chantal de fouquet ecole des mines de paris géosciences - géostatistique
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Evaluation du terme source pour l’étude des risques : pourquoi améliorer la reconnaissance des sites? Evaluating the pollution stock for risks study : why improve the sites survey ?. Chantal de Fouquet Ecole des mines de Paris géosciences - géostatistique chantal.de_fouquet @ensmp.fr. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Evaluation du terme source pour l’étude des risques : pourquoi améliorer la
reconnaissance des sites?
Evaluating the pollution stock for risks study : why improve the sites survey ?
Chantal de FouquetChantal de FouquetEcole des mines de Paris Ecole des mines de Paris
géosciences - géostatistiquegéosciences - géostatistiquechantal.de_fouquet @ensmp.frchantal.de_fouquet @ensmp.fr
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Introduction1. Incertitudes sur les teneurs
Incertitudes on the grades
2. Incertitudes sur les volumes polluésIncertitudes on the polluted volumes
3. Incertitudes sur les paramètres de l’écoulementIncertitudes on the flow parameters
Conclusion
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IntroductionHistoire du site, remaniements, contexte hydrogéologique
► chaque site est particulier► variabilité spatiale, hétérogénéités► incertitudes teneurs volumes : extension à 3Dimensions paramètres de l’écoulement
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Introduction Prévisions : transfert à la nappe traitement du site► quantification du terme source► reconnaissance du milieu► estimation des teneurs en place
- krigeage, incertitude associée- probabilité de dépassement de seuil
► simulations pour l’étude de risque - adapter le modèle à la réalité
- études de sensibilité aux paramètres mal connus
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1. Incertitudes sur les teneursIncertitudes on the grades
Exemple : ancien site pétrochimiquehydrocarbures totauxéchantillonnés sur deux niveauxresserrement local de l’échantillonnage
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1 2 3 4
log10 Hydrocarbures
0.00
0.05
0.10
0.15
Freq
uenc
e
a) 0 500 1000 1500
X (m)
0
500
1000
Y (m
)
Implantation des mesures
1 2 3 4 5
log10 HC fond
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20 Frequences
0 1 2 3 4
log10 HC surface
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
Frequences
0 1 2 3 4 5
log10 HC surface
0
1
2
3
4
5
log10 HC fond
Relation entre teneur et profondeur
Teneurs dans les sols d’un ancien site pétrochimique
7
Estimation des teneurs pour des blocs de 25mx25m
Krigeage
0 500 1000 1500
X (m)
0
500
1000
Y (m)
>=20001000750500250<100
0 500 1000 1500
X (m)
0
500
1000 Y
(m)
>=450400350300250<200
Ecart-type de krigeage
unité : ppm
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Estimation des teneurs pour des blocs de 25m x 25m
Krigeage
0 500 1000 1500
X (m)
0
500
1000
Y (m)
>=20001000750500250<100
0 500 1000 1500
X (m)
0
500
1000 Y
(m)
>=450400350300250<200
Ecart-type de krigeage
0 500 1000 1500
X (m)
0
500
1000
Y (m
)
unité : ppm
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2. Incertitudes sur les volumes Incertitudes on the volumes
Friche de cokerie, reconnue par plusieurs campagnes successives
profondeur : 2m puis 4mPuis prospection du site à la pelle mécanique (programme de recherche du ministère de l’environnement)
profondeur investiguée : jusqu’à 6m
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Deux coupes verticales
Thiry et al., 2000
0 m
3 m
5 m sable, béton, laitier
grossier à briques réfractaires
matériaux concassés
laitier avec structures de verse
limons argileux
gravier imprégné de bitume nappe
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Observations lors de la prospection
Dans quelques fosses, les travaux à la pelle mécanique ont atteint les alluvions.Baignant dans la nappe, elles sont imprégnées par des goudrons sur environ 1 m d'épaisseur. La moitié Est de la friche est remblayée sur 2 à 4 m par des laitiers qui n'ont pu être traversés.Des sondages seraient nécessaires pour mesurer l’épaisseur de ces remblais.Thiry et al, 2000.
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Relation entre la teneur en plomb et la profondeur
47600 47800
Plomb
14300
14500
0 1 2 3 4
profondeur echantillon
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Pb
0 1 2 3 4 5 6
profondeur echantillon
0.00
0.05
0.10
0.15
1ère campagne 2ème campagne
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Relation entre la teneur en HAP et la profondeur
Isatis
47500
47500
47600
47600
47700
47700
47800
47800
47900
47900
14100 14100
14200 14200
14300 14300
14400 14400
14500 14500
14600 14600
logHAP(donnees totales)
fosses 91-93 fosses 95 autres
log HAP
profondeur
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Extension verticale de la pollution
quel critère d’arrêt de la reconnaissance en profondeur lors de l’échantillonnage ?
le volume des sols pollués et le tonnage de la pollution en place restent inaccessibles lorsque l’extension verticale de la pollution n’est pas reconnue
- dimensionnement de la dépollution ?- quantification du terme source pour l’étude du transfert à la nappe
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3. Incertitudes sur les paramètres de l’écoulementIncertitudes on the flow parameters
Prévoir -l’extension d’un panache de pollution-le temps d’arrivée de la pollution à la nappe, à un captage, à un cours d’eau Modélisation numérique de l’écoulementParamétrage : perméabilité, porosité,teneur en eau à saturation...
