sciences et ingénierie agronomiques, forestières,...

MÉMOIRE

CONFIDENTIEL - expiration le 22 septembre 2014

Présenté par : Violaine PONSIN Dans le cadre de la dominante d’approfondissement : IDEA (Ingénierie de l’Environnement, Eau, Déchets et Aménagements durab les)

Etude de faisabilité de biostimulation in situ sur le site des Coussouls

Pour l’obtention du :

DIPLÔME D’INGENIEUR d’AGROPARISTECH

Cursus ingénieur agronome et du DIPLÔME D’AGRONOMIE APPROFONDIE

Stage effectué du 02/03/2011 au 02/09/2011 A : ICF Environnement 14/30 rue Alexandre 92635 GENNEVILLIERS Enseignant-responsable : Laure VIEUBLE GONOD

Maître de stage : Joachim MAIER

Soutenu le : 22 Septembre 2011

2

Violaine Ponsin Rapport de fin d’étude - Année 2010/2011

REMERCIEMENTS

Je remercie tout d’abord M. Yves BERNHEIM, Président du groupe IRH Environnement et

M. Gérard MARCEAU, Directeur général d’ICF Environnement, pour leur accueil au sein de

l’entreprise.

Un grand merci à Véronique CROZE pour m’avoir proposé ce stage, et la thèse qui suit.

Je tiens à remercier Joachim MAIER, mon maître de stage, pour m’avoir consacré une

partie de son temps, pour ses conseils et ses remarques qui m’ont beaucoup aidé.

Merci aussi à Patrick HOHENER, mon futur directeur de thèse, pour ses remarques

toujours pertinentes et son aide.

Je remercie également Tony DECAUX pour son aide sur le suivi régulier de l’essai pilote.

Un grand merci également à tous les ingénieurs qui m’ont fait partager leur travail de

terrain et leur bonne humeur, et qui ont toujours eu des réponses à mes questions.

3


SOMMAIRE 1. INTRODUCTION ...................................................................................................................... 1 2. PRESENTATION DE L’ENTREPRISE .......................................................................................... 2

2.1. Le Groupe IRH.................................................................................................................. 2 2.2. ICF Environnement .......................................................................................................... 2

2.2.1. Activités et organisation........................................................................................... 2 2.2.2. Certifications ............................................................................................................ 3 2.2.3. Chiffres clé................................................................................................................ 3

3. CONTEXTE............................................................................................................................... 4 3.1. Un accident majeur… ...................................................................................................... 4 3.2. …Dans un contexte exceptionnel. ................................................................................... 5 3.3. Des mesures de gestion qui s’adaptent à l’évolution de la pollution............................. 5

3.3.1. La migration des hydrocarbures dans le sol et dans la nappe ................................. 5 3.3.2. Les opérations de dépollution et de confinement................................................... 6

3.4. L’Atténuation Naturelle comme mesure de gestion à long terme ? ............................ 10 4. CONCEPTION, MISE EN PLACE ET SUIVI DE L’ESSAI PILOTE ................................................. 12

4.1. La conception de l’essai et son dimensionnement ....................................................... 12 4.1.1. Le principe du circuit de pompage réinjection ...................................................... 12 4.1.2. Le choix des traceurs injectés ................................................................................ 13 4.1.3. Configuration du champ d’essai............................................................................. 15 4.1.4. Dimensionnement de l’essai .................................................................................. 16

4.2. Mise en place et description du pilote.......................................................................... 17 4.2.1. Description du pilote .............................................................................................. 17 4.2.2. Mise en place de l’essai.......................................................................................... 18

4.3. Conduite de l’essai ........................................................................................................ 20 4.3.1. Suivi analytique via le préleveur automatique ...................................................... 20 4.3.2. Suivi analytique via les prélèvements manuels ..................................................... 21 4.3.3. Vérification du fonctionnement du système ......................................................... 23

5. RESULTATS DE L’ESSAI ET DISCUSSION ................................................................................ 24 5.1. Résultats du suivi de pompage...................................................................................... 24

5.1.1. Suivi de la boucle de pompage/réinjection............................................................ 24 5.1.2. Evolution du niveau piézométrique ....................................................................... 25 5.1.3. Débit moyen dans la boucle ................................................................................... 28

5.2. Résultats du suivi analytique......................................................................................... 28 5.2.1. Essai de traçage instantané.................................................................................... 29 5.2.2. Essai de traçage continu......................................................................................... 30

5.3. Interprétation et discussion des résultats..................................................................... 34 5.3.1. Calcul de la vitesse maximale dans la boucle......................................................... 34 5.3.2. Taux de restitution des traceurs ............................................................................ 35 5.3.3. Quantités de nitrate et de polluants dégradés ...................................................... 39 5.3.4. Comparaison avec les bilans d‘atténuation naturelle précédents ........................ 42 5.3.5. Précision des résultats d’analyse ........................................................................... 43

5.4. Application à grande échelle ......................................................................................... 43 CONCLUSION ............................................................................................................................ 45 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ............................................................................................ 46

4


LISTE DES TABLEAUX ET FIGURES

Figure 1 : Localisation des agences ICF Environnement............................................................. 2 Figure 2 : Localisation du site de l'accident................................................................................ 4 Figure 3 : Vue aérienne prise le 11 août 2009............................................................................ 4 Figure 4 : Photographie prise par un gardien de la Réserve Naturelle ...................................... 4 Figure 5 : Coupe du sous-sol au niveau d'une ancienne carrière située à 1 km du site ............. 5 Figure 6 : Répartition des fractions aliphatiques et aromatiques de l'eau souterraine (Pz 2)

par comparaison avec la coupe TPH (Total Petroleum Hydrocarbons) du produit pur ............. 6 Figure 7 : Schéma illustrant le mécanisme d'infiltration............................................................ 6 Figure 8 : Chronologie des actions menées pour traiter la pollution ......................................... 7 Figure 9 : Auto inflammation des sols pollués à l'excavation .................................................... 7 Figure 10 : Plan du site et étendue supposée de la lentille de flottant au 11 avril 2011 ........... 9 Figure 11 : Concentration en HCT (Hydrocarbures Totaux) et principaux accepteurs

d'électrons à travers le panache de pollution .......................................................................... 10 Figure 12 : Schéma théorique d'écoulement de la nappe dans une configuration de

pompage/réinjection ................................................................................................................ 12 Figure 13 : Chaîne respiratoire du nitrate ................................................................................ 14 Figure 14 : Plan de configuration du champ d'essai ................................................................ 16 Figure 15 : Schéma théorique du montage expérimental ........................................................ 18 Figure 16 : Cuves et préleveur automatique. ........................................................................... 19 Figure 17 : Prélèvement d'eau dans un puits de suivi .............................................................. 22 Figure 18 : Evolution du niveau d'eau dans Pz 21 et Pz 25 durant l'essai. ............................... 26 Figure 19 : Evolution du niveau d'eau dans des puits en aval et en amont de la barrière

hydraulique............................................................................................................................... 27 Figure 20 : Débit moyen dans la boucle de pompage/réinjection ........................................... 28 Figure 21 : Concentration en uranine et quantité d'uranine restituée .................................... 29 Figure 22 : Evolution des concentrations en ions en sortie depuis le début de l'essai ............. 30 Figure 23 : Evolution de la concentration en sulfate en sortie depuis le début de l'essai........ 31 Figure 24 : Evolution des concentrations en polluants majoritaires par famille dans le puits de

pompage................................................................................................................................... 33 Figure 25 : Evolution de la concentration en ions hydrogénocarbonates dans les différents

puits .......................................................................................................................................... 34 Figure 26 : Schématisation des flux dans la boucle.................................................................. 35 Figure 27 : Bilan massique et taux de restitution pour le nitrate et le bromure ...................... 38 Figure 28 : Modélisation de l'évolution des concentrations en bromure en nitrate après l'arrêt

de la pompe doseuse ................................................................................................................ 41

Tableau 1 : Quantités de traceurs injectées ............................................................................. 17 Tableau 2 : Concentrations en traceurs dans la solution souche ............................................. 20 Tableau 3 : Calcul de la vitesse maximale dans la boucle ........................................................ 35 Tableau 4 : Quantité de nitrate dégradée calculée par un bilan global .................................. 39 Tableau 5 : Equations des courbes de tendance pour le bromure et le nitrate ....................... 40 Tableau 6 : Quantités d'hydrocarbures dégradés dans la boucle selon les deux méthodes.... 42

1

Violaine Ponsin Rapport de fin d’étude - Année 2010/2011 1

1. INTRODUCTION

Le 7 août 2009, un oléoduc appartenant à la société SPSE (Société du Pipeline Sud-

Européen) s’est rompu au cœur de la Réserve Naturelle des Coussouls de Crau, entraînant

un déversement de 4800 m3 de pétrole brut sur environ 5 ha. Les opérations de dépollution

ont commencé le jour même. L’ensemble des coûts engendrés pour SPSE par l’accident

dépasse les 50 millions d’euros, qu’ils soient liés à la dépollution, aux pertes causées par

l’interruption d’exploitation du pipeline ou aux dédommagements versés. La pollution a

atteint la nappe phréatique et une lentille de produit flottant s’est formée.

La dépollution des sols, qu’elle ait lieu dans le cadre d’une cessation d’activité ou d’une

vente, répond la plupart du temps à des objectifs chiffrés à atteindre au terme des

opérations de dépollution. Sur le site impacté, il n’existe pas de tels d’objectifs du fait de la

localisation du site et du faible risque pour la santé humaine, une Réserve étant par

définition un lieu très peu fréquenté. La principale menace aujourd’hui vient du panache de

polluants dissous dans la nappe, issu de la dissolution des fractions solubles provenant de la

lentille de flottant.

Les techniques de récupération du produit flottant dans la nappe utilisées actuellement

ont montré leurs limites et ne permettent pas de stopper la réalimentation de la nappe en

polluants solubles. Des études sur site ont montré un fort potentiel d’Atténuation Naturelle

du panache dissous : elle pourrait être envisagée comme une solution de gestion des risques

à long terme. Dans l’hypothèse où cette solution ne serait pas envisageable, une alternative

est proposée : l’Atténuation Naturelle Dynamisée ou biostimulation, qui consiste à apporter

à la flore indigène les nutriments qui lui manque pour une dégradation efficace du pétrole.

L’étude de faisabilité de biostimulation in situ sur le site des Coussouls de Crau fait l’objet de

ce rapport. Il s’agit d’étudier la mise en place et le suivi d’une telle opération, mais aussi son

intérêt pour une gestion à long terme des risques liés au panache dissous via une

quantification des masses de polluants et de nutriments consommés.

Après une présentation d’ICF Environnement, entreprise au sein de laquelle s’est déroulé

mon stage, ce rapport présente le contexte dans lequel s’est produit l’accident ainsi que les

différentes mesures de gestion mises en œuvre jusqu’à aujourd’hui. Dans un second temps,

la conception et la mise en en place de l’essai pilote sont décrits. Enfin, une analyse des

premiers résultats obtenus est proposée.

2


2. PRESENTATION DE L’ENTREPRISE

2.1. Le Groupe IRH

Le groupe IRH Environnement est composé de trois sociétés indépendantes :

• IRH Ingénieur Conseil, cabinet de consultants en environnement regroupant les

activités d’études, de maîtrise d’œuvre, de prélèvements, mesures et contrôles

réglementaires. Son activité d’étude et de conseil s’étend à différents domaines tels

que les aménagements urbains liés à l’eau, la pollution de l’eau et de l’air, ou encore

les ressources en eau et énergie.

• IDRHO, société spécialisée dans le traitement des eaux et des fluides industriels (eaux

brutes, eaux résiduaires, circuits de réfrigération, chaufferies industrielles et

applications process).

• ICF Environnement, bureau d’étude spécialisé dans la gestion des sites et sols pollués

proposant des services de conseil, d’étude et de travaux de dépollution. La société est

présentée plus en détail dans le paragraphe suivant.

En 2010, le groupe IRH Environnement comportait un effectif de 325 personnes (docteurs,

ingénieurs et techniciens) et disposait de 14 implantations représentées sur toute la France.

Le groupe est détenu à 60% par son Président-Directeur Général, Yves Bernheim, à 20%

par CIC Finance et à 20% par le groupe Crédit Agricole Private Equity. Cette répartition

souligne la volonté d’indépendance du Groupe IRH Environnement notamment dans ses

activités de conseil par rapport aux opérateurs de traitement dans les domaines de l’eau,

l’air, des sols pollués et des déchets.

2.2. ICF Environnement

La société ICF Environnement (Inner City

Found) est née en 1991 suite à la fusion des

sociétés Spie Batignolles et ICF Kaiser. La

première agence ouverte est l’actuel siège

social basé à Gennevilliers (92). De

nombreuses agences ont depuis été ouvertes

partout en France (Figure 1). La fédération

des sociétés ICF Environnement et IRH

Environnement (société créée en 1953) a eu

lieu en 2003. La filiale IDRHO est née en 2007.

2.2.1. Activités et organisation

ICF Environnement est constitué de trois

départements aux activités distinctes :

• le département Conseil, qui réalise du

conseil en environnement pour

l’industrie et l’immobilier à l’aide de

travaux tels que des études

Figure 1 : Localisation des agences ICF Environnement

(Plaquette ICF Environnement)

3


réglementaires (dossier de demande d’autorisation d’exploitation, dossier de

déclaration ICPE, audit de conformité à l’arrêté préfectoral) ou des audits de cession-

acquisition.

• le département Etudes-Ingénierie, au sein duquel s’est déroulé ce stage, qui a pour

objectif de dresser un constat factuel de l’état environnemental d’un site et qui peut

mettre en place des démarches telles que :

- L’étude historique et l’étude documentaire, qui visent à identifier

d’éventuelles pollution liées aux activités antérieures ayant eu lieu sur site et

à évaluer la vulnérabilité des milieux susceptibles d’être contaminés par des

pollutions ;

- Le diagnostic des sols et des eaux, qui vise à caractériser les pollutions

réellement présentes sur site ;

- L’Interprétation de l’Etat des Milieux, qui vise à vérifier la compatibilité entre

l’état du milieu et l’usage qui en est fait ;

- L’Evaluation Quantitative des Risques Sanitaires, qui vise à quantifier les

risques liés à une pollution par rapport aux usages futurs du site ;

- Le Plan de gestion, qui définit des modalités de réhabilitation et

d’aménagement d’un site pollué ;

- La Modélisation hydrogéologique.

• le département Travaux, qui met en œuvre les techniques de dépollution les plus

adaptées en fonction du contexte d’intervention, pour le traitement des pollutions

accidentelles ou chroniques, depuis la conception jusqu’aux travaux (pilote en

laboratoire et in-situ, venting, oxydation chimique, phyto-fixation, traitement

biologique, etc.).

2.2.2. Certifications

ICF Environnement possède les accréditations suivantes :

• ISO 9001 (norme relative au système de gestion de la qualité) ;

• MASE (Manuel d’Amélioration Sécurité des Entreprises) ;

• COFRAC (Comité Français d’Accréditation) et OPQIBI (Organisme de Qualification de

l’Ingénierie) ;

La société est également un des membres fondateurs de l’UPDS (Union Professionnelle des

entreprises de Dépollution des Sites). L’UPDS a développé une qualification professionnelle,

QUALIPOL, qui certifie les activités des professionnels de la dépollution des sites exerçant

une activité d’ingénierie. ICF Environnement est accrédité des certifications QUALIPOL

Ingénierie et QUALIPOL Travaux.

2.2.3. Chiffres clé

Le chiffre d’affaire d’ICF Environnement en 2010 a été de 13,9 M€ pour un budget de 13,5

M€. Le département Etudes-Ingénierie représente 30% de ce chiffre d’affaire avec un

montant de 4,1 M€. En 2010, l’entreprise comptait 100 salariés répartis sur toute la France.

4


3. CONTEXTE

3.1. Un accident majeur…

La rupture d’un pipeline de pétrole brut (d’un diamètre de 40 ’’, soit environ 1 m) de la

SPSE (Société du Pipeline Sud-Européen) s’est produite le 7 août 2009 au cœur de la Réserve

Naturelle des Coussouls de Crau, localisée sur la Figure 2. Ce pipeline relie initialement le

parc de stockage de Fos-sur-Mer (13) au terminal de livraison d’Oberhoffen-sur-Moder (67).

Figure 2 : Localisation du site de l'accident

(Source : Géoportail) Les zones vert foncé représentent la Réserve Naturelle des Coussouls de Crau.

Malgré la fermeture immédiate des vannes de sécurité suite à la chute de pression dans le

pipeline, la fuite a entraîné en peu de temps un déversement superficiel de pétrole sur une

surface de 4,5 hectares, en s’écoulant suivant la topographie du terrain, en particulier selon

les voies préférentielles que sont les chemins (Figure 3 et 4). Sur site, des flaques de pétrole

sont restées visibles jusqu’à 36 heures après la rupture. Suite à la propagation latérale, le

pétrole s’est infiltré dans les cailloutis de surface. Selon le bilan établi par SPSE, un volume

de pétrole d’environ 4 800 m3 s’est répandu (rapport ICF AIX-09-098-IL F V1).

Figure 3 : Vue aérienne prise le 11 août 2009

(source inconnue)

Figure 4 : Photographie prise par un gardien de la

Réserve Naturelle

(site internet de la Réserve, © RNCC/CEEP)

Site

5


3.2. …Dans un contexte exceptionnel.

La Réserve Naturelle des Coussouls de Crau, impactée par la fuite, s’étend sur 7400 ha

morcelés sur la plaine de la Crau (Figure 2). Elle abrite l’une des dernières steppes d’Europe,

qui doit son visage actuel au pastoralisme (élevage ovin extensif) qui perdure dans la région.

