séquence de mesure en Wenner-Schlumberger est à écartement simple (2 m) jusqu’àl’ordre n = 8, 1 000 ms de temps d’injection (3 fenêtres temporelles à 120, 220 et420 ms). Des électrodes impolarisables (pots poreux Cu/CuSO4) ont été employées pour le dipôle de potentiel MN. Bien que le signal/bruit du Wenner-Schlumberger soit moins

bon que le Wenner, cette configuration présente l’avantage de garder le dipôle MN avecles électrodes impolarisables au même endroit plusieurs mesures de suite.

4.5. TRAITEMENT DES MESURES GÉOPHYSIQUES

4.5.1. Conductivité EM31

Les mesures de conductivité d’EM31 en mode dipôle vertical ont été associées auxcoordonnées GPS acquises au même instant.

Les données brutes ont été interpolées suivant une grille régulière de 5 5 m par krigeage sous Surfer. Aucun filtrage n’a été appliqué.


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4.5.2. Polarisation Spontanée (PS)

Les mesures de PS ont été associées aux coordonnées GPS acquises au même instant aucours de la première campagne ou aux coordonnées calculées d’après la grille de pointsétablie au cours de la seconde campagne.

On applique au potentiel spontané des traitements semblables à ceux de la gravimétrie car la PS fait partie des méthodes potentielles. Le traitement de base est la suppression d’unrégional dont les sources sont plus profondes (par exemple signal d’électrofiltration lié àl’écoulement de la nappe phréatique).

Les données brutes ont été interpolées suivant une grille régulière de 5 5 m par krigeage sous Surfer. Puis on calcule un champ régional d’ordre 2 en X et Y (équation

quadratique z ( x, y) = A + Bx + Cy + Dxy + Ex² + Fy² (fig. 5)). La différence du champmesuré brut et de ce champ régional donne le champ résiduel d’ordre 2 que l’oninterprète. Le gradient de ce régional est d’environ 200 mV/km.

La répétitivité des mesures PS est correcte. L’erreur moyenne absolue entre deux sériesde mesures sur le même profil C est de 0,5 mV, l’écart-type est de 3 mV (fig. 6).

4.5.3. Tomographie électrique et Polarisation Provoquée (PP)

Sur les friches industrielles où les sols sont composés de remblais (briques, béton dans dela terre végétale), comme certaines résistances de prise sont très élevées (> 20 kOhm), il afallu supprimer certains points de mesure de résistivité et surtout de PP. D’une manièregénérale, nous avons supprimé tous les points dont le facteur de qualité est différent de 0.Le facteur de qualité est l’écart type relatif de la résistivité apparente sur plusieurs cyclesde mesure. Il représente le taux de bruit et par conséquence la fiabilité que l’on peutattribuer à chaque mesure. Un facteur de qualité de 0 est en fait strictement inférieur à 1 %.Les points dont le potentiel est inférieur à 0,5 mV ont été supprimés (signal trop faible

proche du bruit).

Sur le site de Y, la tomographie a été réalisée en mode dipôle-dipôle, qui est très

défavorable à la mesure de polarisation provoquée (chute rapide du potentiel enaugmentant l’écartement des électrodes). Aussi compte tenu des faibles tensions mesuréesen PP, nous avons éliminé toutes les mesures de PP dont l’ordre était supérieur à 4 sur lesite de Y. Le rapport signal/bruit se dégrade rapidement quand l'ordre de mesure PPaugmente. Les données de PP pour les ordres et 1 et 2 sont très « stables » sans variationsdésordonnées. En revanche, dès l'ordre 3 et a fortiori pour l'ordre 4, le rapport signal/bruitse dégrade et la mesure PP est perturbée par des à-coups très brutaux.

Sur le site de X, les configurations de mesure Wenner et Wenner-Schlumberger sont beaucoup plus favorables et les points jusqu’à l’ordre 8 ont été conservés sauf s’ils nerequièrent pas les critères énoncés en début de chapitre. Les gros contrastes de

résistivité entre les remblais résistants et les limons sous-jacents conducteurs créent desmesures inexploitables de chargeabilité négative.


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Route

L i m i t e

d e l ' a

n c i e n

n e c o k

e r i e

0

0

-50

50 100 150 200 250

50

100

150

200

0 20 40 60 80 100 m

-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16

CRITERRE- Site de X PS - régional ordre 2

PS (mV)

Fig. 5 - Carte du régional PS d’ordre 2 sur le site de X.


