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Presentation Transcript


1: Localisation du site Dominic D’Amours Étudiant au doctorat Département génie chimique Hiver 2006

2: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 2

3: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 3 Plan Méthode de protection du site Option de réhabilitation de l’eau souterraine Méthode de protection du site Positionnement des puits

4: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 4 Définition d’un sol Qu’est ce que du SOL? Génie civil: « views soil as a geologic body possessing physical properties, suitable as construction material or as a body upon which structures and facilities can be built. » Géologue: « views soil primarily in its natural state, created over long periods of time, which transport water at rates dependent upon its physical composition. » Hydrologue: « views soil as a naturally occurring porous body that effects the rate direction of water flow, due to the size of its interconnecting pores. » Agronomes: « views soil as a natural medium for the growth of land plant. » Pédologue (classificateur de sol): « views soil as a natural body comprised of soil layers (horizons) residing near the soil surface, each distinct, unique morphology. » Chimiste du sol: « views soil as a naturally occuring, unconsolidated material residing above bedrock which supports numerous physical, chemical, and microbial reactions. » 

5: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 5 Textures Colloïdes Argile - moins de 0.004 mm Silt (fin, moyen et gros) - 0.004 à 0.062 mm Sable (fin, moyen et gros) - 0.062 à 2 mm Gravier (fin, moyen et gros) – 2 à 64 mm

6: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 6 Textures

7: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 7 Triangle de texture

8: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 8 Structure du sol

9: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 9 Masse volumique

10: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 10 Courbe de granulométrie

11: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 11 Porosité et indice des vides

12: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 12 Porosité et indice des vides

13: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 13 Type de porosité Porosité primaire: elle correspond aux pores ou interstices contemporains de la formation de la roche ou du sol, comme les fractures de refroidissement des basaltes. Porosité secondaire: elle correspond aux pores ou interstices postérieurs à la formation de la roche ou du sol, comme les fractures de décompression à la suite du dégel des glaciers. Porosité efficace: elle correspond aux pores et interstices reliés qui permettent l’écoulement gravitaire des liquides. Elle est reliée à la notion d’emmagasinement de l’eau dans un matériau. Porosité effective: elle correspond aux pores et interstices reliés à l’état saturé qui permettent l’écoulement. Elle est généralement supérieur à la porosité efficace, parce qu’à l’état saturé de l’eau pelliculaire peut circuler. Elle est calculée à partir de la vitesse moyenne de l’eau souterraine déterminée par un essai de traceur non réactif.

14: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 14 Exemple de porosité Gravier 25-40 % Sable 25-50 % Silt 35-50 % Argile 40-70 % Basalte fracturé 5-50 % Calcaire karstifiés 25-50 % Grès 5-30 % Shale 0-10 % Roche cristalline saine 0-5 %

15: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 15 Classification de l’eau interstitielle Eau gravitaire: fraction de l’eau souterraine qui se draine sous l’action des forces de gravité uniquement. C’est eau est mobilisable par drainage et pompage dans un aquifère a nappe libre. Eau de rétention: fraction de l’eau maintenue dans les interstices à la surface des grains ou sur des microfissures par la force d’attraction moléculaire. On distingue l’eau pelliculaire qui peut être libérée par centrifugation et l’eau adsorbée qui ne sera libérée que par évaporation en étuve. Eau capillaire: fraction de l’eau soumise à la force de tension superficielle au-dessus de la surface de la nappe.

16: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 16 Classification de l’eau interstitielle Capacité de rétention (« specific retention ») Le rapport du volume d’eau retenue dans un matériau au volume total de ce matériau sec (=teneur en eau volumique de rétention = n(1-Sr)). Elle exclut donc l’eau gravitaire et inclut l’eau pelliculaire et l’eau adsorbée. Par abus de langage, on l’appelle eau cappilaire. Capacité au champ (« field capacity ») Le rapport de la masse d’eau retenue dans un matériau à la masse de ce matériau sec (= teneur en eau massique de rétention), suite au drainage gravitaire.

17: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 17 Nappes et aquifère Nappe: contenu = eau souterraine Aquifère: contenant dans lequel l’eau souterraine circule Nappe phréatique Du grec phrear-atos signifiant un puits ou nappe d’eau dénotant l’extrémité supérieur de la zone de saturation en l’absence d’un horizon imperméable susjacent; correspond au niveau auquel l’eau se stabilise dans un puits perforé dans un aquifère libre.