La particularité de ce milieu est tributaire d’un équilibre fragile : sans le pâturage annuel des

troupeaux, la végétation des Coussouls évoluerait et perdrait de sa diversité, et de

nombreuses espèces comme le ganga ou le criquet de Crau disparaîtraient

(http://www.reserve-crau.org/). La Réserve fait partie du site Natura 2000 Crau Centrale –

Crau Sèche crée en janvier 2010 (arrêté du 22 janvier 2010).

Le site se situe dans la Crau de Miramas, qui

correspond à la partie Sud et Est de l’ancien delta

de la Durance dans le département des Bouches-

du-Rhône. Les forages au droit du site ont montré

que les terrains rencontrés sont constitués d’une

alternance de cailloutis cimentés (poudingue) et de

cailloutis formés de galets et d’une matrice sablo-

graveleuse plus ou moins limoneuse (Figure 5)

(rapport ICF AIX-09-098-IL F V1).

La nappe de la Crau, qui est présente au droit du

site à 9 m de profondeur, a une superficie d’environ

520 km2. Il s’agit d’une ressource stratégique : dans

le SDAGE du Bassin Rhône-Méditerranée-Corse, la

plaine de Crau est classée parmi « les aquifères

patrimoniaux fortement sollicités et dont

l’altération poserait des problèmes immédiats pour

les importantes populations qui en dépendent » (Aquifères et Eaux Souterraines en France,

2006). Plus de 1200 points d’eau y sont en effet implantés, la plupart pour AEP (60 %), le

reste se partageant entre usages agricoles (nombreux vergers) et industriels. Le point

d’accès à la nappe le plus proche du site est le puits de Figuière, utilisé pour l’abreuvage des

moutons, situé à environ 1300 m au Sud-Ouest (rapport ICF AIX-09-098-IL F V1).

3.3. Des mesures de gestion qui s’adaptent à l’évolution de la

pollution

3.3.1. La migration des hydrocarbures dans le sol et dans la nappe

Le poudingue ne peut pas être considéré comme une barrière géologique imperméable. Il

existe en effet localement une grande variation dans la capacité d’infiltration. Lors de la

fuite, le pétrole s’est étalé sur la première couche de poudingue puis a continué sa migration

verticale par des voies d’écoulements préférentielles jusqu’à la nappe, où il a formé une

lentille. La taille de cette lentille est aujourd’hui équivalente à celle de la zone impactée en

surface lors de l’accident (cf. Figure 10, page 9) (rapport ICF AIX-09-098-IL F V1).

Le panache de polluants dissous observé actuellement est issu de la solubilisation des

composés pétroliers en contact direct avec l’eau souterraine. La répartition des fractions

aliphatiques et aromatiques dissoutes dans l’eau de la nappe reflète les différences de

solubilité par fraction : les composés les plus légers, c’est-à-dire ceux possédant un faible

Figure 5 : Coupe du sous-sol au niveau d'une

ancienne carrière située à 1 km du site

6


nombre de carbones, sont les plus solubles. Les fractions dominantes dans l’eau sont les

fractions C5-C8 pour les composés aliphatiques et C6-C12 pour les composés aromatiques,

parmi lesquelles des molécules telles que le benzène (Figure 6) (rapport ICF AIX-09-098-IG –

N-ANS1/V1).

> C

5-6

> C

6-8

> C

8-10

> C

10-1

2

> C

12-1

6

> C

16-2

1

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5

> C

6-8

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> C

10-1

2

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12-1

6

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16-2

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21-3

5

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25

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ns

(%)

du

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ratio

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µg/l)

des

frac

tions

dis

sout

es

Produit pur (Oct. 2009)

Eau - PZ 2 (Avr.2010)

Fractions aliphatiques Fractions aromatiques

Figure 6 : Répartition des fractions aliphatiques et aromatiques de l'eau souterraine (Pz 2) par comparaison

avec la coupe TPH (Total Petroleum Hydrocarbons) du produit pur

(source : rapport ICF AIX-09-098-IG –N-ANS1/V1) le produit brut est majoritairement composé d’aliphatiques.

La plus grosse partie de la pollution se trouve aujourd’hui dans la zone non saturée. Cette

fraction est très peu mobile car il s’agit d’une saturation résiduelle. Par conséquent,

l’extension de la lentille arrive à son terme. Les hydrocarbures se trouvant dans la zone de

battement de la nappe sont en revanche plus mobiles et alimentent le panache de polluants

par dissolution (Figure 7) (rapport ICF AIX-09-098-IG-N-ANS3/VP1).

Figure 7 : Schéma illustrant le mécanisme d'infiltration.

Les ronds blancs représentent 4 autres pipelines présents au droit du site.

3.3.2. Les opérations de dépollution et de confinement

L’ensemble des opérations s’est déroulé en concertation avec tous les acteurs concernés

par cette pollution : la DREAL, la Police de l’Eau, la Réserve Naturelle et son conseil

Poudingue

Cailloutis

Flottant Panache

dissous

Pétrole

Zone de

battement de la

nappe

=

Alimentation du

panache dissous

7


scientifique, le Syndicat Mixte d'Etude et de Gestion de la Nappe Phréatique de la Crau, les

collectivités locales, le propriétaire du site (le Conseil Général des Bouches du Rhône), les

experts et contre experts techniques et judiciaires.

SPSE a fait appel à ICF Environnement pour l’assister dans les études de conception,

l’ingénierie des travaux de dépollution et le suivi environnemental du site. Certaines des

opérations ont été sous-traitées à SERPOL, entreprise de dépollution des sols.

La Figure 8 représente un déroulé des actions mises en place sur le site suite à la rupture

du pipeline.

Les opérations de récupération du pétrole par SPSE (1) ont commencé en fin de matinée le

jour même et ont duré environ 36h. Le pétrole libre répandu sur le sol, ainsi que le produit

résiduel situé au fond de la canalisation, ont été pompés à l’aide de pompes mobiles

équipées de citernes (hydrocureurs).

Dans une logique de récupération maximale du produit avant infiltration de celui-ci, le

décaissement des terres souillées (2) a commencé moins de 15 jours après l’accident. 46 000

tonnes de terre contenant environ 3150 tonnes de pétrole ont été retirées. Les terres ont

été décapées jusqu’à la première couche de poudingue. L’ensemble des terres a été évacué

vers la plateforme multimodale de Bellegarde. Ces opérations ont été réalisées dans des

conditions strictes de sécurité en raison des risques sanitaires, d’explosion, et d’incendie. Par

conséquent, des pompiers étaient en permanence présents lors de l’excavation en raison de

phénomènes d’auto inflammation des terres polluées (Figure 9).

Figure 8 : Chronologie des actions menées pour traiter la pollution

Figure 9 : Auto inflammation des

sols pollués à l'excavation

(ICF Environnement)

8


Un réseau de surveillance de la nappe (3) a été mis en place suite a un arrêté préfectoral

fixant, entre autres mesures, le suivi de la nappe. Constitué initialement de 7 piézomètres, il

en compte aujourd’hui une vingtaine faisant l’objet d’un suivi mensuel du niveau et de la

qualité des eaux souterraines, ainsi que de la propagation du panache des polluants dissous.

Afin de récupérer la phase flottante et de limiter son étalement, un système de pompage-

écrémage a été mis en place (4) sur les puits impactés. Il est constitué de deux pompes : la

première pompe l’eau qui est ensuite traitée sur charbon actif, la seconde pompe la phase

flottante (écrémage) qui est stockée dans une cuve puis envoyée en filière d’élimination. Les

puits sont équipés de ce système lorsque du flottant y est détecté (21 puits actuellement).

Une barrière hydraulique (5) a été installée à titre préventif, pour éviter toute fuite vers

l’aval. Elle est constituée de 11 puits de pompage, en aval de la zone de déversement, d’une

station de traitement par charbon actif des eaux pompées et de 5 puits de ré-infiltration des

eaux traitées. La zone impactée fonctionne ainsi en circuit fermé, et une migration du

panache des polluants dissous est rendue impossible. Le confinement hydraulique et le

système de pompage-écrémage ont été choisis car ce sont deux techniques robustes et

éprouvées pour les pollutions par hydrocarbures pétroliers.

Le système de pompage-écrémage et la barrière hydraulique ont été installés et sont

opérés par la société SERPOL. Depuis l’installation du système de pompage-écrémage, un

total de 12 325 L d’hydrocarbures en phase pure a été récupéré sur l’ensemble des puits

équipés, soit moins de 0,1 % de la quantité déversée initiale. 140 300 m3 d’eau en

provenance des puits de pompage-écrémage ont été traités par charbon actif, ainsi que

260 250 m3 en provenance de la barrière hydraulique (total au 2 mai 2011, Compte-Rendu

SERPOL n°22). La masse de pétrole restante, calculée sur la base de 10 forages carottés, est

estimée à plus ou moins 5100 tonnes (produit dans le sol et dans la phase flottante). Cette

estimation tient compte de l’incertitude liée à l’hétérogénéité de la répartition du produit

résiduel au niveau de la zone non saturée.

La zone excavée a été récemment remblayée (6). Le chantier de recouvrement a consisté à

transférer en flux tendus du Coussoul vierge disponible sur un carreau d’exploitation d’une

carrière proche. Il s’agit d’apporter un matériau le plus proche possible du matériau original

afin de recréer le milieu et de recouvrir la zone excavée tout en permettant l’infiltration des

eaux de pluie. Une thèse de doctorat visant à étudier l’évolution de ce milieu nouvellement

crée vient de débuter.

Outre la dépollution, ICF a fait de nombreuses études sur le site :

- Une synthèse géologique et hydrogéologique du site, ainsi qu’une évaluation

quantitative de l’impact sur la ressource en eau (modélisation) ;

- Une Evaluation des Risques Sanitaires ;

- Un bilan coûts/avantages des différentes techniques de dépollution ;

- Deux campagnes d’investigations sur site visant à évaluer la faisabilité d’une gestion de

la pollution des eaux souterraines par l’atténuation naturelle.

Certains des résultats de ces études sont présentés dans ce rapport.

La Figure 10 illustre le plan actuel des installations de traitement sur site. Un certain

nombre de piézomètres de surveillance situés à l’amont et à l’aval, dont certains à plusieurs

centaines de mètres, ne sont pas dans l’emprise de la carte.

9


Figure 10 : Plan du site et étendue supposée de la lentille de flottant au 11 avril 2011

(Compte-Rendu SERPOL n°22)

La zone saumon représente la zone de déversement en surface et le carré vert situé entre Pz 21 et PZ 20

correspond à la station de traitement SERPOL

10


3.4. L’Atténuation Naturelle comme mesure de gestion à long terme ?

Une campagne de mesures visant à évaluer le potentiel d’atténuation naturelle a été

réalisée en avril 2010.

Cette étude a montré l’existence d’un zonage d’oxydo-réduction au niveau du panache de

polluants dissous avec comme processus dominant la sulfato réduction (Figure 11). Ce

zonage est l’expression d’une séquence des processus d’oxydo-réduction, c’est-à-dire de

transfert d’électrons depuis des donneurs vers des accepteurs, lié au développement

microbien dans la nappe polluée. Les hydrocarbures pétroliers, et de manière générale la

matière organique, constitue les donneurs d’électrons. Les microorganismes dépendent de

la présence d’accepteurs d’électrons tels que l’oxygène, les nitrates ou les sulfates dans le

milieu naturel pour la production d’énergie et la croissance cellulaire.

Pz 101Pz 11Pz 46Pz 47Pz 25PZ 21Pz 2Pz 20Pz 39

0

20

40

60

80

Su

lfat

e (m

g/l)

0

2

4

6

Con

cent

ratio

ns O

2, F

e+M

n, H

CT

(mg/

l)

HCT02

SO4

Mn+Fe

Figure 11 : Concentration en HCT (Hydrocarbures Totaux) et principaux accepteurs d'électrons à travers le

panache de pollution

(rapport ICF AIX-09-098-IG –N-ANS1/V1)

Des analyses microbiologiques effectuées sur des prélèvements d’eau lors de la campagne

de mesure d’avril 2010 ont permis d’identifier la flore prédominante parmi les

microorganismes cultivables. Il s’agit des sulfatobactéries et de flores aérobies (+ anaérobies

facultatives). Dans une moindre mesure, des colonisations en ferrobactéries et en flores

fongiques (levures et moisissures) ont été identifiées. Les plus fortes colonisations trouvées

correspondent à des conditions favorables pour la biodégradation avec une abondance

simultanée de sources carbonées et d’accepteurs d’électrons (rapport ICF AIX-09-098-IG –N-

ANS1/V1).

11


Un bilan massique de biodégradation, basé sur la consommation mesurée sur site des

principaux accepteurs d’électrons et le flux d’eau souterraine, a été réalisé (détail des calculs

et hypothèses en Annexe 1). Selon ce bilan massique la capacité de biodégradation s’élève

au total à 1,2 kg d’hydrocarbures par jour ou 440 kg/an. Ce bilan, basé sur des hypothèses

simplificatrices et ne prenant pas en compte ni la diversité des polluants ni leur plus ou

moins grandes biodégradabilité et biodisponibilité, montre néanmoins un potentiel de

biodégradation intéressant au regard des quantités de pétrole en jeu (rapport ICF AIX-09-

098-IG –N-ANS1/V1).

Une seconde campagne réalisée en novembre 2010 a confirmé le potentiel mis en

évidence lors de la campagne précédente et a montré une dynamisation de la

biodégradation liée à l’écoulement forcé crée par la boucle de pompage réinjection (rapport

ICF AIX-09-098-IG-N-ANS3/VP1).

Le maintien de la barrière hydraulique en aval de la zone de déversement avec pompage et

traitement des eaux souterraines, ainsi que le système de pompage-écrémage, sont des

mesures temporaires (court et moyen terme). Le pompage-écrémage ne permet en effet de

récupérer que la fraction mobile du pétrole et il implique le maintien d’installations. Cette

technique n’a pas de conséquence sur le transfert de pollution dans la nappe : la pollution

résiduelle est suffisante pour alimenter le panache par solubilisation des produits pendant

de nombreuses années (rapport ICF AIX-09-098-IS K V1). Ces choix techniques ont donc été

faits dans l’attente de la validation d’une solution à long terme. En outre, une excavation

complète des zones impactées est techniquement irréalisable en raison de la présence des

pipelines, des volumes de sol en jeu et des contraintes du milieu. L’enlèvement total des

sources de pollution n’étant pas faisable, il faut trouver une solution de maîtrise des impacts

sur le long terme.

L’Atténuation Naturelle sous Surveillance (ANS) est une option de traitement et de

confinement de la pollution à long terme actuellement envisagée aux vues des résultats des

campagnes de mesure citées plus hauts. Dans le cas où l’ANS ne serait pas considérée ou

acceptée comme une option suffisante de gestion des risques, d’autres mesures plus

interventionnistes, telles que l’Atténuation Naturelle Dynamisée ou biostimulation, sont à

envisager. La disponibilité insuffisante des accepteurs d’électrons étant généralement le

facteur limitant pour la biodégradation, et c’est le cas ici, le but est d’en apporter en

quantité suffisante. L’essai pilote de biostimulation, qui fait l’objet de ce rapport, a un

objectif de démonstration in situ et vise à acquérir les données nécessaires à l’évaluation de

la faisabilité technique et économique de ce procédé pour une éventuelle mise en œuvre

dans le cadre de la gestion globale de la pollution des eaux souterraines du site.

12


4. CONCEPTION, MISE EN PLACE ET SUIVI DE L’ESSAI PILOTE

4.1. La conception de l’essai et son dimensionnement

4.1.1. Le principe du circuit de pompage réinjection

L’essai pilote réalisé est constitué d’un puits de pompage et d’un puits d’injection dans

lequel sont réinjectées les eaux pompées (Figure 12). Il s’agit donc d’une boucle qui

fonctionne en circuit fermé. L’intérêt d’un tel système tient au fait que :

- La circulation forcée créée permet de contrôler la trajectoire de l’eau souterraine

et de s’affranchir des difficultés liées à la hétérogénéité de l’aquifère ainsi qu’à la

variabilité du sens et de la vitesse d’écoulement ;

- Les conditions d’écoulement constantes et contrôlées permettent d’obtenir des

taux de récupération optimisés des traceurs injectés, ce qui accroît la précision des

résultats et diminue d’autant les rejets à l’extérieur du système (création d’une

boucle théoriquement fermée).

Puits de pompage

Puits de réinjection

0 10 20 30 40 5050 m

Isopièzes

Lignes de courant

Emprise de l'essai

Figure 12 : Schéma théorique d'écoulement de la nappe dans une configuration de pompage/réinjection

(protocole ICF pour la réalisation d’un essai pilote de biostimulation in situ)

Ce principe de pompage/réinjection a auparavant été mis en œuvre lors d’essais de

biostimulation, avec des résultats prometteurs. Ainsi, Iwamoto et al (2000) ont testé un tel

système sur un site pollué par du trichloréthylène (TCE) à hauteur de 200 µg/L, dans lequel

ont été successivement injectés de l’oxygène (30 mg/L) et des sels (KNO3 et KH2PO4, 30 et 15

mg/L) pendant environ 3 mois. Une diminution de la concentration en TCE a été observée

durant l’essai (chute de 200 µg/L à 160 µg/L). Elle est cependant revenue à sa valeur initiale

après l’arrêt du système du fait de la réalimentation par les zones non traitées. Nyyssönen et

al (2009) ont quant à eux enrichi en nutriments l’eau pompée d’une nappe polluée par des

HAP à 4 et 5 cycles (en aval), réputés difficilement biodégradables, avant de la réinjecter en

amont. L’eau était amendée à raison d’1 g/L d’azote et phosphate (ratio d’1 mole de

13


NH4H2PO4 pour 3 moles de KNO3). La quantité totale de HAP dans la zone d’essai est passée

d’une valeur moyenne de 98 µg/L à une valeur moyenne de 59 µg/L.