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0 20 40 60Distance sur ligne C (m)

-20

0

20

40

60

P o

t e n

t i e

l S p o n

t a n

é (

m V )

Fig. 6 - Reprise (triangles) des mesures sur la ligne C, 5 heures après les mesures

originales (losanges).

L’inversion des mesures de tomographie électrique (résistivité et chargeabilité) a étécalculée avec le logiciel Res2dInv. Comme les données sont très bruitées, une inversionde type « Robust » a été choisie : elle consiste à minimiser l’erreur calculée avec unenorme 1, c’est-à-dire la somme des valeurs absolues des différences entre modèle etmesure. À l’opposé de la norme 2 (distance euclidienne ou inversion par moindrescarrés) qui lisse les résultats tout en tenant compte des points divergeant, la norme 1 atendance à lisser les points divergeants et à augmenter le contraste dans le modèle. Ainsil’espace-modèle est partagé en zones uniformes présentant de forts contrastes.

4.6. ANALYSES DE GAZ ET DE SOL SUR LE SITE DE Y

Des analyses de gaz et vapeurs organiques ont été menées tous les 5 m dans la zone dite polluée au nord du profil et tous les 20 m dans la zone non polluée. Un total dedouze échantillons de gaz et vapeurs organiques a été prélevé sur des cartouches garnies decharbon actif (tabl. 1).

La position des prélèvements de sol est repérée par rapport à celles des électrodes de latomographie électrique. Les échantillons de sol ont été prélevés entre 50 cm et 1 m de

profondeur le long du profil de géophysique. Ainsi quatorze échantillons de 40 g, quatorzeéchantillons de 200 g et sept échantillons de 1 kg ont été prélevés et stockés dans des

bocaux ou des flacons de verre de 40 ml à 2 l de capacité, fermés hermétiquement soitavec un joint de caoutchouc isolé de l’échantillon avec une feuille d'aluminium, soit avecun bouchon muni d’un joint à face téflonnée. La masse totale est de 10 kg environ.

Seize échantillons ont été analysés (tabl. 2). Ces échantillons sont répartis entre le PM45et 215, tous les 20 m de PM45 à PM165 où l'on suppose qu'il n'y a de pollution, tous les5 m au-delà dans la zone où se situerait la pollution principale. Une double mesure a étéréalisée au PM 200 et montre des résultats concordants.


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4.7. ANALYSES DE GAZ ET DE SOL SUR LE SITE DE X

Au cours de la première campagne en juillet 2001, des analyses de gaz et vapeursorganiques ont été réalisées sur une partie de la zone étudiée par géophysique suivantune grille de 20 20 m (cf. fig. 4). Mais un temps très pluvieux et une hygrométrieélevée ont réduit de manière importante l’efficacité de rétention du charbon actif sur lesquels sont piégés les composés organiques volatils. Les mesures révèlent des pointsdont la teneur en composés organiques volatils est inférieure au seuil de détection. Enrevanche, les analyses de CO2 effectuées sur les mêmes points ont donné des résultatssatisfaisants. Aucune analyse de sol n’a été effectuée au cours de cette premièrecampagne de mesure.

Au cours de la seconde campagne en mars 2002, des analyses de gaz BTEX ont été

réalisés suivant une grille de 20 20 m sur la moitié est du terrain étudiée par géophysiquecar les premiers résultats de PS donnaient de forts contrastes dans cette zone. Les analysesCO2 ont été effectuées in situ sur les mêmes points.

Dix forages à la tarière ont été réalisés jusqu’à la craie située à environ 5 m de profondeur. Les intervalles étaient de 1 m et les sols ont été préalablement examinésvisuellement et olfactivement afin de détecter la présence de polluants. L’implantationdes forages a été décidée à partir des résultats des mesures de PS interprétés in situ.Aussi certaines anomalies de PS peu apparentes par une analyse rapide sur le terrainn’ont pas été vérifiées par forage. Inversement, certaines anomalies PS pressenties sur le

terrain ont été forées mais se sont avérées ne pas être des anomalies PS.


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5. Résultats

5.1. SITE DE Y

L'inversion des données de résistivité électrique (fig. 7 et fig. 9d) et de chargeabilité(fig. 9d) a donc été effectuée respectivement jusqu'à l'ordre 8 et 4 à l’aide du logicielRes2Dinv.

Il n’y a pas de topographie marquée entre le PM 30 et 235 m. Il y a un dénivelé de 5 mentre le PM 0 et PM 30. Cet effet topographique n’ayant pas été corrigé pendant

l’inversion, les résultats obtenus entre le PM 0 et le PM 30 sont non interprétables et neseront en conséquence pas commentés.

