Le transport d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans les sols non saturés
Résumé
In industrialized countries, numerous brownfields polluted with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and heavy metals are identified. Some of these pollutants are carcinogenic and mutagenic. Their migration through the soil and their likely downward transfer to the water table should be investigated. Field scale studies are essential to determine the possible impacts on groundwater, human beings and ecosystems. The aim of this PhD work carried out in the frame of the GISFI (French Scientific Interest Group working on Industrial Brownfields) was to assess PAH transport in a former coking plant soil using an original lysimetric system. The lysimeter was filled with 3 tons of a polluted soil (PAH: 5 g/kg). It was a stainless steel column (2 m high, 1.124 m diameter) equipped with tensiometers, TDR probes and suction cups at three depths (50, 100 and 150 cm). Therefore water was sampled at four levels: 50, 100, 150 and 200 cm (free drainage water at the bottom of the lysimeter). It was submitted to the natural atmospheric conditions and its surface was bare. The 16 US EPA PAHs were monitored in pore water (3 levels) and in the leaching water, at the outlet of the lysimeter. PAH concentrations in water were very low (below 1.5 μg/L) in the four sampling levels. They were below or in the range of the solubility. This study showed that PAH release was highly dependent on the water content of the soil.
Dans les régions à forte tradition industrielle, comme la Lorraine, l’arrêt des usines métallurgiques et des cokeries a généré de vastes superficies de friches industrielles. Les sols de ces friches peuvent être pollués par des contaminants organiques, comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), des métaux tels que le cadmium, le plomb, le zinc ou encore des cyanures. Les HAP sont des composés organiques neutres, hydrophobes et apolaires. Leur limite de solubilité dans l’eau à 20 °C varie entre 32 mg/L, pour les plus solubles comme le naphtalène, et 10-4 mg/L pour les moins solubles comme l’indéno[1,2,3- cd]pyrène. Certains de ces composés sont cancérigènes et/ou mutagènes (HAP, cadmium). Ces polluants peuvent être fortement retenus dans les sols et les sédiments, mais peuvent également migrer et atteindre les ressources en eau. Il est donc indispensable d’étudier et de prévoir leur migration dans les sols ainsi que leur éventuel transfert vers la nappe phréatique, pouvant résulter en la contamination de la nappe et en l’exposition des personnes et des écosystèmes. En général, l’étude des mécanismes régissant le transport des polluants dans les sols est réalisée d’abord en laboratoire, en réacteur fermé, puis par des expériences en colonnes, de petites dimensions (10 cm de diamètre et 20 cm de haut au maximum) et qui sont remplies avec une terre tamisée, ce qui peut amplifi er ou masquer certains phénomènes. De plus, la majeure partie des études est réalisée en conditions d’écoulement saturées (tout l’espace poral du sol est rempli d’eau), alors que, dans la plupart des cas, la pollution pénètre dans le sol par la zone non saturée (un mélange d’eau et d’air est présent dans l’espace poral du sol). Pour conduire des études dans des conditions représentatives de la réalité, il est donc nécessaire d’étudier le sol en conditions non saturées afi n de mettre en évidence l’infl uence d’un mélange d’eau et d’air sur la migration et la réactivité des contaminants. L’objectif de ce travail de thèse (réalisé au GISFI - Groupement d’Intérêt Scientifi que sur les Friches Industrielles - en partenariat avec l’INERIS) était d’évaluer la migration des HAP dans un système qui reflète au mieux les conditions du terrain, et de comparer les résultats avec ceux obtenus en colonne de laboratoire. Il a été choisi de travailler à une échelle intermédiaire entre le laboratoire et le terrain, en utilisant une colonne lysimétrique originale (2 m de hauteur), soumise aux conditions naturelles régnant sur un site, pendant une période de suivi de 15 mois.
Domaines
Sciences de l'environnement
Origine : Publication financée par une institution