Le système de pompage/réinjection est également utilisé pour d’autres applications, et

notamment la mesure de paramètres in situ. Il a été utilisé pour mesurer la conductivité

hydraulique d’un aquifère (Goltz et al, 2008), le flux de masse de contaminant dans un

aquifère (Goltz et al, 2009), ou encore des constantes de réaction de dégradation (Burbery

et Wang, 2010).

4.1.2. Le choix des traceurs injectés

L’accepteur d’électrons choisi pour cet essai est le nitrate, apporté sous forme de sel

(NaNO3). Outre le nitrate, qui est destiné à être consommé par les microorganismes présents

dans la nappe, un traceur conservatif est injecté, le bromure, et un amendement en

phosphate est fait. Ces composés sont injectés en continu au cours de l’essai. Enfin, de

l’uranine, traceur conservatif fluorescent, est utilisé pour la réalisation d’un essai de traçage

par injection instantanée.

4.1.2.1. Le nitrate et la dénitrification

Le nitrate est un accepteur d’électrons intéressant pour cet essai :

- Il est très soluble : on peut dissoudre 921 g/L de NaNO3 dans une eau à 25°C

(Handbook of chemistry and physics). Par comparaison, la concentration en

oxygène à saturation dans une eau à 25°C est de 8,11 mg/L d’après la table de

Truesdale, qui donne la saturation en O2 en fonction de la température. D’un point

de vue énergétique, le nitrate est moins intéressant que l’oxygène (mais plus que le

sulfate : le couple SO42-

/SO2 a un potentiel d’oxydoréduction de 170 mV) mais ceci

est compensé par le fait qu’on puisse l’apporter en plus grande quantité.

- Il n’est pas retenu par les sols.

- Un apport de nitrate est facile à mettre en œuvre, ce qui n’est pas forcément le cas

d’un apport d’oxygène, selon la méthode utilisée. Le nitrate, apporté sous forme de

sel, est préalablement dissous avant injection.

Une fois assimilé par la cellule bactérienne, le nitrate peut suivre deux voies : la

dénitrification, mais il peut aussi entrer dans la voie du métabolisme de synthèse (cette voie

est essentielle pour les plantes, mais aussi pour certaines bactéries). La dénitrification, qui

est la réaction d’intérêt pour cet essai, est réalisée par des bactéries aérobies/anaérobies

facultatives : elles utilisent l’oxygène du milieu comme accepteur d’électrons en conditions

aérobies, mais sont capables de le remplacer par du nitrate en anoxie.

Le bilan de la réaction s’écrit de la façon suivante :

5 CH2 + 6 NO3- + 6 H

+ � 5 CO2 +3 N2 + 8 H2O

Lors de la dénitrification, le nitrate est réduit par une enzyme, la nitrate réductase, qui fait

partie d’une chaîne respiratoire au sein de laquelle le nitrate est l’accepteur final d’électrons

(Figure 13).

14


Figure 13 : Chaîne respiratoire du nitrate

(www.ac-grenoble.fr/)

Les électrons et protons initialement pris en charge par des coenzymes (NAD+ et FMN) lors de l'oxydation de

la matière organique vont être transférés sur une chaîne de transporteurs membranaires formée par des

complexes protéiques (quinone, cytochrome b). Ces transferts se font par une succession de réactions

d’oxydoréduction jusqu’à l’accepteur final, qui est ici le nitrate. Ces multiples réactions d'oxydoréduction

permettent la création d'un gradient électrochimique de part et d'autre de la membrane ; une enzyme

membranaire, l'ATP synthétase, utilise ce gradient pour produire de l'ATP

L’énergie fournie via cette chaîne à l’organisme dépend de la différence de potentiel

d’oxydoréduction entre le donneur d’électrons (il s’agit ici des hydrocarbures) et l’accepteur

d’électrons. L’oxygène ayant un potentiel d’oxydoréduction supérieur au nitrate (potentiel

du couple O2/H2O : 820 mV ; potentiel du couple NO3-/NO2

- : 430 mV), la différence de

potentiel entre accepteur et donneur est plus grande en aérobiose. Il en résulte une chaîne

respiratoire plus longue, qui libère plus d’énergie sous forme d’Adénosine Triphosphate

(ATP). Par conséquent, en condition aérobie, les bactéries ont tout intérêt à consommer

l’oxygène plutôt que le nitrate dans leur milieu. Ceci se traduit par un effet inhibiteur de

l’oxygène sur la dénitrification.

Outre l’oxygène, les intermédiaires produits au cours de la dénitrification ont un rôle

important dans la régulation du processus. Dans des réacteurs à flux agité, Francis et Mankin

(1976) ont montré que la dénitrification est plutôt inhibée pour des concentrations en

nitrate supérieures à 6 g/L. Il semblerait que cette inhibition soit due à une accumulation de

nitrite dans le milieu. En effet, plusieurs études ont montré que le nitrite peut bloquer la

réaction, à des concentrations parfois basses, de l’ordre de 30 mg/L (Glass et Siverstein,

1997). Enfin, l’ammonium inhibe l’assimilation de nitrate très rapidement et à très faible

quantité (0,1 µg N/g sol) dans les sols (Rice et Tiedje, 1988). De manière générale,

l’ammonium est assimilé prioritairement par les organismes par rapport aux autres formes

azotées dans le métabolisme de synthèse.

4.1.2.2. Le phosphate

Le phosphate, apporté sous forme de NH4H2PO4, est un nutriment essentiel pour la

croissance des populations microbiennes. Son apport a pour but de stimuler la croissance

bactérienne au démarrage de l’essai. L’aquifère de la Crau est en effet considéré comme

naturellement pauvre en phosphate. En outre, une carence en phosphate peut inhiber la

dégradation bactérienne.

15


4.1.2.3. Le bromure

Le bromure Br- est fréquemment utilisé en hydrogéologie pour des essais de traçage. Les

conditions requises pour l’utilisation de traceurs sont l’innocuité pour l’être humain et

l’environnement et l’absence de charges polluantes résiduelles dans les eaux de nappe après

l’essai (utilisation de traceurs artificiels en hydrogéologie, guide pratique).

Ses propriétés rendent son utilisation très intéressante. Il n’intervient dans aucune

réaction d’oxydoréduction, ne précipite pas, sa tendance à l’adsorption sur des matrices

minérale ou organique est très faible et il est très soluble (733 g/L dans une eau à 20°C,

Handbook of chemistry and physics). Du point de vue analytique, sa limite de détection est

basse, sa quantification aisée et son analyse peu coûteuse.

L’utilisation du chlorure, qui est également un traceur fréquemment utilisé, aurait été

délicate sur le site du fait d’un fond géochimique déjà important (de l’ordre de 16 mg/L), ce

qui n’est pas le cas du bromure (non détecté lors des analyses antérieures à l’injection).

Le bromure fait office de « traceur témoin », non consommé par les bactéries,

contrairement au nitrate. Il va permettre de déterminer la dilution subie dans la boucle et

les quantités de nitrate consommées par les micro-organismes (rapport des concentrations

en bromure et nitrate). Le bromure a été apporté sous forme de sel, NaBr.

4.1.2.4. L’uranine AP (fluorescéine sodique)

L’uranine, de formule Na2C20H10O5, est le traceur fluorescent le plus utilisé en raison de sa

très grande sensibilité de détection. Dans les conditions les plus favorables et dans l’eau

propre (du point de vue optique), la limite de détection peut descendre jusqu’à 0,001 ppb,

soit 0,001 µg/L. Elle est également très facile à utiliser. De plus, elle présente la plupart du

temps une faible tendance à l’adsorption (utilisation de traceurs artificiels en hydrogéologie,

guide pratique).

L’essai de traçage par injection instantanée devrait permettre de déterminer les

paramètres de transfert hydrodynamique de la nappe tels que le temps de transit de l’eau

dans le système, la porosité efficace et la dispersivité longitudinale.

4.1.3. Configuration du champ d’essai

Les puits de pompage et d’injection ont été choisis parmi des puits déjà existants : il s’agit

de Pz 21 (puits d’injection) et de Pz 25 (puits de pompage) (Figure 14 ; la Figure 10 page 9

permet de situer le champ d’essai dans une vue plus large de la zone impactée). Ces puits,

distants de 40 m, ont été choisis dans l’emprise de la lentille de flottant, qui est la source de

la pollution de la nappe. En outre, les puits sont disposés de telle sorte que le sens

d’écoulement forcé de l’essai est relativement parallèle au sens d’écoulement de la nappe

mesuré avant l’essai. Enfin, ils sont proches de la station de traitement mise en place par

SERPOL dans laquelle est installé le matériel nécessaire à l’essai et notamment la cuve de

recirculation.

3 nouveaux piézomètres de suivi, équidistants les uns des autres, ont été créés entre les

puits de pompage et d’injection. Ces puits, réalisés par SERPOL, font l’objet de prélèvements

et d’analyses réguliers (cf. § 4.3.2.).

Afin de ne pas perturber l’écoulement dans le champ d’essai, le système de

pompage/écrémage dans Pz 21 et Pz 25 est arrêté pendant toute la durée de l’essai. Le

16


pompage est également stoppé dans Pz 22 et Pz 24, mais l’écrémage de la phase flottante

est maintenu.

Figure 14 : Plan de configuration du champ d'essai


4.1.4. Dimensionnement de l’essai

Le débit de pompage dans Pz 25 a été fixé à 2,5 m3/h. Il s’agit d’un débit proche du débit

critique du puits, déterminé sur la base d’un précédent essai de pompage réalisé peu après

l’accident (rapport ICF AIX-09-098-IL F V1). En cas d’assèchement du puits ou d’aspiration de

flottant par la pompe, le débit pourra être réduit à 2 m3/h.

La détermination de la quantité de traceurs à injecter a été faite à l’aide d’une méthode

d’estimation intitulée EHTD (Efficient Hydrological Tracer-Test Design Model), développée

par l’EPA (United States Environmental Protection Agency) et en libre accès sur Internet.

Dans ce modèle, une simulation simplifiée de transfert selon les conditions hydrauliques de

l’essai est effectuée. L’objectif de ce calcul est d’estimer une quantité d’injection qui

permettrait un perçage du nitrate jusqu’au puits de pompage avec une concentration de

restitution prévisionnelle proche de 50 mg/L (limite haute fixée comme étant la norme de

potabilité). La concentration injectée ne doit pas être bactéricide (cf. § 4.1.2.1.). En absence

de données sur le sujet pour le site, des hypothèses approximatives concernant la cinétique

de consommation de nitrate ont été adoptées : consommation exponentielle avec 10 jours

ou 5 jours de demi-vie. La durée d’injection est fixée à 2 mois, soit 1440 heures. Le résultat

de la simulation, en Annexe 2, donne une masse de nitrate de 700 kg environ.

Le même raisonnement a été fait pour les injections de bromure et d’uranine, sans

prendre en compte cette fois de cinétique de dégradation. Les masses estimées sont

respectivement de 180 kg et 500 g. Les courbes de restitution prévisionnelles données par le

modèle sont en Annexe 2.

17


Au final, les quantités injectées sont résumées dans le tableau suivant :

Tableau 1 : Quantités de traceurs injectées

Produit injecté Quantité de produit Quantité de traceur Fournisseur, Qualité

NaBr 225 kg 191 kg Caldic, 99,5 %

NaNO3 1000 kg 730 kg Altichem, 99,6 %

Uranine 500 g 500 g VS Technologies

Les produits, à l’exception de l’uranine, sont conditionnés sous forme de sacs de 25 kg. 50

kg de NH4H2PO4 provenant d’une coopérative agricole ont également été ajoutés dans le bac

de mélange.

Le débit de la pompe doseuse a été déterminé de manière à ce que la concentration en

traceurs injectés soit constante et corresponde à une valeur suffisante pour un perçage

mesurable en sortie de la boucle. Il est de 2,6 L/h.

La durée prévisionnelle d’injection est de 2 mois. Celle de suivi analytique est de 5 mois

maximum (le suivi après l’arrêt de la boucle de pompage/réinjection est inclus dans cette

durée), en fonction de l’évolution des concentrations.

4.2. Mise en place et description du pilote

4.2.1. Description du pilote

La Figure 15 représente un schéma du montage expérimental.

Les équipements côté puits d’injection consistent en un bac d’alimentation en traceurs

d’un volume de 5 m3 (1), une pompe doseuse qui alimente le bac de mélange en traceurs et

dont le débit est réglé par débitmètre électronique (2), un bac de mélange d’un volume de

2,7 m3 avec agitateur (3), une conduite d’évacuation (gravitaire) avec siphon et évent (afin

d’éviter la vidange du bac), un tube plongeur et une sonde piézométrique qui mesure le

niveau d’eau en continu.

Le puits de pompage comprend une pompe Jetly - SC4-D8T immergée à débit constant

réglée sur 2,5 m3/h (5). Les autres équipements côté puits d’injection consistent en une

conduite de refoulement flexible (PE DN50), une vanne de régulation du débit (6), une sonde

piézométrique qui mesure le niveau en continu, un débitmètre/compteur électronique (7),

un clapet anti retour (8) et un robinet pour effectuer les prélèvements manuels en sortie du

puits de pompage (9).

Un préleveur automatique réfrigéré Isco Avalanche de Neotek-Ponsel contenant 14 flacons

d’un litre est installé en sortie du puits de pompage (4). Il est équipé d’un programmateur

qui permet de fixer l’heure de prélèvement et l’intervalle entre 2 prélèvements.

Outre le préleveur automatique, 4 points d’échantillonnage manuels ont été prévus dans

le système (marqués S sur la Figure 15) : dans chaque piézomètre de suivi, numérotés X1 à

X3, et un en sortie de boucle, juste avant la cuve de mélange, numéroté Y1. Les 3

piézomètres ont été équipés avec un tube d’échantillonnage crépiné en dessous du niveau

de flottant. En cas d’arrivée de flottant dans le puits, cela permet d’installer les pompes de

18


prélèvement nécessaires au suivi sans contaminer les échantillons avec du pétrole, et sans

endommager la pompe.

Figure 15 : Schéma théorique du montage expérimental


4.2.2. Mise en place de l’essai

La mise en place de l’essai s’est faite lors d’une semaine de terrain entre le 13 et le 19 avril

2011. La préparation du champ d’essai, c’est-à-dire le forage des puits supplémentaires, la

mise en place des pompes et des conduites a été préalablement réalisée par SERPOL, qui

devait également s’assurer du bon fonctionnement de la boucle de pompage réinjection

avant qu’ICF Environnement ne prenne le relais dans la mise en place de l’essai. L’installation

des équipements d’injection, ainsi que la préparation de la solution injectée ont été réalisés

au cours de cette semaine de terrain par ICF.

La Figure 16 illustre une partie du montage mis en place. Il s’agit du bac d’alimentation (1),

de la cuve de mélange (3), de la pompe doseuse (2) et du préleveur automatique (4). Ces

équipements se situent dans l’enceinte de la station de traitement des eaux SERPOL (qui

traite les eaux provenant de la barrière hydraulique et des installations de

19


pompage/écrémage et dont on aperçoit une cuve bleue en arrière plan), qui est clôturée et

fermée par un portail. Le préleveur se situe lui-même dans un compartiment fermé par un

cadenas.

Par rapport au schéma de la Figure 15, un agitateur a été ajouté dans le bac

d’alimentation pour permettre une bonne dissolution des sels au fur et à mesure de leur

ajout. Il a été arrêté au moment du démarrage de l’injection. Le débit de la pompe doseuse

est asservi à une poire de niveau située dans le bac d’alimentation : lorsque la poire n’est

plus dans l’eau (c’est-à-dire lorsque la cuve est quasiment vide, il existe en effet un volume

mort), la pompe est arrêtée. Une sonde de niveau (« diver ») a également été installée dans

la cuve d’alimentation : elle permettra d’obtenir l’évolution du niveau de la solution en

continu et de détecter les variations de débit de la pompe doseuse.

Figure 16 : Cuves et préleveur automatique.

Les numéros sont à mettre en relation avec ceux de la Figure 15.

Afin de préparer la solution injectée, la cuve d’alimentation a été remplie d’un volume

connu d’eau (4, 558 m3 d’après le compteur d’eau installé sur le tuyau d’alimentation) dans

lequel ont été au fur et à mesure dissous les sacs de sel de 25 kg. Cette opération a été

réalisée suffisamment en avance par rapport au démarrage de l’injection pour permettre

une bonne dissolution des sels.

Un échantillonnage et une analyse de l’état initial dans les divers points de prélèvement

localisés sur la figure a été fait avant le démarrage de l’essai. Une analyse complète de la

solution souche de traceurs a également été réalisée.

20


Tableau 2 : Concentrations en traceurs dans la solution souche

Ion Concentration calculée

(g/L) *

Concentration mesurée

(g/L)

NO3- 160 194

Na 67 68

Br 38 39

* d’après la quantité de sels dissoute et le volume connu de la solution.

L’analyse de la solution souche a indiqué une absence totale de nitrite.

L’injection instantanée d’uranine a été faite dans X1 le 18 avril 2011 à 15h. Présentée sous

forme de poudre, elle a préalablement été dissoute dans 10 L d’eau (concentration de 50

g/L) qui ont ensuite été versés dans le puits.

L’essai de biostimulation in situ a démarré le 19 avril 2011 à 17h15. La boucle de

pompage/réinjection avait été mise en route plus tôt, le vendredi 15 avril en fin de journée,

afin d’établir un champ d’écoulement stationnaire avant le début de l’injection de traceurs.