Les mesures de PS n’ont subi aucun traitement particulier. Nous avons représenté lesdonnées suivant deux modes (fig. 8) :

- 1er mode : différence de potentiel (ddp) en chaque station par rapport à une référencefixe (mesure brute) ;

- 2e mode : gradient local de ddp en effectuant la différence entre les ddps dedeux stations adjacentes. On mesure ainsi des effets de création de courants locaux.Ce mode de représentation est recommandé par Vichabian et al. (1999).

Comme nous l'avons signalé précédemment, nous n’interpréterons pas les résultatssitués avant le PM 30 car ils sont affectés par la pente de la colline dont nous n'avons

pas tenu compte.

Ainsi, la tomographie électrique (fig. 7) montre deux couches géoélectriques :

- une première couche résistante (> 70 ohm.m) en surface correspondant aux remblaisde surface ;

- une seconde couche plus conductrice (< 30 ohm.m) correspondant à un ensemble deremblais et de silts sous nappe phréatique.

La ligne bleue de la figure 7 correspond au niveau piézométrique d'après lesdeux piézomètres PZ18 et PZ8, respectivement à 7 m et 3,5 m de profondeur. Cettelimite correspond exactement à l'interface géoélectrique. Le niveau piézométriqueremonte du sud vers le nord. D'après les données de forage, la composition des terrainsgéologiques est la même le long du profil géophysique (fig. 3). Or la résistivité dans lanappe chute brutalement au delà du PM 160 (fig. 7) c'est-à-dire à proximité du PZ8 oùsemble apparaître la pollution d'après les analyses de sol. Mais l'anomalie de résistivitéest conductrice dans la zone polluée (anomalie R1, fig. 9d) alors que l'on attendgénéralement une anomalie résistante pour des pollutions aux hydrocarbures lourds quisont électriquement résistants. L'existence de polluants conducteurs tels que dessolvants chlorés ou fluorés peut expliquer cette anomalie.


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Nappe

superficielle

Fig. 7 - Résultat de l'inversion de la tomographie électrique.En haut pseudo-section des résistivités apparentes, en bas section (modèle) de résistivités vraiesaprès inversion, au milieu pseudo-section de résistivités apparentes calculées à partir du modèlede résistivité (en bas).

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Point métrique sur profil (m)

-120.00

-100.00

-80.00

-60.00

-40.00

-20.00

P o

t e n

t i e

l P S

( m V

)

-60

-40

-20

0

20

40

G r a

d i e n

t d e p o

t e n

t i e

l ( m V )

e)

Fig. 8 - Profil de potentiel spontané (trait continu) et gradient de potentiel (trait

pointillé) le long du profil.


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Les résultats de polarisation provoquée et d'analyses de gaz sont globalementconcordants. Ils confirment les analyses de sol. Trois anomalies se dessinent clairement

(fig. 9) :- entre le PM 155 et 160 : anomalie de Polarisation Provoquée PP1 ;

- entre le PM 175 et 190 : anomalie de gaz G1 ;

- entre le PM 200 et 210 : anomalies de Polarisation Provoquée PP2 et de gaz G2.

La zone située entre le PM 200 et 210 était considérée par l'ingénieur CdF sur placecomme étant la plus polluée.

Deux anomalies de PS (forts potentiels négatifs, fig. 8) sont observées entre le PM 140et 170 d’une part, entre le PM 180 et 195 d’autre part. Elles sont situées exactement aumême endroit que les anomalies de PP (PP1 et PP2). L’amplitude des anomalies de PSest de 40 mV. La remontée progressive de la PS entre les PM0 et 40 s’explique par l’effet topographique de la pente où sont faites ces mesures (Reynolds, 1997).

Cela signifie que :

1. la polarisation provoquée et la polarisation spontanée sont particulièrement sensiblesaux polluants organiques (volatils ou non) qui y sont en forte concentration ;

2. la pollution principale se situe globalement entre les PM 155 et 210.

Les 15 m de décalage entre les anomalies PP1 et G1 ne permettent pas de les relier directement. Le décalage entre les anomalies PP1 et G1 peut s'expliquer par la tortuositédu milieu composé de remblais qui peuvent dévier les gaz. Mais ces deux anomalies ont

peut être des origines différentes.

L'anomalie de résistivité est étalée sur la nappe phréatique entre les PM 145 et 235 alorsque les deux anomalies PP sont ponctuelles aux PM 155 et 200. Les sources de

pollution étaient probablement situées en deux points et la forte concentration en polluants est suffisante pour créer une anomalie PP.