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Les simulations géostatistiques pour reproduire la variabilité spatiale du
milieu
Marco De Lucia, et al. 2007
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Example : radioactive marker flow
Context : transport in the unsaturated zone
Purpose : uncertainties amplitude, through a fixed model, due to the hydrodynamic parameters spatial variability.
S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP
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Methodology
-pedological pit for the porosity
-infiltrometry for Ks, VG parameters and n
-effective pluviometry
Model fittinggeostatistics
5m
2m
Sampling surveys from a soil of a real site:
Flow and transport simulationswith stochastics fields
Uncertainties amplitude(velocities, flux)
Small domain
S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP
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Model fitting: the boundary conditions
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0 5 10 15 20
number of months
effe
ctiv
e pl
uvio
met
ry fl
ux
(m/m
onth
)
Unsaturated zone
Saturated zone
15 m
5 m
Modelled zone
2D unsaturated medium
Succion = 0 imposed condition
Zero-flux were imposed on the lateral boundaries of the domain.
time serie of monthly
effective rainfall
S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP
observation
20S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP
Simulation 1
Simulation 2
Concentration (mol.m-2)
Homogeneous A non reactive water (H3) tracer injected to a few cm of surface
After 3 months
Preferential pathways on the simulations
Software ESTEL 2D (EDF R&D)
Simulations results: uncertainty on the plume
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Résultats de simulations – Modèle fixé Flux de 3H traversant la section située à z = 0.5 m (soit 50 cm au-dessus de la nappe)
30 simulations Intervalle d’incertitude
Pluies variables dans le temps flux/vitesse, équivalent à une concentration
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0.018
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
nombre de mois
Flux
123456789101112131415161718192021222324252627282930
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0.018
0 5 10 15 20
nombre de mois
Flux
moyenneminimummaximumhomogène
S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP
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Flux/vitesse de 3H traversant la section située à z = 0.5 m (soit 50 cm au-dessus de la nappe)
Biais entre le milieu homogène et la moyenne des simulation Incertitude sur la date d’arrivée du panache dans la nappe (2ème ou 3ème mois).
Résultats de simulations – Modèle fixé
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
nombre de mois
Flux
/vite
sse
123456789101112131415161718192021222324252627282930
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0 5 10 15 20
nombre de mois
Flux
/vite
sse moyenne
minimum
maximum
homogène
S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP
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0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0 5 10 15 20
nombre de mois
Flux
/ vi
tess
e
modèle moyen
modèle à simulationsindépendanteshomogène à moyennearithmétiquemodèle à faible variance
homogène à moyennegéométriquemodèle à faible portée
à « tirage » fixé, influence du modèle sur la date d’arrivée et la durée de passage du panache sa concentration
Incertitudes sur le modèle : étude de sensibilité
S. Mazuel et al., 2006. EDF-EMP
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Conclusion Reconnaissance des sites et étude exploratoire des données sont nécessaires- échantillonnage systématique - extension verticale des pollutions mesures géophysiques, mesures rapides sur site- cartographie & précision de l’estimation
- précision est-elle suffisante pour une dépollution sélective
ou pour le suivi du traitement sur site
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Risque de transfert à la nappe Incertitudes sur • le terme source : teneurs, volume• l’écoulement et sa modélisation
- conditions aux limites- lois reliant certains paramètres : porosité,
perméabilité
améliorer la connaissance de certains mécanismes- variabilité spatiale de ces paramètres
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Bibliographiede Fouquet C., Prechtel A., Setier J. C. 2004. Estimation de la teneur en
hydrocarbures totaux du sol d’un ancien site pétrochimiques : étude méthodologique. Oil&Gas Science and Technology- Rev. IFP, 59(3) 275-295
Mazuel S., de Fouquet C., Chilès J.-P., Goblet P., Krimissa M. 2006. geostatistical modelling for the quantification of uncertainties on the unsaturated zone and the groundwater transfer. Groundwater hydraulics in complex environments. IAHR, Toulouse.
de Fouquet C. 2006. La modélisation géostatistique des milieux anthropisés. Habilitation à diriger des recherches. Mémoire des Sciences de la Terre n° 2006-13. Université Pierre-et-Marie Curie, Académie de Paris