4.3. Conduite de l’essai

La fréquence de visite sur site est liée à la fréquence d’échantillonnage du préleveur

automatique : à chaque fin de cycle de prélèvement, il est nécessaire de récupérer et

conditionner les échantillons avant de relancer un nouveau cycle. A ce moment-là, des

prélèvements manuels sont faits dans les puits de suivi, ainsi qu’une vérification de l’état de

fonctionnement du système.

4.3.1. Suivi analytique via le préleveur automatique

Le préleveur correspond à un seul point de suivi, situé sur la conduite de refoulement du

puits de pompage (voir Figure 15 page 18). L’objectif est de suivre l’apparition des produits

injectés et l’évolution des concentrations des traceurs au cours de l’essai afin d’établir les

courbes de restitution.

La fréquence d’échantillonnage est ajustée au cours du temps, suivant la dynamique des

changements de concentration observés. La fréquence de départ est d’un prélèvement

toutes les 12 heures, ce qui implique une visite de site par semaine. La fréquence de

l’échantillonnage pourra être réduite dès que la courbe de restitution aura atteint son

maximum.

Parmi l’ensemble des échantillons prélevés, un certain nombre est envoyé au laboratoire,

et les composés suivants sont analysés :

- Uranine (par spectrofluorimétrie) ;

- Anions : Nitrate, Nitrite, Bromure, Phosphate, Chlorure, Sulfate (par

chromatographie ionique) ;

- Cations : Sodium, Calcium, Ammonium, Potassium, Magnésium (par

chromatographie ionique).

21


Lors des prélèvements, tous les échantillons sont reconditionnés sur site. Pour chacun des

flacons destinés à être analysés, les opérations suivantes sont réalisées :

- Les échantillons destinés à l’analyse de l’uranine sont filtrés et conditionnés dans

des flacons de 50 mL en verre ambrés (protection contre les UV).

- Les échantillons destinés aux analyses d’ions sont filtrés et conditionnés dans des

flacons HDPE de 50 mL. Pour tous les

Pour tous les flacons, y compris ceux qui ne seront pas analysés dans l’immédiat, un flacon

de réserve de 250 mL est gardé dans un réfrigérateur dans les locaux d’ICF, ainsi que 50 mL

filtrés et conditionnés en flacon ambré. Ces doublons permettent de remplacer d’éventuels

flacons cassés pendant le transport, ou d’effectuer a posteriori des analyses qui n’ont pas

été effectuées lors du prélèvement.

Les flacons sont vidés et nettoyés avant que le programme du préleveur soit relancé.

4.3.2. Suivi analytique via les prélèvements manuels

Les prélèvements manuels s’effectuent au niveau de la sortie du puits de pompage et des

trois piézomètres de suivi alignés entre les puits de pompage et de réinjection (voir figure

page). L’objectif de ce suivi est de faire une caractérisation complète de l’état physico-

chimique et chimique des eaux de la nappe au niveau du champ d’essai, afin de comprendre

son évolution. Il s’agit également d’identifier et de faire le bilan des variations de

concentration et des modifications de profil des principaux polluants au cours de l’essai.

Comme expliqué précédemment, la fréquence d’échantillonnage est ajustée sur celle du

préleveur automatique. La fréquence de départ est d’une fois par semaine.

Avant prélèvement, chaque piézomètre est purgé. Cette opération vise à s’assurer que

l’eau prélevée est bien celle de la nappe, et non de l’eau de surface qui se serait infiltrée. La

purge et le prélèvement s’effectue à l’aide d’une pompe submersible de 12 V branchée sur

une batterie (Figure 17). La purge dure le temps nécessaire à la stabilisation du potentiel

d’oxydoréduction. On considère en effet que la stabilisation du potentiel d’oxydoréduction

correspond au pompage de l’eau de la nappe.

Des relevés de terrain sont effectués aux points de prélèvement X1 à X3. Le niveau de la

nappe et l’épaisseur éventuelle de flottant sont mesurés à l’aide d’une sonde piézométrique

double phase, capable de détecter à la fois l’eau et la phase flottante. A l’aide d’un

multimètre, les paramètres physico-chimiques suivants sont également mesurés :

- Oxygène dissous ;

- Potentiel d’oxydoréduction ;

- pH ;

- Conductivité ;

- Température. La valeur reportée est toujours celle indiquée par la sonde de

conductivité.

Les mesures des paramètres physico-chimiques se font dans une cellule de mesure (voir

Figure 17). Cet équipement permet d’éviter le contact de l’eau pompée avec l’air ambiant,

ce qui est indispensable pour une mesure fiable d’oxygène dissous. Une fois la purge

effectuée, les prélèvements sont faits au niveau du tuyau inférieur de la cellule de mesure.

22


Figure 17 : Prélèvement d'eau dans un puits de suivi

Les eaux prélevées sont conditionnées dans un flaconnage spécifique et envoyées le jour

même au laboratoire, laboratoire d’analyses environnementales, où les analyses suivantes

sont effectuées :

→ Paramètres inorganiques :

- Anions : Chlorure, Bromure, Sulfate, Nitrate, Nitrite, Hydrogénocarbonates ;

- Cations : Sodium, Potassium, Calcium, Fer (total), Fer (dissous), Manganèse,

Ammonium ;

- Ecart ionique.

→ Paramètres organiques :

- TPH Split (composés aromatiques/aliphatiques par fraction) ;

- Composés aromatiques volatils (notamment BTEX et triméthyl-benzènes) ;

- HAP.

Le laboratoire missionné pour réaliser les analyses est Eurofins, laboratoire d’analyses

environnementales.

Aucun dénombrement bactérien n’est prévu au cours de l’essai. En effet, les bactéries se

trouvent sous forme de lits au niveau de l’aquifère, qui se détachent aléatoirement. Une

mise en culture réalisée à partir des prélèvements réguliers d’eau effectués sur site ne

reflèterait pas l’évolution réelle de la population bactérienne. On peut imaginer mettre en

culture un échantillon contenant un morceau de lit bactérien, qui donnerait pour résultats

une population très importante, et l’échantillon suivant n’en contenant pas, indiquant une

population très faible.

Batterie

Piézomètre

Cellule de

Mesure

Tuyau de

prélèvement

Emplacements

pour les sondes

23


4.3.3. Vérification du fonctionnement du système

A chaque visite, un tour des installations est fait pour vérifier que tout fonctionne (la

pompe doseuse, la pompe située dans Pz 25, le mélangeur de la cuve de mélange) ainsi

qu’une vérification au niveau de l’armoire électrique.

Le débit de la pompe doseuse est mesuré à l’aide d’une fiole jaugée d’un litre et d’un

chronomètre, ceci afin de comparer le débit réel par rapport au débit affiché. Lors de la mise

en place de l’essai, un écart de plus ou moins 20 % entre la valeur réelle de débit et la valeur

affichée a en effet été observé. Pour connaître les variations de débit de la pompe de

manière plus précise, une sonde de niveau faisant une mesure toutes les heures est installée

dans la cuve.

Un relevé du compteur installé en sortie de puits de pompage est effectué, ainsi qu’un

relevé du débit instantané. Si le débit est différent du débit fixé initialement, un ajustement

est possible à l’aide de la vanne (voir Figure 15 page 18).

24


5. RESULTATS DE L’ESSAI ET DISCUSSION

5.1. Résultats du suivi de pompage

5.1.1. Suivi de la boucle de pompage/réinjection

Le système a fonctionné à partir du 15 avril. La boucle complète, avec injection de

traceurs, a été mise en route le 19 avril à 17h15.

L’essai a été arrêté par ICF le 11 août à 10h. Des prélèvements dans les différents puits de

l’essai ont été réalisés après l’arrêt de la boucle, afin d’observer l’évolution des paramètres

physico-chimiques, des concentrations en polluants et du niveau piézométrique après l’arrêt

de l’écoulement forcé.

Un débit constant de 2,5 m3/h a été maintenu en continu dans la boucle pendant 118 jours

(voir § 5.1.3.), sauf lors d’arrêts qui ont interrompu temporairement le système

d’écoulement contrôlé de l’essai :

- Un premier arrêt entre le 21 et le 26 avril, lié à une fermeture de la vanne qui règle

le débit de la pompe placée dans Pz 25 (cf. Figure 15 page 18). L’origine de cette

fermeture est inconnue.

- Un second arrêt entre le 31 mai et le 8 juin, qui correspond à la panne de la pompe

placée dans Pz 25, qui a été remplacée par une nouvelle pompe par SERPOL.

Pendant ces périodes, le système de pompage/réinjection a été à l’arrêt. Des flux de masse

de traceurs ont quitté le champ d’essai et n’ont pas été récupérés lors de la remise en route

du pompage. Des analyses ont été faites dans certains piézomètres en aval (voir § 5.2.2.1.).

Les produits perdus, en particulier le bromure, ont de toute façon été arrêtés par la barrière

hydraulique en aval, s’ils l’ont atteinte.

Après l’arrêt de l’injection, un volume non injecté de solution souche est resté dans la cuve

d’alimentation (voir § 4.2.2.). Ce volume est connu et est de l’ordre de 280 L. La quantité de

traceurs injectée, déduite du volume restant et de la concentration dans la solution souche

est connue également (686 kg pour le nitrate, 167 kg pour le bromure et 291 kg pour le

sodium). Les variations instantanées du débit de la pompe doseuse ne sont pas connues en

raison d’une mauvaise programmation du diver installé dans la cuve d’alimentation.

Néanmoins, un débit moyen sur l’essai a été calculé à l’aide des valeurs connues de

quantités de traceurs injectés et des mesures du débit faites à chaque visite sur site (1 ou 2

mesures de débit instantané à chaque visite). Il est de l’ordre de 3,7 L/h.

Les données précédentes permettent d’estimer la date d’arrêt de la pompe doseuse au 6

juin à minuit. Les calculs faits dans la suite se basent sur cette date d’arrêt.

De manière générale, le matériel a été soumis à rude épreuve par les conditions

climatiques du site : températures élevées, vent parfois violent qui charrie beaucoup de

poussière, ensoleillement important.

Les différentes dates d’intervention sur site (et de réalisation des prélèvements), ainsi que

l’arrêt et le démarrage de l’essai, sont représentées sur la Figure 18 page 26 par des croix et

des traits rouges. La fréquence d’intervention a été d’une fois par semaine entre le début de

25


l’essai et l’arrêt de la pompe doseuse, puis est passée à une fois toutes les deux semaines

jusqu’à l’arrêt de l’essai (préleveur échantillonnant une seule fois par jour).

5.1.2. Evolution du niveau piézométrique

La boucle de pompage/réinjection a eu des conséquences sur le niveau piézométrique des

puits impliqués. La Figure 18 représente l’évolution des niveaux d’eau en mètres NGF

(Nivellement Général de la France) dans le puits d’injection (Pz 21) et le puits de pompage

(Pz 25). Ces mesures ont été prises par des sondes diver (respectivement une dans chaque

piézomètre) avec un pas de temps d’une heure, entre le 26 avril (date d’installation) et le 9

août (date de retrait).

26


4

6

8

10

Niv

eau

d'e

au (

m N

GF

)

1/5/

11

1/6/

11

1/7/

11

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11

16/4

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23/4

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8/5/

11

16/5

/11

23/5

/11

8/6/

11

16/6

/11

23/6

/11

8/7/

11

16/7

/11

23/7

/11

8/8/

11

16/8

/11

PZ 21PZ 25

Démarrage injection19/04 à 17h

Arrêt pompage11/08 à 10h

Date d'arrêt injection pompe doseuse

1

2

Figure 18 : Evolution du niveau d'eau dans Pz 21 et Pz 25 durant l'essai.

Mesures des sondes diver (courbes) et mesures manuelles (croix). Les croix et lignes rouges représentent les interventions sur site, et les numéros les perturbations au niveau du

pompage.


Les croix violettes et bleues représentent les valeurs mesurées manuellement à l’aide

d’une sonde piézométrique, respectivement dans Pz 25 et Pz 21.

Le 1 correspond au second arrêt de la pompe décrit dans le paragraphe précédent. Le 2

correspond à une baisse de débit entre le 19 juillet et le 26 juillet, pour une raison inconnue.

On observe une augmentation, puis une stabilisation du niveau dans Pz 21, ce qui est

cohérent avec une injection d’eau en continu. Les valeurs manuelles de niveau pour Pz 21

sont souvent plus élevées que celles de la sonde diver. Ceci vient du fait que de l’eau arrive

en continu dans le puits, et la sonde peut être noyée sous le flot et sonner sans être encore

parvenue au niveau statique.

Le niveau dans Pz 25 baisse, puis tant à se stabiliser (valeurs autour du 16 juillet).Les

valeurs manuelles de niveau dans Pz 25 sont très proches des valeurs mesurées par la sonde

diver. Les quelques différences peuvent s’expliquer par la difficulté de mesurer l’interface

exacte entre le flottant, qui est un produit assez visqueux, et l’eau.

La Figure 19 illustre l’évolution du niveau piézométrique dans plusieurs puits du site

appartenant au réseau de surveillance et dans Pz 25. Pz 5 et Pz 17 sont situés en amont de la

barrière hydraulique, tandis que Pz 6 et Pz 10 sont en aval (cf. Figure 10 page 9). Depuis fin

mars 2011, le niveau piézométrique baisse (les plus basses eaux sont en général atteintes en

novembre-décembre, tandis que les plus hautes eaux le sont en février-mars). On constate

néanmoins que la baisse est beaucoup plus marquée pour Pz 25, ce qui illustre l’influence du

pompage sur le niveau piézométrique.

7-Ja

n

26-F

eb

17-A

pr

6-Ju

n

26-J

ul

1-F

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23-M

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12-M

ay

1-Ju

l

20-A

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6

7

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6.5

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Niv

eau

pié

zom

étri

qu

e (m

NG

F)

Pz 5 (amont)Pz 6 (aval)Pz 10 (aval)Pz 17 (amont)Pz 25

Figure 19 : Evolution du niveau d'eau dans des puits en aval et en amont de la barrière hydraulique

Comparaison avec Pz 25. Le niveau de Pz 25 est un niveau corrigé, tel qu’il serait sans flottant.


5.1.3. Débit moyen dans la boucle

Le débit moyen au cours de l’essai a été déterminé à l’aide :

- des relevés de débit instantané fournis par le compteur ;

- des valeurs de volume injecté entre chaque visite sur site, le temps entre chaque

visite étant connu.

Les valeurs ont été arrondies à la décimale la plus proche. Il est représenté sur la Figure 20.

9-A

pr

16-A

pr

23-A

pr

30-A

pr

7-M

ay

14-M

ay

21-M

ay

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ay

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n

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un

18-J

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25-J

un

2-Ju

l

9-Ju

l

16-J

ul

23-J

ul

30-J

ul

6-A

ug

13-A

ug

0

1

2

3

0.5

1.5

2.5

Déb

it m

oye

n (

m3 /

h)

21 avril11h

26 avril14h

31 mai22h

8 juin18h30

19 juillet10h

26 juillet9h

15 Avril 11 Août

Figure 20 : Débit moyen dans la boucle de pompage/réinjection

Outre les deux arrêts représentés ici et la baisse de débit observée entre le 19 juillet et le

26 juillet, des micro-coupures ont eu lieu régulièrement (non représentées ici, visibles sur la

Figure 18 page 26). Elles sont dues à un arrêt du groupe électrogène fournissant

l’alimentation électrique à l’ensemble du site par SERPOL pour des opérations de

maintenance. D’une durée inférieure à une heure, elles ne sont pas prises en compte dans

les calculs.

Les calculs présentés dans la suite de ce chapitre se basent sur ces valeurs de débit.

5.2. Résultats du suivi analytique

Les résultats exposés ci-dessous et dans tout ce chapitre sont basés sur les analyses

réalisées jusqu’au 12 juillet inclus. En raison d’un délai de l’ordre d’un mois entre l’envoi des

échantillons et l’envoi des résultats, les résultats des analyses postérieures à cette date

n’étaient pas encore disponibles lors de l’écriture de ce rapport.


5.2.1. Essai de traçage instantané

L’uranine est apparue très tôt dans la boucle : la première détection a été faite dans le

prélèvement du 20 avril à 6h, soit 39 heures après l’injection. La plus grande concentration

mesurée est de 164 µg/L 63 heures après l’injection et juste avant le premier arrêt de la

boucle (Figure 21). On observe des pics « secondaires » autour du 4 mai et du 13 mai, avant

une diminution progressive de la concentration. La dernière analyse d’uranine date du 13

juin.

15-A

pr

22-A

pr

29-A

pr

6-M

ay

13-M

ay

20-M

ay

27-M

ay

3-Ju

n

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18-A

pr

25-A

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2-M

ay

9-M

ay

16-M

ay

23-M

ay

30-M

ay

6-Ju

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13-J

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40

80

120

160

200

Con

cent

ratio

n en

ura

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(µg

/L)

0

2

4

6

8

10

Quantité d'uranine restituée (%

cumulés)

Concentration en uranineQuantité d'uranine restituée (%)

Arrêt de la boucle Arrêt de la boucle

Inje

ctio

n ur

anin

e

Figure 21 : Concentration en uranine et quantité d'uranine restituée

(en pourcentages cumulés de la quantité injectée, 500 g)

Le pic de concentration attendu a vraisemblablement été perturbé par le premier arrêt de

la boucle : les valeurs observées ne correspondent probablement qu’au début du pic, la suite

de la courbe de restitution ayant été perdue lors de l’arrêt. Les deux pics secondaires

observés peuvent venir du fait que l’uranine ait emprunté divers cheminements jusqu’à la

zone d’influence du puits de pompage. Des différences de perméabilité dans un aquifère

stratifié peuvent en effet conduire à une telle distribution, ce qui est le cas ici, l’aquifère de

la Crau étant un aquifère très hétérogène (Utilisation de traceurs artificiels en

hydrogéologie, guide pratique).