Globalement, la zone polluée se situe entre le PM175 et le PM205, et particulièrement

aux PM180 et 185. Les concentrations en polluants y sont extrêmement élevées puisquel'on trouve des concentrations de 22,5 g/kg d'anthracène et 18,5 g/kg de phénanthrène auPM185. La somme des 16 HAP est de 28,2 g/kg et de 69,2 g/kg respectivement auxPM180 et 185. La teneur en BTEX est également élevée : 24,5 mg/m3 de méta/para-xylène et 4,25 mg/m3 de toluène au PM185.

Sur la figure 10, les HAP 2 cycles sont en jaune, les 3 cycles en vert, les 4 cycles en bleu, les 5 cycles en rouge, les 6 cycles en violet. Les analyses avant le PM 165 sonttrop faibles pour être représentées sur ce graphique. La figure 10 montre une

prédominance des HAP 3 cycles et 4 cycles et une faible proportion de 6 cycles,correspondant à un profil de répartition des HAP classique d’un site de cokerie.


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0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240Point métrique sur profil (m)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Q u a n

t i t é ( m g

/ m

3 ) Composés organiques

BenzèneToluène

Ethyl-Benzène

Para-Xylène

Méta-Xylène

Ortho-Xylène

a)

d)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240Point Métrique sur profil (m)

0

20

40

60

80

C h a r g e a

b i l i t é P P ( m V / V )

PP n=1

PP n=2

PP n=3

PP n=4

c)

R1

PP1 PP2

G1 G2

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240Point métrique sur profil (m)

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

H A P e t h y d r o c a r b u r e s ( m g / k g )

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

B T E X ( mi c r o g / k g )

Somme(16 HAP)

Hydrocarbures totaux

ToluèneBenzène

Ethylbenène

Meta/Para-Xylène

Ortho-Xylène

b)

Fig. 9 - Synthèse des résultats de géophysique et analyses de gaz.a) Composés organiques volatiles le long du profil mesurés par analyses de gaz ; b) Composésorganiques mesurés sur échantillons de sol ; c) Courbes de chargeabilité électriques apparentes pour n = 1 à 4 ; d) Section de résistivités vraies (en haut) et chargeabilités vraies (en bas) après

inversion pour n = 1 à 4.


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36 BRGM/RP-51726-FR

5.2. SITE DE X

5.2.1. Résultats d’EM31

La carte d’EM31 établie en juillet 2001 révèle la présence de zones très conductrices(conductivité supérieure à 100 mS/m) et contrastées avec l’environnement se situant auxenvirons de 10 à 20 mS/m (avant interpolation figure 11 et après interpolation figure 12).Un certain nombre de ces zones conductrices sont déjà identifiées comme des fondationsou dallage de bâtiment dont la présence de ferraillage est à l’origine de la forteconductivité. Des dalles sont encore visibles à l’ouest de la zone. Aussi nous avonsattribué toutes ces zones à des anciens bâtiments. Des alignements étroits de conductiviténégative (en violet) sont identifiées comme tuyaux métalliques. En mode dipôle vertical, lechamp magnétique au dessus d’un tuyau s’inverse et l’approximation de basse induction

qui est utilisée par le constructeur de l’EM31 n’est plus valable : en conséquence laconductivité électrique apparaît négative. En dehors des structures enterrées, la carte deconductivité d’EM31 ne montre rien de plus.

5.2.2. Résultats de PS

Comme le point de référence PS des deux campagnes n’est pas le même, il est difficilede comparer dans l’absolu les deux cartes de PS. Par ailleurs, les degrés d’humidité,l’activité biologique, qui sont deux facteurs jouant sur la PS, ne sont pas les mêmes en

juillet 2001 et en mars 2002. Néanmoins nous retrouvons les grandes tendances (zonesfortement positives ou négatives) sur les deux cartes de cheminement avantinterpolation (fig. 13).

Comme le cheminement de 2001 est un peu chaotique, nous n’analyserons que les donnéesde 2002 après interpolation et après extraction d’un régional d’ordre 2 (fig. 14). Grâce à lareconnaissance du CNRSSP en 1997 avec des prélèvements en fosses (Wavrer, 1997), onconnaît approximativement les zones polluées. Ainsi, on sait que les zones dont le potentielspontané est négatif correspond aux parties polluées reconnues en fosse. Il apparaît alorsdeux zones de potentiel négatif au nord-est et au sud-ouest de la zone prospectée (fig. 13).Une troisième zone d’intensité plus faible se dessine au centre nord du site.

Ces observations se corrèlent bien avec les résultats des analyses des HAP sur échantillons des tarières où les deux tarières les plus polluées (H8 et H9) se situent sur les potentiels les plus négatifs.