18: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 18 Aquifère, aquitard aquiclude Aquifère: une unité géologique totalement ou partiellement saturée en eau, d’où l’on peut extraire de l’eau par pompage de façon économique. (Ex: non consolidés: sable et gravier; consolidés: grès, calcaires, roches fracturées ou altérées) Aquitard: une unité géologique totalement ou partiellement saturée en eau, d’où on ne peut pas extraire d’eau par pompage de façon économique, mais qui est assez perméable pour laisser percoler des quantités d’eau appréciables quand on se place à l’échelle du kilomètre carré ou plus. (Ex: argiles, silts et shales) Aquiclude: une unité géologique totalement ou partiellement saturée en eau, dans laquelle l’eau ne circule pas du tout. (Ex: roche ignée et métamorphique non fracturées) Une exception - une vue d’esprit.

19: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 19 Types d’aquifères Nappe captive: unité géologique totalement saturée, située entre un plancher « imperméable » (aquitard inférieur) et un plafond ou toit « imperméable » (aquitard supérieur). L’eau est sous pression. Nappe libre: unité géologique partiellement saturée, limitée par un plancher « imperméable » et où il existe une surface sur laquelle la pression de l’eau est égale à la pression atmosphérique. Niveau fluctue en fonction des infiltrations. Nappe perchée: cas spécial d’aquifère à nappe libre au-dessous duquel il existe une 2e surface sur laquelle la pression de l’eau est égale à la pression atmosphérique.

20: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 20 Types d’aquifères Nappe semi-captive: unité géologique partiellement totalement saturée, située entre un plancher « semi-imperméable » et un plafond « semi-imperméable ». Nappe semi-libre: unité géologique partiellement saturée, où il existe une surface sur laquelle la pression de l’eau est égale à la pression atmosphérique, et limitée par un plancher « semi-imperméable ».

21: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 21 Types d’aquifères

22: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 22 Types d’aquifères

23: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 23 Types d’aquifères

24: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 24 Puits d’eau Artésien: Dérivé du mot français Artois, une province du nord de la France. C’est à cet endroit que le 1er puits profond fut foré dans un aquifère captif et étudié dans les années 1750. Ce terme fesait originalement référence qu’aux puits jaillissant mais maintenant, il s’applique à tout les types de puits foré dans un aquifère captif (Todd, 1980). Jaillissant: Puits, forage artésien débitant, ou capable de débiter, spontanément au niveau du sol : puits exploitant une nappe captive - ou dans certaines conditions la partie inférieure d'une nappe libre - dont le niveau piézométrique est au-dessus du sol.

25: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 25 Puits d’observation/ Piézomètre Puits d’observation Puits sans pompage servant à mesurer l’élévation de la nappe phréatique ou de la surface piézométrique et à échantillonner les eaux souterraines. Un puits d’observation est généralement de plus grand diamètre et crépiné sur la totalité de sa l’épaisseur de l’aquifère. Surface piézométrique Surface imaginaire coïncidant avec la pression hydrostatique de l’eau dans un aquifère donné. Piézomètre Un instrument utilisé pour mesurer la charge hydraulique à un point donné dans le sous-sol; Un puit sans pompage généralement de petit diamètre, utilisé pour mesurer l’élévation de la nappe phréatique ou de la surface piézométrique. Crépiné sur une plus courte section qu’un puit d’observation. Pas nécessairement conçu pour collecter des échantillons d’eau, mais les puits d’observation le sont.

26: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 26 Puits d’observation

27: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 27 Piézomètre

28: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 28 Nids de puits

29: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 29 Écoulement de l’eau souterraine

30: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 30 Écoulement de l’eau souterraine Zone vadose: Zone au-dessus de la nappe phréatique Les pores sont partiellement saturées en eau (zone radiculaire, vadose intermédiaire) et saturées en eau (zone capilaire) L’eau est sous pression négative Zone capillaire: De la nappe phréatique jusqu’à la limite de la remontée capilaire Pression négative Zone saturée: Zone sous la nappe phréatique Les pores sont complètement saturés en eau Pression positive

31: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 31 La loi de Darcy

32: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 32 Vitesse de Darcy – vitesse moyenne d’écoulement

33: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 33 Écoulement de l’eau souterraine

34: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 34 Ligne d’écoulement et équipotentiel

35: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 35 Ligne d’écoulement et équipotentiel

36: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 36 Conductivité hydraulique C’est le paramètre mesurant dans une direction de l’écoulement la perméabilité d’un milieu poreux vis-à-vis de l’eau (« hydrau »), pour une densité et une viscosité cinématique constante. Symbole: K (appelé également coefficient de perméabilité) Dimension: longueur/temps (vitesse) Unités: cm/jour, cm/an (hydrogéologie)