Le taux de restitution, de l’ordre de 8 %, est très bas. Ce résultat peut être la conséquence

d’une observation partielle de la courbe de restitution, mais aussi d’une dégradation de

l’uranine. Pendant le premier arrêt, le préleveur a continué à échantillonner malgré l’arrêt

de pompage. Par conséquent, les échantillons prélevés correspondent à la même eau. On


observe une décroissance de la concentration en uranine (voir Figure 21) qui peut être liée à

une activité bactérienne : le point d’échantillonnage étant à l’abri de la lumière, il ne s’agit

en effet pas d’une photodégradation.

Dans cette situation, l’uranine n’est donc pas un traceur conservatif adapté. Il n’est pas

possible d’accéder par le calcul aux caractéristiques hydrogéologiques de l’aquifère comme

escompté (temps de transit de l’eau dans le système, la porosité efficace et la dispersivité

longitudinale).

5.2.2. Essai de traçage continu

5.2.2.1. Evolution des concentrations en traceurs inorganiques

Les concentrations injectées en entrée pour le nitrate ont été de l’ordre de 290 mg/L

durant le fonctionnement de la pompe doseuse. En ce qui concerne le bromure, elles ont été

de l’ordre de 100 mg/L durant cette même période. Après l’arrêt de la pompe doseuse, la

concentration en nitrate a rapidement diminué, tandis que la concentration en bromure a

diminué plus lentement.

En sortie de boucle, le bromure et le nitrate ont été détectés dès le troisième prélèvement

du préleveur automatique, soit 25 heures après le démarrage de l’injection (Figure 22).

19-A

pr

26-A

pr

3-M

ay

10-M

ay

17-M

ay

24-M

ay

31-M

ay

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n

14-J

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21-J

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28-J

un

5-Ju

l

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ul

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60

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Co

nce

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atio

ns

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g/L

BromureNitrateNitriteSodium

Périodes d'arrêt de la boucleDémarrage injection Arrêt pompe doseuse

Figure 22 : Evolution des concentrations en ions en sortie depuis le début de l'essai

(valeurs issues des prélèvements automatiques)


On observe un pic de nitrate après le premier arrêt. Le redémarrage de la boucle

correspond en effet à une injection plus ou moins instantanée : le débit de la pompe

doseuse n’étant pas asservi au débit de la pompe située dans Pz 25, elle continue à

alimenter le volume d’eau dans le bac de mélange qui se concentre en traceurs. Le volume

d’eau concentré est injecté lors du redémarrage de la boucle, sur une durée d’une heure

environ (2,6 m3 dans le bac de mélange pour un débit d’injection de 2,5 m

3/h). Ce pic n’est

pas observable pour les autres ions, injectés à une concentration plus basse.

Le pic de nitrate est accentué par une concentration en nitrate plus basse entre le 29 avril

et le 13 mai. Cette baisse s’explique par la formation de nitrite, jusqu’à un palier entre le 13

et le 28 mai qui correspond à une réaugmentation de la concentration en nitrate. En outre, il

est probable que la population de bactéries dénitrifiantes ne soit pas encore assez

développée une semaine après le début de l’essai, et l’arrivée massive de nitrate est la

conséquence d’un faible taux de dénitrification.

L’évolution de la concentration en sulfate traduit la mise en place et l’évolution de la

dénitrification. La concentration en sulfate dans Pz 25 était de 2 mg/L avant le démarrage de

l’injection, est montée autour de 25 mg/L pendant l’essai, puis redescend lentement depuis

l’arrêt de la pompe doseuse (Figure 23).

19-A

pr

26-A

pr

3-M

ay

10-M

ay

17-M

ay

24-M

ay

31-M

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28-J

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20

30

Co

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ulf

ate

(mg

/L)

Périodes d'arrêt de la boucle

Démarrage injection Arrêt pompe doseuse

Figure 23 : Evolution de la concentration en sulfate en sortie depuis le début de l'essai

(valeurs issues des prélèvements automatiques)

Ces observations sont à mettre en relation avec l’évolution dans l’utilisation d’accepteurs

d’électrons. Il existe en effet des bactéries capables d’utiliser au choix le nitrate ou le sulfate

comme accepteurs d’électrons. Avant l’injection de nitrate, le sulfate était entièrement

consommé par les bactéries. L’arrivée de nitrate, plus intéressant énergétiquement pour la

flore (voir § 4.1.2.1.) a entraîné une utilisation moindre du sulfate par les bactéries, d’où une

augmentation de concentration. L’appauvrissement du milieu en nitrate à partir de l’arrêt de

la pompe doseuse a rendu la consommation de sulfate à nouveau intéressante, d’où sa

diminution progressive dans le milieu.


Les valeurs plus basses observées entre le 17 et le 29 mai sur la Figure 23 correspondent à

un même ensemble d’échantillons envoyés au laboratoire. Ces valeurs ne traduisent pas un

phénomène biologique ou chimique dans la boucle, mais probablement une erreur dans les

analyses.

Après l’arrêt de la pompe doseuse, les concentrations en nitrate et nitrite diminuent

rapidement par rapport à la concentration en bromure (Figure 22). A partir du 6 juillet, on

considère qu’il n’y a plus de nitrate dans la boucle (3 mg/L de nitrate mesurés le 6 juillet, ce

qui correspond à la concentration mesurée avant le début de l’essai dans le même puits). Les

restitutions de bromure et sodium continuent.

Un suivi en aval a été fait sur les piézomètres 24, 36 et 50 (voir leur emplacement sur la

Figure 10 page 9). Les analyses du 12 juillet ont montré l’absence de nitrate, et une

concentration en bromure de l’ordre de 10 mg/L dans Pz 36 et Pz 50, et de 68 mg/L dans Pz

24, qui est le piézomètre directement en aval à environ 40 m de Pz 21 et Pz 25. Ces résultats

correspondent aux pertes hydrodynamiques dans la boucle liées à la dilution par écoulement

naturel. La boucle ne se comporte pas comme un système fermé parfait.

5.2.2.2. Evolution des concentrations en polluants

On observe une diminution des concentrations en polluants (hydrocarbures, BTEX et HAP)

dans la boucle. Cette diminution est particulièrement nette dans le puits de pompage

(Figure 24 page suivante ; les concentrations en polluants dans les autres puits de suivi sont

en Annexe 3). Les analyses du 12 juillet indiquent qu’il n’y a plus de polluants dans Pz 25

(point d’échantillonnage Y1, voir Figure 15 page 18).

Du benzène est toujours présent dans les autres puits, à des concentrations faibles : elle

est inférieure à 6 µg/L dans X2 et X3. Dans X1, la concentration en benzène a été divisée par

six et est actuellement de 77 µg/L. Les études précédentes portant sur le potentiel

d’atténuation naturelle avaient montré qu’il s’agit d’un des composés les plus récalcitrants à

la dégradation sur le site (en raison de sa stabilité), mais également le composé majoritaire

dans le panache dissous et donc le principal facteur de risque pour la ressource en eau

(rapports ICF AIX-09-098-IG –N-ANS1/V1 et AIX-09-098-IG-N-ANS3/VP1).

Les analyses montrent que les composés aromatiques et aliphatiques de la coupe TPH

(Total Petroleum Hydrocarbons) ont tous disparu lors de la dernière analyse (Figure 24). En

particulier, les fractions C5-C6 et C6-C8 pour les composés aliphatiques, qui sont les plus

abondantes, ne sont plus détectées depuis les analyses du 31 mai (C5-C6) et du 14 juin (C6-

C8) dans Pz 25.

Après l’arrêt de la boucle, il est probable qu’une remontée des concentrations soit

observée dans les différents puits échantillonnés. Cela s’explique par une réalimentation en

hydrocarbures par les zones autour du champ n’étant pas sous son influence et qui sont

donc toujours polluées. Ce phénomène est régulièrement observé sur le terrain et dans la

littérature (voir § 4.1.1.). C’est ce que va permettre de vérifier le suivi post-essai.


16-A

pr

23-A

pr

30-A

pr

7-M

ay

14-M

ay

21-M

ay

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L

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Con

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n en

µg/

L

HAP

BTEX

TPH

Somme HAPNaphtalène

Somme BTEXBenzèneEthylbenzène

Somme TPHSomme aliphatiques C5-C35Somme aromatiques C6-C35

Figure 24 : Evolution des concentrations en polluants majoritaires par famille dans le puits de pompage


5.2.2.3. Evolution des concentrations en hydrogénocarbonates

Les concentrations en ion hydrogénocarbonate (ou bicarbonate) HCO3- ont été analysées

lors des prélèvements manuels. Il existe en effet un équilibre entre le CO2 dissous et l’ion

hydrogénocarbonate, via l’acide carbonique H2CO3 qui se dissocie dans l’eau de la façon

suivante :

CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3

- <=> 2 H

+, CO3

2-

La concentration en ion hydrogénocarbonate permet donc d’accéder au dioxyde de

carbone, qui est l’ultime produit de dégradation de la matière organique. L’augmentation de

la concentration en carbone inorganique est la preuve que la biodégradation aboutit à une

dégradation complète des hydrocarbures.

Les eaux de la nappe de la Crau ont une alcalinité déjà élevée (concentrations en

hydrogénocarbonate comprises entre 200 et 250 mg/L dans les zones non impactées), aussi

les variations de concentrations sont moins marquées. On constate néanmoins une

augmentation des concentrations en ion hydrogénocarbonate (Figure 25).

19-Apr 26-Apr 3-May 10-May 17-May 31-May 14-Jun 28-Jun 12-Jul

300

320

340

360

380

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420

Co

nce

ntr

atio

n e

n io

ns

hyd

rog

éno

carb

on

ates

(m

g/L

) X1X2X3Y1

Figure 25 : Evolution de la concentration en ions hydrogénocarbonates dans les différents puits

(valeurs issues des prélèvements manuels)

Cette augmentation est plus nette dans X1 et X2 que dans X3 et Y1, avec cependant une

variabilité importante d’une mesure à l’autre.

5.3. Interprétation et discussion des résultats

5.3.1. Calcul de la vitesse maximale dans la boucle

L’injection instantanée d’uranine avait notamment pour but de déterminer une vitesse

moyenne. Pour pouvoir déterminer cette valeur, il faudrait avoir 50 % de restitution, ce qui

n’est pas le cas. Il est en revanche possible de déterminer une vitesse maximale.

On peut estimer cette vitesse en prenant en compte la première détection d’uranine en

sortie (au niveau du préleveur) ou la valeur maximale détectée, qui l’a été juste avant le


premier arrêt. La distance correspond à la distance entre les puits de pompage Pz 25 et

d’injection (X1 pour l’uranine), soit 35 m.

Tableau 3 : Calcul de la vitesse maximale dans la boucle

Temps après injection (h) Distance (m) Vitesse (m/h)

Première détection 51 35 0,69

Valeur maximale

détectée 63 35 0,56

La vitesse maximale dans la boucle calculée à partir de l’uranine est donc comprise entre

0,56 et 0,69 m/h. Le même calcul effectué sur la concentration en nitrate, à partir de la

première détection, donne une vitesse maximale de 1,6 m/h (distance de 40 m, temps de

détection de 25h après l’injection). Le résultat est le même pour un calcul à partir du

bromure. La valeur à privilégier est celle calculée à partir du nitrate car elle est calculée sur

l’ensemble de la boucle. Ces valeurs, qui permettent de donner un ordre de grandeur, sont

néanmoins biaisées par la fréquence d’échantillonnage basse pour ce type de calcul (toutes

les 12h à cette période). Une fréquence plus élevée en tout début d’essai aurait pu

permettre une valeur de vitesse plus précise.

La vitesse d’écoulement peut varier de façon assez importante d’une zone du site à l’autre.

Aucune valeur antérieure à l’essai n’a été mesurée dans cette zone, aussi il n’existe pas de

valeur de vitesse sans écoulement forcé à laquelle comparer la valeur calculée ici.

5.3.2. Taux de restitution des traceurs

A partir des concentrations mesurées, des valeurs de débit connues et des durées de

fonctionnement de la boucle, un taux de restitution peut être calculé pour le bromure et le

nitrate. La Figure 26 représente un schéma du fonctionnement de la boucle de

pompage/réinjection, avec les principaux flux et la relation les liant.

Figure 26 : Schématisation des flux dans la boucle

A chaque instant, la quantité de traceurs injectée est la somme de la quantité provenant

de la boucle au « tour » précédent (terme « sortie ») et qui n’a pas été perdu ou consommé

(pour le nitrate), et de la quantité qui provient de la cuve d’alimentation via la pompe


doseuse (terme « dosage »). Après l’arrêt de la pompe doseuse le terme « dosage » disparaît

et ce qui injecté dépend uniquement de ce qui vient de la boucle.

La suite des calculs se base sur cette relation. Les calculs sont faits par jour et les heures

d’arrêt de la boucle sont prises en compte (si la boucle est arrêtée à partir de 10h, le calcul

n’est fait que pour les 10 heures de fonctionnement). Ils sont arrêtés au 10 juillet 2011 pour

la raison évoquée précédemment, soit 82 jours après la mise en route de l’essai.

Les formules utilisées pour le calcul de chaque terme sont les suivantes (les détails des

calculs pour le bromure et le nitrate sont disponibles en Annexe 4) :

Flux « sortie » [kg/jour] = (débit de la pompe Pz 25 [m3/h]*concentration en sortie

[mg/L]*durée de fonctionnement dans la journée [h])/1000

Flux « dosage » [kg/jour] : (concentration dans la solution souche [g/L]*débit pompe

doseuse [L/h]*durée de fonctionnement dans la journée [h])/1000

Pour le nitrate, la concentration dans la solution souche prise en compte est la

concentration calculée et non pas la concentration fournie par les analyses (voir § 5.3.5.).

Flux « injection » : flux « sortie » + flux « dosage »

A partir de ces calculs de flux, il est possible de calculer un taux de restitution, qui

correspond à la formule suivante :

Taux de restitution : cumul flux « sortie » / cumul flux « injection »

Ce taux de restitution correspond à ce qui reste au sein de la boucle. Il a deux significations

différentes pour le bromure et le nitrate :

- Pour le bromure, il représente ce qu’il reste dans le système après les pertes

hydrodynamiques liées au fait que la boucle n’est pas parfaitement fermée ;

- Pour le nitrate, il représente également ce qu’il reste après les pertes

hydrodynamiques, qui sont les mêmes que pour le bromure, mais aussi après la

dénitrification, ce qui permet de calculer une quantité de nitrate dégradée (voir

paragraphe suivant).

Les cumuls des différentes masses et les taux de restitution sont représentés dans la

Figure 27 page 38. Le taux de restitution pour le bromure est de 50 %, celui pour le nitrate

de 18 %. La différence entre les deux valeurs illustre nettement la consommation de nitrate

par la flore indigène.

Le taux de restitution du bromure ne représente pas le taux en fin d’essai, car le bromure

est toujours présent dans la boucle (voir Figure 22 page 30). La courbe marque tout de

même une inflexion, et le taux de restitution final devrait être compris entre 55 et 60 %.

On observe une baisse du taux de restitution après chaque arrêt de la boucle. Il s’agit d’un

artefact lié au mode de calcul du taux de restitution. En effet, le flux majoritaire juste après

un arrêt est le flux de dosage, du fait d’une concentration en traceurs du volume d’eau situé

dans la cuve de mélange (phénomène décrit dans le § 5.2.2.1.). Le flux de sortie est lui très

faible et c’est le flux de dosage qui est alors le terme majoritaire dans le flux d’injection, qui

augmente donc proportionnellement beaucoup plus que le flux de sortie, d’où une baisse du

ratio.


Le cumul des masses injectées est toujours supérieur à la quantité de traceurs initialement

dissoute dans la cuve d’alimentation :

- 838 kg injectés pour le nitrate contre 686 kg provenant de la cuve d’alimentation ;

- 335 kg injectés pour le bromure contre 167 kg provenant de la cuve d’alimentation,

soit un rapport de deux.

Ceci est lié au fait qu’un même ion fait « plusieurs fois le tour » avant de quitter la boucle.

Une partie du nitrate injecté est transformé en nitrite selon l’équation :

CH2 + 3 NO3- � 3 NO2

- + CO2 + H20

Le cumul du flux « sortie » pour le nitrite est de 53,5 kg (calcul identique à ceux effectués

pour le bromure et le nitrate, sans le terme « dosage » ; non représenté). La réalisation d’un

bilan entrée/sortie est délicate, car le nitrite se forme dans la boucle et y est également

consommé.


16-A

pr

23-A

pr

30-A

pr

7-M

ay

14-M

ay

21-M

ay

28-M

ay

4-Ju

n

11-J

un

18-J

un

25-J

un

2-Ju

l

9-Ju

l

16-J

ul

0

100

200

300

400

Mas

se d

e br

omur

e in

ject

ée (

cum

ul e

n kg

)

0

0.2

0.4

0.6

Taux de restitution

0

200

400

600

800

1000M

asse

de

nit

rate

inje

ctée

(cu

mu

l en

kg

)

0

0.04

0.08

0.12

0.16

0.2T

aux d

e restitutio

n

Nitrate

Bromure Périodes d'arrêt de la boucle

Cumul Masse Sortie 151 kg(Pz 25)

Cumul Masse Sortie 168 kg(Pz 25)

Cumul Masse Dosage 167 kg (Pz 21)

Cumul Masse Injection 335 kg(Pz 21)

Taux de restitution 50 %

Cumul Masse Dosage 686 kg (Pz 21)

Cumul Masse Injection 838 kg(Pz 21)

Taux de restitution 18 %

Période de fonctionnement de la pompe doseuse

Figure 27 : Bilan massique et taux de restitution pour le nitrate et le bromure

Les bilans sont arrêtés au 10 juillet 2011.