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Route

L i m i t e

d e l ' a

n c i e n

n e c o k

e r i e

0

0

-50

50 100 150 200 250

50

100

150

200

0 20 40 60 80 100 m

-100 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

CRITERRE - Site de X

Conductivité EM31

Conductivité (mS/m)

Fig. 11 - Carte de conductivité électrique le long du cheminement d’EM31 sur le site de X.


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38 BRGM/RP-51726-FR

Route L i m i

t e d e

l ' a n c i e

n n e c

o k e r i

e

-100 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

CRITERRE - Site X

Conductivité EM31

Conductivité (mS/m)

0

0

-50

50 100 150 200 250

50

100

150

200

0 20 40 60 80 100 m

Ancien bâtiment détecté par EM31

Tuyau détecté par EM31

Fig. 12 - Carte de conductivité électrique d’EM31 du site de X.


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BRGM/RP-51726-FR 39

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 50 100 150 200

Cheminement PS - Juillet 2001

Cheminement PS - Mars 2002

a)

b)0 50 100 150 200

0

50

100

150

0 50 100 150 200

0

50

100

150

Fig. 13 - Carte de cheminement du potentiel spontané mesuré a) en 2001, et b) en 2002.


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40 BRGM/RP-51726-FR

P1-0

P1-94m

P2-0

P2-94m

P3-0

P3-126m

P4-0

P4-106m

H1

H2

H3

H4

H5

H6H7

H8

H9

H10

Route

L i m i t e

d e l ' a

n c i e n

n e c o k

e r i e

-65 -60-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Potentiel Spontané (mV)

CRITERRE - Site de X

Potentiel Spontané

Teneur CO2 (%)

0 to 0.38

0.38 to 0.76

0.76 to 1.12

1.12 to 1.5

1.5 to 1.871

0

0

-50

50 100 150 200 250

50

100

150

200

0 20 40 60 80 100 m

Extension de la pollution d'après la PS

TarièreH1

Fig. 14 - Carte de potentiel spontané (résidu d’ordre 2), teneur en CO2 du sol et

extension de la pollution d’après le potentiel.

5.2.3. Résistivité électrique et chargeabilité PP

Pour des raisons techniques (transfert du fichier impossible vers le PC) le profil P2 situé

sur la ligne 80 n’est pas exploitable. Nous analyserons donc le profil P1 de juillet 2001(fig. 15) et les profils P3 (fig. 16) et P4 (fig. 17) de mars 2002 situés respectivement sur


42/94


BRGM/RP-51726-FR 41

les lignes 120, E et 160 (fig. 4). Enfin sur ces 3 profils, seuls P1 et P4 sont réellementexploitables tant la qualité des mesures de P3 est mauvaise (potentiel inférieur à

0,5 mV, nombreuses mesures instables avec écart type > 3 %). De plus, les mesures du profil P3 entre le PM 40 et PM 80 sont situées au dessus d’une dalle de béton armédécouverte par la suite. Aussi seuls les points au-delà du PM 90 et en deçà du PM 30sont réellement exploitables. Les points manquants sont visibles sur la figure 6c.

Les tomographies de résistivité électrique en mode Wenner du profil P1 (fig. 15)reflètent bien les différentes couches géologiques traversées : des remblais résistants de0 à 0,5 m, des limons conducteurs de 0,5 à 5 m de profondeur, et la craie résistante au-delà de 5 m de profondeur.

Il y a une bonne cohérence des résultats de résistivité électrique et chargeabilité aux

points de croisement des 3 profils :- faible résistivité (2 - 3 ohms.) et forte chargeabilité (> 50 ms) au croisement de P1 et

P3 au niveau du forage H1 ;

- forte chargeabilité (> 50 ms) au croisement de P3 et P4.

La pollution du forage H1 se signale par un fort potentiel spontané négatif, par unefaible résistivité et par une forte chargeabilité alors que la pollution du forage H9 sesignale également par un fort potentiel spontané négatif, une forte chargeabilité mais par une forte résistivité électrique. L’explication vient de la qualité des sols. La pollution duforage H1 se situe dans les limons très humides et dont la conductivité du fluide est trèsgrande (de l’ordre de 1 S/m, d’après I. Halimi, communication personnelle). Nous neconnaissons pas l’origine de cette forte conductivité du fluide. La pollution massive duforage H9 est située dans des remblais grossiers formés de briques, blocs de béton etterre végétale très sèche dont la conductivité du fluide est très faible (Halimi,communication personnelle). La présence de ces remblais sur une grande profondeur (plus de 3 m) nous laisse imaginer qu’ils ont été déposés dans une fosse.