37: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 37 Perméabilité C’est un paramètre caractérisant le milieu poreux dans une direction. On mesure dans cette direction la perméabilité du milieu vis-à-vis d’un fluide homogène quelconque, indépendamment des caractéristiques du fluide. Symbole: k Dimension: surface Unités: cm2, Darcy (1 Darcy = 9,87 x10-9 cm2)

38: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 38 Conductivité hydraulique

39: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 39 Conductivité hydraulique

40: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 40 Conductivité hydraulique Détermination in-situ: Theis (ideal) Hantush-Jacob (leaky) Neuman (libre) Puits image (avec frontière)

41: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 41 Équation d’écoulement saturé en régime permanent

42: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 42 Sources de pollution Diffuse: Fertilisants et pesticides agricoles Sels déglaçants Retombées atmosphériques Ponctuelle: Sites industriels contaminés Réservoirs souterrains Déversements accidentels Parcs de résidus miniers Lieux de gestion des déchets dangereux Pipelines Lieux d’élimination des déchets, neiges usées Entreposage des fumiers Cimetières, etc.

43: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 43 Devenir des contaminants LNAPL: Light non-aqueous phase liquids – moins dense que l’eau (ex: essence, diesel & huiles) DNAPL: Dense non-aqueous phase liquids – plus dense que l’eau (ex: créosote et solvants chlorés)

44: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 44 LNAPL / DNAPL

45: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 45 Devenir d’un déversement de diesel - LNAPL

46: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 46 Migration/transport des contaminants

47: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 47 Migration/transport des contaminants Processus impliqués dans le transport des contminants Processus physiques: Advection Dissolution Adsorption Volatilisation Processus de transformation: Chimique Biologique

48: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 48 Migration avec et sans biodégradation

49: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 49 Politique/règlement du MDDEP Politique de protection des sols et de réhabilitation des terrains contaminés Annexe 2 : Les critères génériques pour les sols et pour les eaux souterraines http://www.mddep.gouv.qc.ca/sol/terrains/politique/annexe_2_grille_eaux.htm Le Règlement sur le captage des eaux souterraines en bref http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/souterraines/index.htm

50: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 50 Politique/règlement du MDDEP Étude d’impact nécessaire pour des centres de capacité de traitement de 100 000 t.m. Caractérisation initiale (bruit de fond) et remettre le site dans le même état lors du démantèlement du centre. Utiliser des technologies respectueuses de l’environnement Système accrus de protection: Puits d’approvisionnement en eau potable Ressource d’eau souterraine irremplaçable (l’implantation du centre peut même être refusée)

51: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 51 Guide du MDDEP Guide de détermination d’aires d’alimentation et de protection de captage d’eau souterraine http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/souterraines/alim-protec/index.htm Système d'information hydrogéologique (SIH) Le SIH est un outil de recherche qui vous permet d'obtenir de l'information sur plus de 125 000 puits installés et forages effectués sur le territoire québécois depuis l'entrée en vigueur du Règlement sur les eaux souterraines, en 1968. On peut y trouver de l’information entre autres sur les niveaux d'eau statique et dynamique, les descriptions lithologiques, la profondeur des puits, les méthodes de forage et les matériaux de cuvelage. Le système comporte actuellement seize champs d’information. Pour accéder au SIH: http://132.203.71.97/index.html

52: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 52 Caractérisation environnemental d’un site Étude environnemental de site Phase I: Reconnu par l’Association Canadienne de Normalisation (ACNOR), une phase 1 est une étude normalisée et reconnue qui permet d'évaluer l'état actuel et le passif environnemental d'une propriété résidentielle, commerciale ou industrielle. Cette étude comporte l'examen de l'historique du site, une inspection des lieux et la récupération des renseignements disponibles auprès des autorités gouvernementales, municipales et auprès d'anciens employés ou propriétaires. L'évaluation environnementale de site permet de quantifier les risques environnementaux affectant un site et devient donc un outil décisionnel nécessaire avant toute transaction. Étude environnemental de site Phase II: Suite à la réalisation d'une phase I, dans le cas où des indices de contamination potentielle sont décelés sur un site ou si des contraintes environnementales sont connues sur le site (réservoirs souterrains, zones d'entreposage de matières résiduelles, etc.), la réalisation d'une étude de caractérisation permet de confirmer la présence ou l'absence de contaminants. Les résultats de caractérisation permettent de déterminer le type de polluant, de cibler les secteurs et les médiums contaminés et d'évaluer l'ampleur de la contamination. Ces études comportent la réalisation de sondages et le prélèvement d'échantillons par notre laboratoire accrédité et selon les normes environnementales reconnues.