5.3.3. Quantités de nitrate et de polluants dégradés

Tous les calculs de bilan se basent sur le même raisonnement : la perte par dilution est la

même pour le bromure et le nitrate, ce qui permet d’accéder par différence avec les pertes

totales à la quantité de nitrate consommée.

Les calculs ne prennent pas en compte la formation de nitrite. Etant un intermédiaire de

réaction dans la dénitrification, son apparition puis disparition dans le milieu ne change pas

les bilans finaux.

De même, aucun bilan n’a été fait sur le sodium. Il ne peut en effet pas être considéré

comme un traceur conservatif à cause de sa capacité à former des liaisons ioniques avec la

matière organique. Il participe également à des échanges ioniques avec le calcium, ce qui

entraîne un retard dans sa restitution en sortie.

5.3.4.1. Bilan global

Il est possible de faire un bilan de masse global à l’aide du taux de restitution calculé

précédemment. On peut en effet appliquer à la masse totale de nitrate injectée le taux de

restitution de 50 % calculé à partir du bilan des flux de bromure. Les calculs sont détaillés

dans le tableau suivant.

Tableau 4 : Quantité de nitrate dégradée calculée par un bilan global

Masse injectée

(100 %)

Masse totale

perdue (82 %)

Masse perdue

par dilution

(50 %)

Différence = Masse consommée par

la flore bactérienne

838 kg 686 kg 419 kg 267 kg

Ce calcul a l’avantage de prendre en compte le fonctionnement de la boucle dans sa

globalité et de ne tenir compte que du résultat en fin d’essai. Avec ou sans arrêt de la

boucle, la méthode de calcul est la même. En revanche, ce bilan pourra être amené à

évoluer, même faiblement, puisque la restitution de bromure n’est pas complètement

terminée.

5.3.4.2. Bilan par périodes

Il est également possible de faire un bilan en distinguant deux périodes durant l’essai :

- Une première période depuis le début de l’essai jusqu’au second arrêt (du 19 avril

au 31 mai) ;

- Une seconde période entre le second arrêt et les derniers résultats d’analyse. Cette

période correspond à l’arrêt de la pompe doseuse.

Le calcul sur la première période se base sur le même raisonnement que celui fait pour le

bilan global : un pourcentage de perte est calculé quotidiennement pour le bromure, de

même pour le nitrate. Le pourcentage de perte calculé pour le bromure est appliqué au

nitrate, et la différence entre la masse réellement perdue et la masse perdue par dilution

calculée permet d’accéder à la masse perdue par dégradation. Le détail des calculs se trouve

en Annexe 5.

Par ce calcul, le résultat est de 126 kg de nitrate dégradé entre le 19 avril et le 31 mai.


Le calcul sur la seconde période se base sur un calcul d’aires. La décroissance des

concentrations en bromure et nitrate peut être représentée par des courbes de décroissance

exponentielle. Cela signifie qu’à chaque tour, la quantité perdue est un pourcentage de la

quantité totale injectée, autrement dit la quantité perdue est fonction de la quantité

injectée. Les courbes exponentielles ajustées, ainsi que les courbes issues de l’analyse sont

représentées sur la Figure 28. Les équations des courbes sont les suivantes :

Tableau 5 : Equations des courbes de tendance pour le bromure et le nitrate

Bromure Nitrate

Y = exp(-0,000735800222 * X) *

62,03272271 (1)

Number of data points used = 32

Coef of determination, R-squared =

0,982876

Y = exp(-0,004148895107 * X) *

68,62488492 (2)

Number of data points used = 32

Coef of determination, R-squared =

0,953869

Après l’arrêt de la pompe doseuse, la boucle est assimilée à un système complètement

fermé : il n’y a plus d’entrée dans le système via la pompe doseuse. En théorie, la

concentration de bromure en entrée devrait être égale à la concentration en sortie. En

réalité, une partie du bromure est perdue par dilution créée par l’écoulement naturel.

Il est possible de construire une courbe de tendance « composite » (3) à partir des

équations précédentes : cette courbe représente uniquement les pertes de nitrate liées à la

dilution. La perte par dilution étant identique pour le nitrate et le bromure, la courbe

composite a la même pente que la courbe (1). En revanche, son ordonnée à l’origine est

celle de la courbe (2) puisqu’elle représente la concentration en nitrate. La courbe (3) a donc

pour équation :

Y = exp(-0,000735800222 * X) * 68,62488492 (3)

Elle est représentée en noir sur la Figure 28. La détermination des bornes entre lesquelles

est fait le calcul a été faite de la manière suivante : le temps 0 correspond à l’arrêt de la

pompe doseuse. 42,5 heures après cet arrêt, la boucle a été remise en route. C’est la borne

inférieure. La borne supérieure correspond à la dernière valeur de concentration disponible,

810 h après l’arrêt de la pompe doseuse.


1

10

100

Co

nce

ntr

atio

n (m

g/L

)

0 200 400 600 800 1000Temps depuis l'arrêt de la pompe doseuse (h)

Nitrate

Bromure

42,5 810

Figure 28 : Modélisation de l'évolution des concentrations en bromure en nitrate après l'arrêt de la pompe

doseuse

Courbes exponentielles en rouge. La zone jaune représente la différence d’aire entre le nitrate perdu par

dilution (courbe noire, qui est une construction mathématique à partir des deux courbes rouges) et le nitrate

perdu par consommation et dilution.

La zone en jaune sur la figure représente l’aire d’intérêt, c’est-à-dire le nitrate consommé.

On y accède en intégrant (2) et (3) entre les bornes qui viennent d’être définies, puis en

faisant une différence entre les deux intégrales. Le détail des calculs se trouve en Annexe 6.

On trouve une masse de nitrate dégradée de 64,3 kg.

Au total, cette méthode de calcul indique que 190,3 kg de nitrate ont été dégradés.

Le bilan sur la première période est biaisé par le fait que le temps de parcours moyen d’un

ion entre le puits d’injection et le puits de pompage est inconnu. Pour un calcul au plus près

de la réalité, il aurait fallu faire ce bilan entrée/sortie différentiel en ayant une fréquence

d’échantillonnage calée sur ce temps de parcours, ce qui était impossible à mettre en

œuvre. Avec le calcul de vitesse maximale (voir § 5.3.1.) il est possible d’accéder à un temps

de parcours minimum qui est de 25h, ce qui correspond à peu près à la fréquence

d’échantillonnage. Le temps moyen de parcours est donc plus long, ce qui conduit à une

surestimation du taux de dilution et donc une surestimation du taux de dégradation, au

moins sur les premières valeurs (qui sont effectivement de l’ordre de 96 % de dilution, et qui

diminuent ensuite).


5.3.4.3. Comparaison des méthodes de bilan et calcul d’un taux dégradation

des hydrocarbures

L’écart de valeur entre les deux méthodes est de 77 kg de nitrate consommé. Ramené à la

masse totale injectée, soit 686 kg, le bilan global donne un pourcentage de nitrate

consommé dans la boucle de 39 %, et le bilan par périodes une valeur de 28 %, soit un écart

de 11 %. Malgré un écart de presque 80 kg, il s’agit de valeurs relativement proches quand

on les compare à la quantité totale injectée. Compte tenu des incertitudes liées aux calculs

évoquées précédemment, il s’agit d’ordres de grandeur, mais la quantité réellement

consommée au sein de la boucle est certainement proche de ces valeurs. Ces bilans pourront

être amenés à évoluer avec les résultats des analyses en cours, mais les écarts devraient être

faibles compte-tenu du fait que la restitution du bromure dans la boucle est quasiment

terminée.

Il est possible de calculer un taux de dégradation de nitrate avec ces deux méthodes. Pour

ce calcul, seuls les jours de fonctionnement réel de la boucle sont pris en compte, soit 69

jours (l’essai a duré 81,5 jours, pendant lesquels les jours d’arrêt cumulés sont de 12,5

jours).

Le bilan global donne un taux de dénitrification de 3,7 kg/jour. Le bilan par périodes donne

un taux de dénitrification de 2,76 kg/jour, soit un écart de 1 kg/jour.

L’équation bilan de la dénitrification permet de calculer une quantité d’hydrocarbures

dégradés (hydrocarbures pétroliers figurés par la formule CH2) :

5 CH2 + 6 NO3- + 6 H

+ � 5 CO2 +3 N2 + 8 H2O

Les résultats sont consignés dans le tableau suivant :

Tableau 6 : Quantités d'hydrocarbures dégradés dans la boucle selon les deux méthodes

Quantité d’hydrocarbures

dégradés (kg)

Taux de dégradation

(kg/jour)

Bilan global 50,4 0,73

Bilan par périodes 36 0,52

L’utilisation de la formule pour calculer les quantités dégradées donne un résultat global,

sans distinction entre les familles de polluants. En réalité, certains polluants sont dégradés

plus facilement et donc plus rapidement que d’autres. Cette différence n’est cependant pas

réellement observable dans les résultats obtenus (voir Figure 24 page 33).

5.3.4. Comparaison avec les bilans d‘atténuation naturelle précédents

Des bilans de dégradation ont déjà été faits sur le site à l’occasion notamment des deux

campagnes d’évaluation du potentiel d’atténuation naturelle d’avril 2010 et novembre 2010.

Pour établir la comparaison, on se place à l’échelle du site. La quantité de nitrate dégradée

à prendre en compte est donc la quantité totale injectée et pas seulement la quantité

dégradée dans la boucle. En effet, le nitrate non consommé dans la boucle l’a été en aval

(voir § 5.2.2.1.). 686 kg de nitrate ont permis de dégrader 129,5 kg d’hydrocarbures en 81,5

jours (la dénitrification à l’échelle du site n’a pas cessé durant les arrêts de la boucle), soit un

taux de dégradation de 1,6 kg d’hydrocarbures par jour.


Le premier bilan d’atténuation naturelle, fait avant l’installation de la barrière hydraulique,

était parvenu à un résultat de 1,2 kg/jour d’hydrocarbures dégradés (voir § 3.4.). Le second

bilan, fait après l’installation de la barrière hydraulique, donnait comme résultat 5 kg/jour

d’hydrocarbures dégradés et montrait une stimulation de la dégradation par l’écoulement

forcé crée par la barrière hydraulique (rapports ICF AIX-09-098-IG –N-ANS1/V1 et AIX-09-

098-IG-N-ANS3/VP1).

Comparé au premier bilan, il y a une stimulation certaine de la biodégradation par l’apport

de nitrate. Comparé au second, c’est beaucoup moins évident, pour la raison suivante : ces

bilans ont été établis à l’échelle du site, le bilan de biostimulation couvre une zone

beaucoup plus petite. Il est donc largement sous-estimé par rapport à la taille de la zone

impactée. Néanmoins, si on met en regard la zone traitée (dont on ignore l’étendue réelle

mais qui couvre une zone limitée autour des deux puits) et la superficie totale du site, ainsi

que les quantités d’hydrocarbures traitées, le bilan qui en résulte est probablement

largement supérieur aux valeurs des bilans d’atténuation naturelle précédents.

5.3.5. Précision des résultats d’analyse

Aucun doublon n’a été fait dans les analyses, à l’exception d’un lot d’analyse d’uranine

correspondant à une même semaine pour lequel quelques analyses ont été faites en double.

Les valeurs de la seconde analyse présentent un écart inférieur à 5 % par rapport aux valeurs

de la première, ce qui traduit une bonne fiabilité des analyses.

Une erreur probable d’analyse de sulfate a été mise en évidence au § 5.2.2.1. La courbe

ayant la même tendance que celle mise en évidence lors des analyses précédentes, il peut

s’agir d’une erreur d’étalonnage du chromatographe. Cette erreur n’a eu aucune influence

sur l’interprétation des résultats.

Une autre erreur probable d’analyse concerne la concentration en nitrate de la solution

souche. Le calcul donne un résultat de 160 g/L, l’analyse un résultat de 194 g/L, soit un écart

d’environ 17 %. En ce qui concerne le bromure et le sodium, les valeurs calculée et mesurée

sont toujours très proches (voir § 4.2.2.), ce qui prouve la fiabilité des analyses d’ions. Le

nitrate et le bromure ayant été apportés sous forme de sel (NaBr et NaNO3), le sodium peut

servir de valeur de référence. Une concentration de 194 g/L signifierait un apport de 884 kg

de nitrate et donc de 328 kg de sodium. Or, cette quantité de sodium ne se retrouve pas à

l’analyse, ce qui signifie que la concentration en nitrate a bien été surestimée. Après

discussion avec le laboratoire, l’analyse va être refaite (le résultat n’était pas encore

disponible lors de la rédaction de ce rapport), et la valeur prise en compte dans les calculs

est la valeur calculée soit 160 g/L.

5.4. Application à grande échelle

A ce stade de l’étude, la faisabilité technique a été démontrée à petite échelle. On ne sait

pas encore comment une injection de traceurs pourrait être mise en œuvre à l’échelle du

site. Une possibilité est l’utilisation des puits de réinjection déjà en place en amont, et qui

permettent aujourd’hui la réinjection dans la nappe de l’eau pompée au niveau de la

barrière hydraulique et des puits de pompage/écrémage et traitée (5 piézomètres, voir

Figure 10 page 9). Un ajout d’autres puits d’injection situés plus en aval (mais toujours en

amont de la barrière hydraulique) peut également être envisagé. Un dimensionnement

précis de l’installation sera nécessaire, notamment en ce qui concerne les flux et les


quantités de traceurs à injecter afin d’éviter l’injection de concentrations en nitrate

bactéricides à l’aval immédiat des puits d’injection.

Le système de pompage/écrémage permet actuellement de récupérer en moyenne 21

kg/jour d’hydrocarbures, soit 20,4 kg/jour par l’écrémage et 0,6 kg/jour pour le pompage

(données SERPOL ; pour la barrière hydraulique, pas de données fournies). Le bilan de

biostimulation, bien qu’il ne soit valide que sur une partie du site, permet d’ores et déjà

d’éliminer plus d’hydrocarbures que le pompage dans les puits équipés. En ce qui concerne

l’écrémage, la comparaison avec la biostimulation n’est pas pertinente puisqu’elle ne

permet pas de réduire la phase flottante mais uniquement la phase dissoute. Si on veut

néanmoins comparer le système de pompage/écrémage dans sa globalité avec la

biostimulation, il faudrait réussir, à l’échelle du site, à dégrader au moins autant

d’hydrocarbures que la quantité actuellement récupérée.

En ce qui concerne l’aspect économique, l’apport de traceurs pour cet essai (bromure et

nitrate) a coûté 2600 € Hors Taxes. A l’échelle du site et dans le cadre d’un traitement en

continu, il faudrait apporter ces traceurs (au moins le nitrate) en quantités bien plus

importantes, ce qui pourrait vite représenter un coût élevé, sans compter le matériel

nécessaire à une telle opération et le forage de nouveaux puits. Le coût d’installation et

d’exploitation du système de pompage/écrémage n’était pas connu lors de l’écriture de ce

rapport, mais une comparaison serait intéressante.


CONCLUSION

Au cours de cette étude, il a été montré que l’apport d’accepteurs d’électrons en

concentrations importantes directement dans l’aquifère via l’injection dans un puits est

techniquement faisable. Une dégradation des polluants, toutes familles confondues, a été

mise en évidence dans les puits suivis. La quantité de nitrate dégradée au sein de la boucle

est évaluée à 190 ou 270 kg, selon les méthodes, ce qui correspond respectivement à 36 ou

50 kg d’hydrocarbures dégradés. Le suivi dans les puits en aval n’ayant pas mis en évidence

de nitrate, on peut supposer que le nitrate perdu dans la boucle par dilution a été

consommé, et donc que la quantité de nitrate dégradé à l’échelle du site est équivalente à la

quantité totale injectée, soit 690 kg.

Les bilans de masse exposés pourront être amenés à évoluer avec les résultats des

dernières analyses. La réalisation d’une modélisation numérique est prévue après l’arrêt

complet des analyses. Elle devrait permettre de confirmer les résultats déjà obtenus et

d’appréhender le fonctionnement global de la boucle de pompage/réinjection, Elle sera

probablement réalisée dans le cadre de la thèse ayant pour sujet l’atténuation naturelle du

pétrole dans l’aquifère de la Crau et démarrant en octobre.

La mise en place de la biostimulation à l’échelle du site sera fonction du résultat d’une

comparaison globale avec les systèmes de gestion déjà en place (système de

pompage/écrémage, barrière hydraulique) d’un point de vue technique et économique. Ce

bilan reste aujourd’hui à faire. Du point de vue de l’industriel, le critère décisif pour le choix

sera le temps nécessaire à l’élimination de la pollution. Si la biostimulation permet une

réduction significative du temps de traitement, elle sera considérée comme l’option la plus

intéressante.

Les modalités d’une application de la biostimulation à l’échelle du site restent à définir.

Elle nécessitera probablement l’installation de matériel supplémentaire et l’injection de

quantités importantes de nitrate, et sera de toute façon soumise à l’approbation des

autorités compétentes.


REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Publications scientifiques

Burbery L., Fuli W. 2010. A Re-Circulating Tracer Well Test method for measuring reaction

rates in fast-flowing aquifers: Conceptual and mathematical model. Journal of hydrology

(Amsterdam). 382 : 163-173.

Francis C.W., Mankin J.B. 1976. High nitrate denitrification in continuous flow-stirred

reactors. Water Research. 11 : 289-294.

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effect on inhibition and nitrite accumulation. Water Research. 3 : 831-839.