D’autre part, la pollution située au nord-est du terrain qui se signale par un fort potentielspontané est caractérisée par une forte chargeabilité entre les PM70 à 90 sur le profil P1et entre les PM45 à 60 sur le profil P4. Les limites de la forte chargeabilité sur P4 sonttrès franches et verticales, ce qui vient appuyer notre observation sur le présence d’unefosse au niveau du forage H9. Cette fosse se présente également par un couloir de

potentiel spontané.

Une second anomalie de forte chargeabilité et de faible résistivité est visible sur le profilP4 au delà du PM90. Elle se présente par un potentiel spontané modéré mais nous noussituons en limite de carte où il y a peu de mesures PS.

Plusieurs petits « spots » de forte chargeabilité se distinguent sur le profil P1 (PM25, 32,50 et 62). Ceci est révélateur de la pollution très diffuse du site de X où l’on peutrencontrer localement des petites concentrations de polluants.


43/94


42 BRGM/RP-51726-FR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distance (m)

38

40

42

44

46

A l t i t u

d e

( m )

38

40

42

44

46f1 f2 f3 f4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distance (m)

40

42

44

46

A l t i t u

d e

( m )

40

42

44

46f1 f2 f3 f4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distance (m)

-5

0

P s e u

d o - p r o

f . ( m

)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Distance (m)

38

40

42

44

46

A l t i t u

d e

( m )

38

40

42

44

46f1 f2 f3 f4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distance (m)

38

40

42

44

46

A l t i t u

d e

( m )

38

40

42

44

46f1 f2 f3 f4

0

5

10

15

20

25

30

35

4045

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

CRITERRE - Site de X Tomographie électrique P1

Chargeabilité (mV/V)

0.4

0.61

1.6

2.5

4

6.3

1016

25

40

63

100

160

250

400

630

1000

Résistivité (ohm.m)

Pseudo-section Résistivité Wenner

Modèle de Résistivité - Wenner

Modèle de Chargeabilité - Wenner

Modèle de Résistivité - Dipôle dipôle

Coupe géologique d'après sondages

a)

b)

c)

d)

e)

Remblais

Limon sableuxmarron clair

Craie

Limon+ hydrocarbures

H4 H1

H4 H1

H4 H1

Limono-marneux

Fig. 15 - Résultats de la tomographie de résistivité et chargeabilité PP électrique sur

le profil P1 (site de X).

a) Pseudo-section de résistivité en configuration Wenner ; b) Modèle de résistivité électrique enconfiguration Wenner ; c) Modèle de chargeabilité PP en configuration Wenner ; d) Modèle derésistivité électrique en configuration dipôle-dipôle ; e) Coupe géologique d’après les 4 sondagesdu LCPC.


44/94


BRGM/RP-51726-FR 43

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Distance (m)

-10

-5 n

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120-8

-4 n

Pseudo-section résistivité dipôle-dipôle

Pseudo-section résistivité Wenner-Schlumberger

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120-8

-4 n

Pseudo-section résistivité Wenner-Schlumberger filtré

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120-8

-4 n

Pseudo-section chargeabilité Wenner-Schlumberger

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120-8

-4 n

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Pseudo-section chargeabilité Wenner-Schlumberger filtré

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

-6-4-20

P r o

f . ( m )

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

-6-4-20

P r o

f . ( m )

Section résistivité Wenner-Schlumberger filtré

Section chargeabilité Wenner-Schlumberger filtré

-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.61 10 100 10002 5 20 50 200 500 2000Résistivité électrique (ohm.m)

Chargeabilité PP (ms)


W E

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

H3 H2 H1

H3 H2 H1

Fig. 16 - Résultats de la tomographie de résistivité et chargeabilité PP électrique sur

le profil P3 (site de X).

a) Pseudo-section de résistivité en configuration Dipôle-Dipôle ; b) Pseudo-section de résistivité enconfiguration Wenner-Schlumberger sans filtrage ; c) Pseudo-section de résistivité en configurationWenner-Schlumberger avec filtrage de données bruitées ; d) Modèle de résistivité électrique enconfiguration Wenner-Schlumberger à partir de données filtrées ; e) Pseudo-section de chargeabilitéPP en configuration Wenner-Schlumberger sans filtrage ; f) Pseudo-section de chargeabilité PP en

configuration Wenner-Schlumberger avec filtrage de données bruitées ; g) Modèle de chargeabilitéPP en configuration Wenner.