53: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 53 Caractérisation environnemental d’un site Étude environnemental de site Phase III: Une fois les contaminants identifiés, les volumes de contamination connus et les impacts sur l'environnement évalués, on est en mesure de définir les mesures d'intervention efficaces. Une solution de restauration est proposée au client après avoir évalué toutes les options possibles.

54: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 54 Caractérisation environnemental d’un site Caractérisation des sols Forages, tranchées à la pelle rétrocaveuse, échantillonnage des sols et détermination de la stratigraphie, analyse physico-chimiques Caractérisation des eaux souterraines: Localisation et description des puits d’observation Recueil de données physiques (stratigraphie, granolométrie, porosité) Détermination du sens et la vitesse d’écoulement des eaux Inventaire des puits dans un rayon de 1 km Détermination du bruit de fond Établissement d’un plan de suivi des eaux souterraines et de surface (2 fois par ans pour les contaminants contenus dans la demande de C.A.) Aviser le MDDEP de tout dépassement ou incident

55: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 55 Contamination d’un centre de traitement des sols Soumis à la Politique de protection des sols et réhabilitation des terrains contaminés Il faut décontaminer! Toute contamination accidentel (déversement, un bris d’équipement ou autre raison) devra être réhabilitée de façon à ce que le sol et les eaux souterraines retrouvent la qualité d’avant déversement Importance de la caractérisation initiale!

56: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 56 Option de réhabilitation de l’eau souterraine Critères génériques d’usage Politique de protection des sols et de réhabilitation des terrains contaminés Annexe 2 : Les critères génériques pour les sols et pour les eaux souterraines http://www.mddep.gouv.qc.ca/sol/terrains/politique/annexe_2_grille_eaux.htm Comparaison avec les teneurs de fond Redonner au terrain la qualité qu’il avait avant l’implantation (votre cas pour un centre de traitement de sol implanté après en vigueur de cette Politique) Évaluation d’impact des activités et des sols contaminés sur la qualité des eaux souterraines L’impact réel ou appréhendé est défini sur la base des critères de la qualité de l’eau au lieu d’impact Classification des eaux souterraines http://www.mddep.gouv.qc.ca/sol/terrains/politique/annexe_2_tableau1_seuils.htm Seuils d’alertes http://www.mddep.gouv.qc.ca/sol/terrains/politique/annexe_2_tableau1_seuils.htm

57: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 57 Procédure d’intervention sur les eaux souterraines

58: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 58 Classification des eaux souterraines Classe I: Hautement vulnérable et irremplaçable pour une population substantielle ou vitale écologiquement Classe IIA: Source courante d’eau de consommation Classe IIB: Source potentielle d’eau de consommation Classe IIIA: N’est pas une source de consommation: degré de liaison hydraulique intermédiaire à élevé; de piètre qualité; ne peut être purifiée ou ne présente pas un potentiel suffisant en quantité ou ne peut être considérée d’un point de vue économique Classe IIIB: N’est pas une source d’eau de consommation: faible degré de liaison hydraulique, de piètre qualité et ne peut être purifié

59: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 59 Méthode de protection du site Captage des lixiviats Recouvrement des piles de sol avec des géomembrane Captage des eaux de pluie Géomembranes sous les aires de traitement Instrumentation d’un site La politique du MDDEP n’est pas très spécifique à ce niveau. Puits d’observation Piézomètre Sonde de détection des fuites Foreuse Accessoires d’échantillonnage de puits Enregistreur de niveau d’eau Sonde à interface huile/eau Pompe Waterra Hydrolift II

60: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 60 Géomembranes

61: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 61 Géomembranes

62: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 62 Puits d’observation

63: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 63 Piézomètre

64: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 64 Nids de puits

65: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 65 Puits d’observation vs piézomètre

66: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 66 Foreuse

67: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 67 Accessoires d’échantillonnage de puits

68: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 68 Accessoires d’échantillonnage de puits

69: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 69 Positionnement des puits Plan horizontal Plan vertical Tenir compte des différents types d’aquifères NAPL/DNAPL

70: GCH 6311 – Conception et gestion des centres de traitement des sols 70 Références Todd, David Keith. 1980. Groundwater Hydrology, Second Edition, John Wiley & Sons, Inc., Berkeley, Ca, USA. Chapuis, Robert P. 1999. Guide des essais de pompage et leurs interprétation, Les publication du Québec, Ste-Foy, Québec, Canada. Dragun, James. 1998. The Soil Chemistry of Hazardous Materials, Second Édition, Amherst Scientific Publishers, Amherst, Massachusetts, USA.

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