Goltz M., Huang J., Close M., Flintoft M., Pang L. 2008. Use of tandem circulation wells to

measure hydraulic conductivity without groundwater extraction. Journal of Contaminant

Hydrology. 100 : 127-136.

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contaminant mass flux in groundwater. Journal of contaminant hydrology. 106 : 51-61.

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by DGGE. FEMS microbiology ecology. 32 : 129-141.

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the intrinsic PAH biodegradation potential in creosote-contaminated groundwater following

in situ biostimulation. Applied microbiology and biotechnology. 84 : 169-182.

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isolated soils microorganisms. Soil Biology and Biochemistry. 4 : 597-602.

Rapports ICF (non diffusés)

Rapport AIX-09-098-IL F V1 : Synthèse géologique et hydrogéologique – Evaluation

quantitative de l’impact sur la ressource en eau, décembre 2009, 108 p.

Rapport AIX-09-098-IG –N-ANS1/V1 : Etude de faisabilité pour la gestion de la pollution des

eaux souterraines par l’ANS – Evaluation du potentiel d’Atténuation Naturelle – 1 :

Investigations hydrochimiques et microbiologiques, août 2010, 53 p.

Rapport AIX-09-098-IG-N-ANS3/VP1 : Etude de faisabilité pour la gestion de la pollution des

eaux souterraines par l’ANS – Evaluation du potentiel d’Atténuation Naturelle – 1 :

Evaluation hydrochimique de novembre 2010, 2 : synthèse du suivi analytique régulier de la

nappe depuis août 2009, avril 2011, 45 p.


Rapport AIX-09-098-IS K V1 : Elaboration d’un bilan Coûts/Avantages, août 2010, 71p.

Protocole N°10 : Etude de faisabilité de l’atténuation naturelle dynamisée (biostimulation) :

protocole pour la réalisation d’un essai pilote de biostimulation in situ, mars 2011, 11p.

Rapport SERPOL (non diffusés)

Compte-Rendu SERPOL n°22, 09 mai 2011, 28 p.

Rapports divers

Utilisation de traceurs artificiels en hydrogéologie, guide pratique, 2002. Groupe de travail

Traçage de la Société Suisse d’hydrogéologie SSH, 77 p.

Ouvrage

Aquifères et Eaux Souterraines en France, 2006. Ouvrage collectif sous la direction de Jean-

Claude Roux, brgméditions, 944p.

Texte de loi

Arrêté du 22 janvier 2010 portant désignation du Site Natura 2000 Crau Centrale-Crau Sèche

(zone spéciale de conservation).

Sites Internet

http://www.geoportail.fr/

http://www.reserve-crau.org/

www.ac-grenoble.fr/


TABLE DES ANNEXES

ANNEXE 1 : Bilan massique de biodégradation réalisée suite à la campagne de mesure

réalisée en avril 2010.

ANNEXE 2 : Courbes de restitution prévisionnelles des différents traceurs.

ANNEXE 3 : Evolution des concentrations en polluants majoritaires par famille dans les

puits X1, X2 et X3.

ANNEXE 4 : Détails des calculs du taux de restitution pour le bromure et le nitrate.

ANNEXE 5 : Détails des calculs de la quantité de nitrate dégradée pour la première période.

ANNEXE 6 : Détails des calculs de la quantité de nitrate dégradée pour la seconde période.


ANNEXE 1

BILAN MASSIQUE DE BIODEGRADATION REALISEE SUITE A LA

CAMPAGNE DE MESURE REALISEE EN AVRIL 2010 (RAPPORT ICF

AIX-09-098-IG –N-ANS1/V1)

Les équations des réactions sommaires suivantes servent de point de départ. Les

hydrocarbures pétroliers dissous sont représentés par la formule brute simplifiée [CH2], tout

type de composés confondus. On part du principe d’une dégradation complète des

hydrocarbures avec le produit final CO2 sans prise en compte de la production cellulaire et

de la conversion des hydrocarbures en biomasse.

� Réspiration aérobie [CH2] + 3/2 O2 →→→→ CO2 + H2O

� Dénitrification [CH2] + 6/5 NO3- + 6/5 H

+ →→→→ CO2 +3/5 N2 + 8/5

H2O

� Réduction du Manganèse [CH2] + 3 Mn(IV)

O2 + 6 H+ →→→→ CO2 + 3 Mn

2+ + 4 H2O

� Réduction du Fer [CH2] + 6 Fe(III)

OOH + 12 H+ →→→→ CO2 +6 Fe

2+ + 10

H2O

� Réduction du Sulfate [CH2] +3/4 SO4 + 3/2 H+ →→→→ CO2 + 3/4 H2S + H2O

A partir des relations stœchiométriques issues des équations réactionnelles ci-dessus on

peut calculer un « facteur d’utilisation (Fd’U)» pour chacun des accepteurs d’électrons (AE),

comme étant le rapport entre la masse d’AE utilisée pour dégrader la masse correspondante

d’hydrocarbures [CH2] :

Fd’U = g AE / g [CH2]

Les facteurs d’utilisation résultants sont les suivants :

� Respiration aérobie Facteur d’utilisation g O2 / g [CH2] : 3,4

� Dénitrification Facteur d’utilisation g NO3-/ g [CH2] : 5,3

� Réduction du Manganèse Facteur d’utilisation g Mn / g [CH2] : 11.8

� Réduction du Fer Facteur d’utilisation g Fe / g [CH2] : 24

� Réduction du Sulfate Facteur d’utilisation g SO42-

/ g [CH2] : 5,1

Pour l’exemple du sulfate, le facteur d’utilisation signifie que 5,1 g de Sulfate sont

nécessaires pour dégrader 1 g d’hydrocarbures.


Le calcul de la capacité de biodégradation intègre le flux massique et la consommation des

accepteurs d’électrons au travers du panache ainsi que les facteurs d’utilisation pour

chacune des réactions selon la relation suivante :

Capacité de biodégradation = Q ∗∗∗∗ ∆∆∆∆C / Fd’U

- Q étant le flux d’eau souterraine au travers du panache : Q = L ∗∗∗∗ M ∗∗∗∗ vD [en m3/j] avec

L = Largeur du panache perpendiculaire au sens d’écoulement de la nappe (≈ 200 m)

M = épaisseur du panache (≈ 2-3 m), en considérant que le 2 à 3 premiers mètres de

l’épaisseur mouillée en contact direct avec le substratum pollué par les hydrocarbures.

vD = vitesse d’écoulement (« vitesse Darcy ») (≈ 0,2 m/jour),

- ∆∆∆∆C étant la différence maximale des concentrations des AE entre les eaux en amont et au

centre du panache des polluants,

- Fd’U étant le facteur d’utilisation comme défini ci-dessus.

Les valeurs d’entrée et les résultats du calcul sont présentés dans le tableau suivant.

∆∆∆∆ C Q Fd’U Capacité de biodégradation

mg/l m3/jour g AE/g CH2 g CH2/jour kg CH2/an

Sulfate 40 100 5,1 800 290

Oxygène 5,5 100 3,4 160 60

Nitrate 10,5 100 5,3 200 70

Manganèse 6,3 100 11,8 50 20

Fer 0,3 100 24 1 0,5

Total 1,2 kg/j 440 kg/an

Selon ce bilan massique basé sur la consommation en accepteurs d’électrons au travers du

panache de polluants la capacité de biodégradation s’élève au total à 1,2 kg d’hydrocarbures

par jour ou 440 kg/an.

La capacité de biodégradation concerne la globalité des hydrocarbures pétroliers dissous,

sans prendre en compte les comportements différents de la grande variété des composés

concernés (qui sont plus ou moins facilement biodégradables).


ANNEXE 2

COURBES DE RESTITUTION PREVISIONNELLES DES DIFFERENTS

TRACEURS (PROTOCOLE ICF POUR LA REALISATION D’UN ESSAI

PILOTE DE BIOSTIMULATION IN SITU)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000Temps à partir de l'injection (h)

0

50

100

150

200

250

Co

nce

ntr

atio

n (

µg/l)

0

100

200

300

400

500

Res

titut

ion

cum

ulée

(g)

Traceur conservatif : Uranine Injection de 500 g

Simulation de la courbe de restitution au niveau du puits de pompage pour un traçage avec injection

instantanée de 500 g de fluorescéine.

Paramètres de simulation :

Injection pendant 1440 h, soit 2 mois.

Distance entre les puits d’injection et de traçage : 40 m

Débit : 2,5 m3/h

Epaisseur de l’aquifère : 5,5 m

Porosité efficace : 0,15


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Con

cent

ratio

n C

/C0

0 500 1000 1500 2000 2500Temps à partir du début de l'injection(h)

Durée d'injection : 1440 h

Traceur conservatif : Br -

Variante (a)

Variante (b)

Traceur réactif : NO3-

Simulation des courbes de restitution au niveau du puits de pompage pour le traçage avec l’injection

constante de Nitrate et de Bromure pendant une durée de 2 mois.

Les paramètres de simulation sont identiques.


ANNEXE 3

EVOLUTION DES CONCENTRATIONS EN POLLUANTS

MAJORITAIRES PAR FAMILLE DANS LES PUITS X1, X2 ET X3.

16-A

pr

23-A

pr

30-A

pr

7-M

ay

14-M

ay

21-M

ay

28-M

ay

4-Ju

n

11-J

un

18-J

un

25-J

un

2-Ju

l

9-Ju

l

16-J

ul

0

200

400

600

800

Co

nce

ntr

atio

n e

n µ

g/L

0

200

400

600

Co

nce

ntr

atio

n e

n µ

g/L

0

10

20

30

40

50

Con

cent

ratio

n en

µg/

L

HAP

BTEX

TPH




X1


16-A

pr

23-A

pr

30-A

pr

7-M

ay

14-M

ay

21-M

ay

28-M

ay

4-Ju

n

11-J

un

18-J

un

25-J

un

2-Ju

l

9-Ju

l

16-J

ul

0

400

800

1200

1600

2000

Co

nce

ntr

atio

n e

n µ

g/L

0

20

40

60

80

Con

cent

ratio

n en

µg/

L

0

4

8

12

16

Con

cent

ratio

n en

µg/

L

HAP

BTEX

TPH




X2


16-A

pr

23-A

pr

30-A

pr

7-M

ay

14-M

ay

21-M

ay

28-M

ay

4-Ju

n

11-J

un

18-J

un

25-J

un

2-Ju

l

9-Ju

l

16-J

ul

0

400

800

1200

Co

nce

ntr

atio

n e

n µ

g/L

0

40

80

120

160

Con

cent

ratio

n en

µg/

L

0

4

8

12

16

20

Con

cent

ratio

n en

µg/

L

HAP

BTEX

TPH




X3


ANNEXE 4

DETAILS DES CALCULS DU TAUX DE RESTITUTION POUR LE

BROMURE ET LE NITRATE

Les cellules en jaune représentent les périodes d’arrêt de la boucle

date débit (m3/h) Flux sortie (kg/jour) cumul sortie (kg) Flux dosage (kg/jour) cumul dosage (kg) injection nette (kg/jour) cumul injection nette (kg) ratio cumul sortie/cumulinjection nette19-avr 2,50 0,00 0,00 1,01 1,01 1,01 1,01 0,00020-avr 2,50 0,04 0,04 3,46 4,47 3,50 4,51 0,00921-avr 2,50 0,05 0,09 1,59 6,06 1,63 6,15 0,01422-avr 0,00 0,00 0,09 0,00 6,06 0,00 6,15 0,01423-avr 0,00 0,00 0,09 0,00 6,06 0,00 6,15 0,01424-avr 0,00 0,00 0,09 0,00 6,06 0,00 6,15 0,01425-avr 0,00 0,00 0,09 0,00 6,06 0,00 6,15 0,01426-avr 2,50 0,07 0,16 19,19 25,25 19,26 25,41 0,00627-avr 2,50 1,34 1,50 3,46 28,72 4,80 30,21 0,05028-avr 2,50 1,33 2,82 3,46 32,18 4,79 35,00 0,08129-avr 2,50 1,54 4,36 3,46 35,64 5,00 40,00 0,10930-avr 2,50 1,64 6,00 3,46 39,11 5,11 45,11 0,13301-mai 2,50 1,63 7,63 3,46 42,57 5,09 50,20 0,15202-mai 2,50 1,67 9,30 3,46 46,03 5,13 55,33 0,16803-mai 2,50 1,66 10,96 3,46 49,49 5,13 60,46 0,18104-mai 2,50 1,83 12,79 3,46 52,96 5,29 65,75 0,19505-mai 2,50 1,90 14,68 3,46 56,42 5,36 71,11 0,20706-mai 2,50 1,99 16,67 3,46 59,88 5,45 76,56 0,21807-mai 2,50 2,05 18,73 3,46 63,35 5,52 82,08 0,22808-mai 2,50 2,10 20,83 3,46 66,81 5,57 87,64 0,23809-mai 2,50 2,19 23,02 3,46 70,27 5,65 93,30 0,24710-mai 2,50 2,21 25,23 3,46 73,74 5,67 98,97 0,25511-mai 2,50 2,31 27,54 3,46 77,20 5,77 104,74 0,26312-mai 2,50 2,38 29,92 3,46 80,66 5,84 110,58 0,27113-mai 2,50 2,47 32,39 3,46 84,13 5,94 116,52 0,27814-mai 2,50 2,54 34,94 3,46 87,59 6,01 122,53 0,28515-mai 2,50 2,59 37,52 3,46 91,05 6,05 128,58 0,29216-mai 2,50 2,64 40,16 3,46 94,52 6,10 134,68 0,29817-mai 2,50 2,41 42,57 3,46 97,98 5,87 140,55 0,30318-mai 2,50 2,48 45,05 3,46 101,44 5,94 146,50 0,30819-mai 2,50 2,55 47,60 3,46 104,91 6,01 152,51 0,31220-mai 2,50 2,55 50,16 3,46 108,37 6,02 158,53 0,31621-mai 2,50 2,56 52,72 3,46 111,83 6,02 164,55 0,32022-mai 2,50 2,58 55,30 3,46 115,30 6,05 170,60 0,32423-mai 2,50 2,61 57,91 3,46 118,76 6,07 176,67 0,32824-mai 2,50 2,62 60,53 3,46 122,22 6,09 182,75 0,33125-mai 2,50 2,64 63,17 3,46 125,69 6,10 188,85 0,33426-mai 2,50 2,68 65,85 3,46 129,15 6,14 195,00 0,33827-mai 2,50 2,72 68,57 3,46 132,61 6,18 201,18 0,34128-mai 2,50 2,74 71,31 3,46 136,07 6,21 207,38 0,34429-mai 2,50 2,77 74,08 3,46 139,54 6,23 213,62 0,34730-mai 2,50 2,87 76,95 3,46 143,00 6,34 219,95 0,35031-mai 2,50 2,73 79,68 3,17 146,18 5,91 225,86 0,35301-juin 0,00 0,00 79,68 0,00 146,18 0,00 225,86 0,35302-juin 0,00 0,00 79,68 0,00 146,18 0,00 225,86 0,35303-juin 0,00 0,00 79,68 0,00 146,18 0,00 225,86 0,35304-juin 0,00 0,00 79,68 0,00 146,18 0,00 225,86 0,353