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44 BRGM/RP-51726-FR

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-8

-4 n

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Distance (m)

-10

-5 n

Pseudo-section résistivité dipôle-dipôle

Pseudo-section résistivité Wenner-Schlumberger

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-8

-4 n

Pseudo-section chargeabilitéWenner-Schlumberger

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-8

-4 n

Pseudo-section chargeabilitéWenner-Schlumberger filtré

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-8

-4 n

Pseudo-section résistivité Wenner-Schlumberger filtré

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-6

-4

-2

0

Section résistivité vraie Wenner-Schlumberger filtré

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-6

-4

-2

0

P r o

f ( m )

0

510

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Section chargeabilité Wenner-Schlumberger filtré

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-6

-4

-2

0

P r o

f . ( m )

Section résistivité vraie dipôle-dipôle10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-10

-5 n

Pseudo-section résistivité filtré dipôle-dipôle


Chargebilité PP (ms)

Résistivité (ohm.m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

1

10

100

1000

200

500

50

20

2

5

2000

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

i)

S N

H10 H9

H10 H9

Fig. 17 - Résultats de la tomographie de résistivité et chargeabilité PP électrique sur le profil P4 (site de X).

a) Pseudo-section de résistivité en configuration Dipôle-Dipôle ; b) Pseudo-section de résistivité enconfiguration Dipôle-Dipôle filtré ; c) Section de résistivité vraie en configuration Dipôle-Dipôleaprès filtrage ; d) Pseudo-section de résistivité en configuration Wenner-Schlumberger sans filtrage ;e) Pseudo-section de résistivité en configuration Wenner-Schlumberger avec filtrage de données bruitées ; f) Modèle de résistivité électrique en configuration Wenner-Schlumberger à partir de

données filtrées ; g) Pseudo-section de chargeabilité PP en configuration Wenner-Schlumberger sansfiltrage ; h) Pseudo-section de chargeabilité PP en configuration Wenner-Schlumberger avec filtragede données bruitées ; i) Modèle de chargeabilité PP en configuration Wenner.


46/94


BRGM/RP-51726-FR 45

L’absence de pollution sur H4 et H10 se signale par un faible potentiel spontané et par une faible chargeabilité. La faible pollution sur H3 se signale par un potentiel spontané

relativement négatif mais par une faible chargeabilité.

Ainsi une pollution de cokerie se signale principalement par un fort potentiel spontanénégatif et par une forte chargeabilité. La résistivité électrique est un paramètre qui estsensible à des facteurs autres que la pollution.

5.2.4. Les sondages et les analyses des HAP

Les analyses des 16 HAP de l’EPA montrent de fortes disparités de concentration(tabl. 3 et fig. 18). Au vu de ces seuls résultats d’analyses de sol, il est impossible dedresser une carte de répartition des pollutions mais confirme les résultats obtenus dansles fosses du CNRSSP en 1997 (ann. 1, Wavrer, 1997).

Les forages H8 et H9 sont particulièrement pollués et la pollution était vraiment visible sur place. Le taux de HAP du forage H9 atteint la teneur considérable de 18 g/kg. Les foragesH5 et H6 ont une pollution suffisante pour être considérée comme toxique alors que leséchantillons sortis du sondage H5 paraissaient propres (fig. 19). En revanche, le forage H1semblait pollué et les analyses des HAP montre une faible teneur en HAP. Également lesforages H2 et H3 semblaient faiblement pollués mais la concentration en HAP est inférieureà 0,5 mg/kg (inférieur au seuil de détection). Enfin, les analyses des forages H4, H7 et H10ont confirmé l’absence de HAP comme il avait été observé sur le terrain (ann. 2).

5.2.5. Analyses du CO2 et des BTEX

Globalement, les deux cartes de teneurs en CO2 (2001 et 2002) délimitent les mêmes zonesde forte teneur mais d’intensité différente. Ainsi les analyses C02 de 2001 (fig. 20) et de2002 (fig. 21) délimitent une zone au nord-est de concentration plus élevée, significatived’une biodégradation plus intense. Cette zone correspond aux potentiels spontanés les plusnégatifs. Les points g8 et g13 (CO2 2001) et C60 (CO2 2002) montrent une forteconcentration au même endroit. Le point g21 montre une forte teneur de CO2 en 2001,mais qui est nettement plus faible en 2002 sur le point B140.

Les analyses des 6 BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène, ortho-, para-, métaxylène,tabl. 4) donnent de faibles concentrations en aromatiques volatils et de nombreux points oùles BTEX sont non détectables. Le benzène est le composé le plus abondant suivi dutoluène. Il n’y a quasiment pas de paraxylène (1 point de très faible teneur). La carte derépartition des BTEX montre une zone au nord-est polluée alors que les teneurs en BTEXde la partie sud-ouest sont inférieures au seuil de détection (fig. 22 et ann. 3 et 4).