BROMURE

05-juin 0,00 0,00 79,68 0,00 146,18 0,00 225,86 0,35306-juin 0,00 0,00 79,68 0,00 146,18 0,00 225,86 0,35307-juin 0,00 0,00 79,68 0,00 146,18 0,00 225,86 0,35308-juin 2,50 0,79 80,47 21,07 167,24 21,86 247,72 0,32509-juin 2,50 3,45 83,92 0,00 167,24 3,45 251,16 0,33410-juin 2,50 3,29 87,21 0,00 167,24 3,29 254,45 0,34311-juin 2,50 3,31 90,52 0,00 167,24 3,31 257,76 0,35112-juin 2,50 3,29 93,81 0,00 167,24 3,29 261,06 0,35913-juin 2,50 3,30 97,12 0,00 167,24 3,30 264,36 0,36714-juin 2,50 3,28 100,40 0,00 167,24 3,28 267,64 0,37515-juin 2,50 3,26 103,65 0,00 167,24 3,26 270,90 0,38316-juin 2,50 3,24 106,89 0,00 167,24 3,24 274,14 0,39017-juin 2,50 3,15 110,04 0,00 167,24 3,15 277,29 0,39718-juin 2,50 3,12 113,16 0,00 167,24 3,12 280,41 0,40419-juin 2,50 3,06 116,23 0,00 167,24 3,06 283,47 0,41020-juin 2,50 2,97 119,20 0,00 167,24 2,97 286,44 0,41621-juin 2,50 2,87 122,07 0,00 167,24 2,87 289,31 0,42222-juin 2,50 2,81 124,87 0,00 167,24 2,81 292,12 0,42723-juin 2,50 2,75 127,62 0,00 167,24 2,75 294,87 0,43324-juin 2,50 2,77 130,39 0,00 167,24 2,77 297,64 0,43825-juin 2,50 2,79 133,18 0,00 167,24 2,79 300,43 0,44326-juin 2,50 2,70 135,88 0,00 167,24 2,70 303,13 0,44827-juin 2,50 2,61 138,49 0,00 167,24 2,61 305,73 0,45328-juin 2,50 2,48 140,97 0,00 167,24 2,48 308,21 0,45729-juin 2,50 2,45 143,42 0,00 167,24 2,45 310,67 0,46230-juin 2,50 2,43 145,85 0,00 167,24 2,43 313,09 0,46601-juil 2,50 2,39 148,24 0,00 167,24 2,39 315,48 0,47002-juil 2,50 2,35 150,59 0,00 167,24 2,35 317,83 0,47403-juil 2,50 2,29 152,88 0,00 167,24 2,29 320,12 0,47804-juil 2,50 2,23 155,11 0,00 167,24 2,23 322,36 0,48105-juil 2,50 2,22 157,33 0,00 167,24 2,22 324,57 0,48506-juil 2,50 2,20 159,53 0,00 167,24 2,20 326,77 0,48807-juil 2,50 2,15 161,68 0,00 167,24 2,15 328,92 0,49208-juil 2,50 2,10 163,78 0,00 167,24 2,10 331,03 0,49509-juil 2,50 2,08 165,87 0,00 167,24 2,08 333,11 0,49810-juil 2,50 2,06 167,92 0,00 167,24 2,06 335,17 0,501

date débit (m3/h) Flux sortie (kg/jour) cumul sortie (kg) Flux dosage (kg/jour) cumul dosage (kg) injection nette (kg/jour) cumul injection nette (kg) ratio cumul sortie/cumulinjection nette19-avr 2,50 0,00 0,00 4,14 4,14 4,14 4,14 0,00020-avr 2,50 0,06 0,06 14,21 18,35 14,27 18,42 0,00321-avr 2,50 0,08 0,14 6,51 24,86 6,59 25,01 0,00622-avr 0,00 0,00 0,14 0,00 24,86 0,00 25,01 0,00623-avr 0,00 0,00 0,14 0,00 24,86 0,00 25,01 0,00624-avr 0,00 0,00 0,14 0,00 24,86 0,00 25,01 0,00625-avr 0,00 0,00 0,14 0,00 24,86 0,00 25,01 0,00626-avr 2,50 0,02 0,16 78,74 103,60 78,75 103,76 0,00227-avr 2,50 4,20 4,36 14,21 117,81 18,40 122,16 0,03628-avr 2,50 3,59 7,94 14,21 132,02 17,79 139,96 0,05729-avr 2,50 3,76 11,71 14,21 146,22 17,97 157,93 0,07430-avr 2,50 3,67 15,37 14,21 160,43 17,88 175,81 0,08701-mai 2,50 3,35 18,73 14,21 174,64 17,56 193,37 0,09702-mai 2,50 3,17 21,89 14,21 188,85 17,37 210,74 0,10403-mai 2,50 2,93 24,82 14,21 203,06 17,14 227,88 0,10904-mai 2,50 3,05 27,87 14,21 217,26 17,26 245,13 0,11405-mai 2,50 2,94 30,81 14,21 231,47 17,14 262,28 0,11706-mai 2,50 2,94 33,74 14,21 245,68 17,14 279,42 0,12107-mai 2,50 2,89 36,63 14,21 259,89 17,09 296,52 0,12408-mai 2,50 2,84 39,47 14,21 274,10 17,05 313,57 0,12609-mai 2,50 2,84 42,31 14,21 288,30 17,05 330,61 0,12810-mai 2,50 3,42 45,73 14,21 302,51 17,63 348,24 0,13111-mai 2,50 3,46 49,19 14,21 316,72 17,67 365,91 0,13412-mai 2,50 3,46 52,65 14,21 330,93 17,67 383,58 0,13713-mai 2,50 3,69 56,35 14,21 345,14 17,90 401,48 0,14014-mai 2,50 3,75 60,10 14,21 359,34 17,96 419,44 0,14315-mai 2,50 3,77 63,87 14,21 373,55 17,98 437,42 0,14616-mai 2,50 3,81 67,67 14,21 387,76 18,01 455,43 0,14917-mai 2,50 3,68 71,36 14,21 401,97 17,89 473,32 0,15118-mai 2,50 3,65 75,01 14,21 416,18 17,86 491,18 0,15319-mai 2,50 3,62 78,63 14,21 430,38 17,83 509,02 0,15420-mai 2,50 3,57 82,20 14,21 444,59 17,78 526,80 0,15621-mai 2,50 3,52 85,72 14,21 458,80 17,72 544,52 0,15722-mai 2,50 3,48 89,20 14,21 473,01 17,68 562,20 0,15923-mai 2,50 3,44 92,63 14,21 487,22 17,64 579,85 0,16024-mai 2,50 3,38 96,01 14,21 501,42 17,59 597,44 0,16125-mai 2,50 3,33 99,34 14,21 515,63 17,54 614,98 0,16226-mai 2,50 3,22 102,56 14,21 529,84 17,43 632,40 0,16227-mai 2,50 3,10 105,67 14,21 544,05 17,31 649,71 0,16328-mai 2,50 3,13 108,80 14,21 558,26 17,34 667,05 0,16329-mai 2,50 3,16 111,96 14,21 572,46 17,37 684,42 0,16430-mai 2,50 3,10 115,06 14,21 586,67 17,31 701,73 0,16431-mai 2,50 3,05 118,11 13,02 599,70 16,07 717,80 0,16501-juin 0,00 0,00 118,11 0,00 599,70 0,00 717,80 0,16502-juin 0,00 0,00 118,11 0,00 599,70 0,00 717,80 0,16503-juin 0,00 0,00 118,11 0,00 599,70 0,00 717,80 0,16504-juin 0,00 0,00 118,11 0,00 599,70 0,00 717,80 0,165

NITRATE

05-juin 0,00 0,00 118,11 0,00 599,70 0,00 717,80 0,16506-juin 0,00 0,00 118,11 0,00 599,70 0,00 717,80 0,16507-juin 0,00 0,00 118,11 0,00 599,70 0,00 717,80 0,16508-juin 2,50 0,62 118,72 86,43 686,13 87,05 804,85 0,14809-juin 2,50 2,68 121,41 0,00 686,13 2,68 807,53 0,15010-juin 2,50 2,55 123,96 0,00 686,13 2,55 810,08 0,15311-juin 2,50 2,66 126,62 0,00 686,13 2,66 812,75 0,15612-juin 2,50 2,63 129,25 0,00 686,13 2,63 815,38 0,15913-juin 2,50 2,48 131,73 0,00 686,13 2,48 817,85 0,16114-juin 2,50 2,38 134,11 0,00 686,13 2,38 820,24 0,16315-juin 2,50 2,28 136,39 0,00 686,13 2,28 822,52 0,16616-juin 2,50 2,06 138,45 0,00 686,13 2,06 824,58 0,16817-juin 2,50 1,75 140,20 0,00 686,13 1,75 826,33 0,17018-juin 2,50 1,37 141,57 0,00 686,13 1,37 827,70 0,17119-juin 2,50 1,05 142,62 0,00 686,13 1,05 828,75 0,17220-juin 2,50 0,84 143,46 0,00 686,13 0,84 829,58 0,17321-juin 2,50 0,62 144,07 0,00 686,13 0,62 830,20 0,17422-juin 2,50 0,60 144,67 0,00 686,13 0,60 830,80 0,17423-juin 2,50 0,59 145,26 0,00 686,13 0,59 831,39 0,17524-juin 2,50 0,68 145,94 0,00 686,13 0,68 832,07 0,17525-juin 2,50 0,78 146,73 0,00 686,13 0,78 832,85 0,17626-juin 2,50 0,68 147,40 0,00 686,13 0,68 833,53 0,17727-juin 2,50 0,57 147,98 0,00 686,13 0,57 834,11 0,17728-juin 2,50 0,44 148,42 0,00 686,13 0,44 834,54 0,17829-juin 2,50 0,36 148,77 0,00 686,13 0,36 834,90 0,17830-juin 2,50 0,28 149,05 0,00 686,13 0,28 835,18 0,17801-juil 2,50 0,32 149,37 0,00 686,13 0,32 835,49 0,17902-juil 2,50 0,35 149,72 0,00 686,13 0,35 835,85 0,17903-juil 2,50 0,30 150,02 0,00 686,13 0,30 836,15 0,17904-juil 2,50 0,24 150,26 0,00 686,13 0,24 836,39 0,18005-juil 2,50 0,21 150,47 0,00 686,13 0,21 836,60 0,18006-juil 2,50 0,18 150,65 0,00 686,13 0,18 836,78 0,18007-juil 2,50 0,19 150,84 0,00 686,13 0,19 836,96 0,18008-juil 2,50 0,20 151,03 0,00 686,13 0,20 837,16 0,18009-juil 2,50 0,20 151,24 0,00 686,13 0,20 837,36 0,18110-juil 2,50 0,21 151,44 0,00 686,13 0,21 837,57 0,181


ANNEXE 5

DETAILS DES CALCULS DE LA QUANTITE DE NITRATE DEGRADEE

POUR LA PREMIERE PERIODE

Les cellules en jaune représentent les périodes d’arrêt de la boucle

date injection (kg) pourcentage dilution (%) Quantité dilution (kg) pourcentage perte (%) Quantité perte totale (kg) Quantité dégradée (kg) cumul (kg)19-avr 4,144 96,139 3,984 98,458 4,080 0,096 0,09620-avr 14,272 98,642 14,078 99,443 14,192 0,114 0,21021-avr 6,591 0,21022-avr 0,000 0,21023-avr 0,000 0,21024-avr 0,000 0,21025-avr 0,000 0,21026-avr 78,753 93,038 73,270 94,671 74,556 1,286 1,49627-avr 18,405 72,396 13,324 80,521 14,820 1,495 2,99228-avr 17,793 67,949 12,090 78,846 14,029 1,939 4,93129-avr 17,972 67,149 12,068 79,591 14,304 2,236 7,16730-avr 17,876 68,080 12,170 81,245 14,523 2,353 9,52001-mai 17,561 67,270 11,813 81,973 14,395 2,582 12,10202-mai 17,374 67,557 11,737 83,148 14,446 2,709 14,81103-mai 17,136 64,389 11,034 82,197 14,085 3,052 17,86204-mai 17,259 64,161 11,073 82,989 14,323 3,250 21,11205-mai 17,144 62,863 10,777 82,875 14,208 3,431 24,54306-mai 17,144 62,321 10,684 83,171 14,259 3,575 28,11707-mai 17,093 61,861 10,574 83,371 14,251 3,677 31,79408-mai 17,050 60,683 10,347 83,345 14,211 3,864 35,65809-mai 17,048 60,936 10,388 79,946 13,629 3,241 38,89910-mai 17,627 59,268 10,447 80,366 14,166 3,719 42,61811-mai 17,669 58,792 10,388 80,399 14,206 3,818 46,43512-mai 17,671 57,656 10,189 79,095 13,977 3,788 50,22413-mai 17,902 57,170 10,235 79,043 14,150 3,916 54,13914-mai 17,960 56,913 10,221 79,010 14,190 3,969 58,10815-mai 17,978 56,371 10,134 78,834 14,173 4,038 62,14616-mai 18,013 60,510 10,900 79,557 14,331 3,431 65,57717-mai 17,891 57,783 10,338 79,580 14,237 3,900 69,47718-mai 17,861 57,108 10,200 79,710 14,237 4,037 73,51419-mai 17,832 57,512 10,256 79,979 14,262 4,006 77,52020-mai 17,778 57,459 10,215 80,222 14,262 4,047 81,56721-mai 17,724 57,114 10,123 80,389 14,248 4,125 85,69222-mai 17,684 56,896 10,061 80,571 14,248 4,187 89,87923-mai 17,644 56,788 10,019 80,826 14,261 4,241 94,12024-mai 17,591 56,634 9,962 81,068 14,261 4,298 98,41825-mai 17,538 56,101 9,839 81,656 14,321 4,482 102,90026-mai 17,425 55,739 9,713 82,185 14,321 4,608 107,50927-mai 17,312 55,613 9,628 81,909 14,180 4,552 112,06128-mai 17,340 55,386 9,604 81,779 14,180 4,576 116,63729-mai 17,368 53,885 9,358 82,132 14,264 4,906 121,54330-mai 17,311 56,910 9,852 82,400 14,264 4,413 125,956

QUANTITE DE NITRATE DEGRADEE SUR LA PREMIERE PERIOD E


ANNEXE 6

DETAILS DES CALCULS DE LA QUANTITE DE NITRATE DEGRADEE

POUR LA SECONDE PERIODE

Il s’agit de faire une différence entre deux aires sous la courbe. Il faut intégrer les équations

de ces courbes entre les bornes choisies (ici 42,5 et 810).

Les équations sont sous la forme y = b*exp(-a*t).

L’intégrale d’une telle équation est : ∫ −=810

5,42

).*exp(* dttabI

I = -b/a*[exp(-a*810)-exp(-a*42,5)]

Calcul de I pour (2) :

Y = exp(-0,004148895107 * X) * 68,62488492

a = 0,004148895107 ; b = 68,62488492

I = 25711

Calcul de I pour (3) :

Y = exp(-0,000735800222 * X) * 68,62488492

a = 0,000735800222 ; b = 68,62488492

I = 39004

Différence :

∆I = 25711

Calcul de la quantité de nitrate correspondant :

L’unité de ΔI est le mg.L-1

.h. Il faut multiplier le résultat par le volume injecté (débit*temps

d’injection c’est-à-dire 2,5 m3/h*767,5 heures) pendant la période correspondante, et

diviser le résultat par le temps (767,5 heures) pour obtenir une masse.

On trouve une masse de nitrate dégradée de 64,3 kg.

SUMMARY

An oil pipeline owned by SPSE (Société du Pipeline Sud-Européen) burst in the Réserve

Naturelle des Coussouls de Crau on the 7th of August, 2009. 5 hectares of the site were

damaged by the spill of 4,800 m3 of crude oil. Despite an emergency response pollution

quickly reached the aquifer creating a film of floating hydrocarbons. The plume of dissolved

pollutants is currently the main ecological and health risk.

Floating hydrocarbons recovery techniques quickly showed their limits and did not prevent

oil dissolution and water contamination. It has been proven that Natural Attenuation has a

strong degradation potential on the site. It is a solution currently being considered for long-

term risk management. If Natural Attenuation cannot be implemented another alternative is

proposed: Enhanced Natural Attenuation, also called biostimulation. It consists of providing

microorganisms with nutrients and electron acceptors which are currently missing in the

aquifer in order to allow efficient oil degradation. This report aims to study the feasibility of

biostimulation on the site of Coussouls de Crau.

The pilot test is a Dipole Flow and Reactive Tracer Test (DFRTT) meaning it consists of a

pumping well and an injection well in which water pumped is then reinjected. It is supposed

to work as a closed circuit. The nitrate ion is the chosen electron acceptor because of its high

solubility compared to oxygen, its easy implementation, and because it does not adsorb in

soils. NaNO3 is used in the pilot test. Bromide is also injected as a non-biodegradable tracer.

It will allow the calculation of dilution in the system and calculation of a denitrification rate.

The circuit is also enriched with phosphates.

Analytical monitoring in wells showed oil degradation, regardless of the type of pollutant.

The quantity of nitrates consumed by microorganisms is estimated to be either 190 kg or

270 kg depending on which calculation method is applied. The corresponding quantity of

hydrocarbons degraded is respectively 36 or 50 kg. This represents a degradation rate of

either 0.52 kg/day or 0.73 kg/day. After completion of analytical monitoring, a numerical

modelling should be done. Implementation of biostimulation on the scale of the site remains

to be defined.

Key words: oil pipeline, hydrocarbons, in situ bioremediation, nitrate, Dipole Flow and

Reactive Tracer Test.

RESUME

Le 7 août 2009, un oléoduc appartenant à la société SPSE (Société du Pipeline Sud-

Européen) s’est rompu au cœur de la Réserve Naturelle des Coussouls de Crau, entraînant

un déversement de 4800 m3 de pétrole brut sur environ 5 ha. Malgré une intervention

immédiate, la pollution a rapidement atteint la nappe phréatique et une lentille de produit

flottant s’est formée. La principale menace aujourd’hui vient du panache de polluants

dissous dans la nappe.

Les techniques de récupération du produit flottant dans la nappe utilisées actuellement

ont montré leurs limites et ne permettent pas de freiner la dissolution de pétrole et de ce

fait la contamination des eaux. L’Atténuation Naturelle, dont le fort potentiel a été montré

sur site, est envisagée comme solution de gestion des risques à long terme. Dans l’hypothèse

où cette solution ne serait pas envisageable, une alternative est proposée : l’Atténuation

Naturelle Dynamisée ou biostimulation, qui consiste à apporter à la flore indigène les

nutriments et accepteurs d’électrons qui lui manquent pour permettre une dégradation

efficace du pétrole. L’étude de faisabilité de biostimulation in situ sur le site des Coussouls

de Crau fait l’objet de ce rapport.

L’essai pilote de biostimulation est un circuit théoriquement fermé constitué d’un puits de

pompage et d’un puits d’injection, dans lequel sont réinjectées les eaux pompées.

L’accepteur d’électrons injecté est le nitrate, apporté sous forme de sel (NaNO3). Il a été

choisi en raison de sa solubilité très supérieure à celle de l’oxygène, de sa facilité d’apport et

du fait qu’il n’est pas retenu par les sols. Un traceur conservatif, le bromure, est injecté avec

le nitrate. Il va permettre de déterminer la dilution subie dans la boucle et les quantités de

nitrate consommées par les micro-organismes. Du phosphate est également apporté.

Le suivi analytique a mis en évidence dans les puits de l’essai une dégradation des

polluants, toutes familles confondues. La quantité de nitrate dégradée au sein de la boucle

est évaluée à 190 ou 270 kg, selon les méthodes, ce qui correspond respectivement à 36 ou

50 kg d’hydrocarbures dégradés. Cela représente un taux de dégradation de 0,52 ou 0,73 kg

d’hydrocarbures/jour respectivement. La réalisation d’une modélisation numérique de

l’essai est prévue après l’arrêt complet des analyses. Les modalités d’une application de la

biostimulation à l’échelle du site restent à définir.

Mots-clés : oléoduc, hydrocarbures, biostimulation, nitrate, boucle de

pompage/réinjection.

sciences et ingénierie agronomiques, forestières,...

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