En résumé, là où il y a du CO2 il y a une forte concentration en HAP sauf au-dessus duforage H5. Le forage H5 est pollué par des HAP et il y a une forte teneur en BTEX maisil n’y a pas de CO2 ni d’anomalie PS négative. Ceci est illustré par la mauvaise

corrélation entre teneur en CO2 et teneur en BTEX (fig. 23).


47/94

Nom forage

Forage

Nom Echantillon

Profondeur (m)

Naphtalène

Acénaphtène

Acénaphtylène

Anthracène

Fluorène

Phénanthrène

Benzo (a) anthracène

Chrysène

Fluoranthène

Pyrène

Benzo (a) pyrène

Benzo (k) fluoranthène

Benzo (b) fluoranthène

Dibenzo (ah) anthracèn

Benzo (ghi) pérylène

Indeno pyrène

16 HAP

H 1

E 1 2 0

H 1_

1

1

1 0 , 9

1 0 , 9

H 1

E 1 2 0

H 1_

4

3

0 , 0

H 1

E 1 2 0

H 1_

6

4 , 8

0 , 0

H 2

E 8 0

H 2_

2

2

0 , 0

H 3

E 4 0

H 3_

1

1

5 , 9

1 , 7

0 , 6

0 , 7

1

, 7

1

1 , 2

2 , 1

1 , 4

1 , 4

0 , 8

2

0 , 6

1 , 6

1 , 1

2 3 , 8

H 3

E 4 0

H 3_

3

3

0 , 0

H 4

B 1 2 0

H 4_

3

3

0 , 0

H 5

C 1 0 0 H 5_

3

3

0 , 7

0 , 8

1 5 , 4

2 , 5

4

, 3

1 0 , 2

5 , 6

1 6 , 1

1 5 , 9

1 0 , 7

4 , 4

1 7 , 1

2 , 1

4 , 9

3 , 6

1 1 4 , 3

H 6

C 6 0

H 6_

3

3

1 2 , 9

4 6 , 6

0 , 8

1 0

3 2

8 2

, 7

1 3 , 6

1 8 , 6

7 9 , 1

6 9 , 5

4 , 7

3 , 3

1 6

3 8 9 , 8

H 7

D 1 0

H 7_

3

3

0 , 0

H 8

F 1 4 0

H 8_

2

2

6 2 4

4 6 8

1 , 7

4 2 , 1

3 2 0

3 4

5

6 , 9

5

6 6 , 5

3 3 , 2

3 , 5

1 , 9

4 , 6

1 , 1

3

2 , 1

1 9 2 8 , 6

H 8

F 1 4 0

H 8_

5

4 , 8

3 3 , 7

0 , 6

3 4 , 3

H 9

D 1 6 0 H 9_

2

2

5 , 9

6 3 9

4 , 5

1 9 , 7

4 0 8

4 8

7

2 , 6

2

1 5 , 5

7 , 5

2 , 8

1 5 9 4 , 5

H 9

D 1 6 0 H 9_

4

4 3 1 7 0 8 2 1 0

3 9

2 2 8 4 6 5 0 1 8 5

0

4 , 8

5 , 3

9 8 , 3

2 4 , 4

4 , 1

2

5 , 8

2 , 1

3 , 1

1 , 8 1 8 2 9 8 , 7

H 1 0 B 1 6 0

H 1 0_

3

3

0 , 0

T a b l . 3 - C o n c e n t r a t i o n s d e s s e i z e H A P m e s u r é e s s u r é c h a n t i l l o n p r é l e v é d a n s l e s d i x t a r i è r e s s u r l e s i t e d e X .

L a c

o u l e u r d e s c o l o n n e s d o n n e n t l e n o m b r e d e c y c l e s a r o m a t i q u e s ( j a u n

e : 2 c y c l e s , v e r t : 3 c y c l e s ,

b l e u :

4 c y c l e s , r o u g e : 5 c y c l e s , v i o l e t : 6 c y c l e s ) .

46 BRGM/RP-51726-FR



48/94

B R G

M / R P - 5 1 7 2 6 - F R

4 7

0 5 0 0

1 0 0 0

1 5 0 0

2 0 0 0

2 5 0 0

3 0 0 0

3 5 0 0

4 0 0 0

4 5 0 0

criterre brgm couplage géophysique & analyse gaz pour détection polluants- 2002

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