Chapitre I. Devenir des HAP dans le sol : présentation des processus et approches de 3. Les modèles de dynamique des HAP Assez peu de modèles présentés dans la littérature sont dédiés aux HAP dans le sol. Nous présentons ici une synthèse sur un ensemble de modèles décrivant la dynamique des HAP dans le sol (voir le Tableau I.5). L’analyse des différents modèles conduit alors aux remarques suivantes : 1) Tous les modèles, à l’exception de celui de Thiele-Bruhn and Brümmer (2005), ont été testés en conditions de laboratoire. La structuration et l’application du modèle sont généralement conduites sur des réacteurs de type batch, excepté pour le modèle de Sabbah et al. (2004) qui a été appliqué à une colonne de sol. A ce jour, aucun modèle global dédié aux HAP incluant l’ensemble des processus majeurs contrôlant le devenir de HAP dans les sols (i.e. adsorption, biodégradation, transport , interaction avec la matière organique (MO) du sol naturelle ou exogène) n’a été proposé et 2) Les HAP de faible poids moléculaire (3 ou 4 cycles benzéniques) sont souvent les molécules utilisées dans les modèles (Tableau I.5). Ces molécules sont choisies du fait de leur mobilité significative en comparaison avec les autres molécules de HAP. Les données de la littérature sur les cinétiques de HAP sont très peu renseignées. Ces cinétiques sont souvent déterminées à l’aide de données expérimentales mesurées sur des périodes qui varient entre quelques semaines et quelques mois (excepté dans Thiele-Bruhn and Brümmer (2005) où elles sont éstimées sur une période de 168 semaines). Néanmoins, la validité de ces cinétiques déterminées dans les conditions de laboratoire n’a pas été testée à l’échelle du terrain. 3) Tous ces modèles ont été testés pour une seule situation (soit un sol agricole, soit un sol de friche industrielle). Il n’y a pas de modèle dont l’aptitude a été testée pour des gammes de concentrations étendues. 4) Le problème de la libération des HAP avec l’incorporation d’amendement organique dans le sol est rarement traité. Parmi les 8 modèles examinés, le modèle de Geng et al.(2015) est le seul qui a permis de simuler la dynamique des HAP dans un sol amendé par du compost. Le couplage entre le sous-modèle de dynamique de la matière organique et celui du polluant organique (Figure I.8) a permis de modéliser l’effet de la décomposition du compost sur la croissance de la biomasse dégradant les HAP (par voie co-métabolique), et il a également permis de modéliser l’effet du compost sur l’affinité des HAP pour la matrice solide en intégrant l’adsorption sur la matrice « sol-compost ». Cependant, le modèle montre certaines limitations. Par exemple, il est basé sur une structure utilisant un compartiment unique pour le sol amendé et le compost apporté alors que ce mélange pourrait être représenté par deux compartiments distincts. Il est possible d’utiliser le modèle pour simuler la dynamique des HAP lors d’une expérience de laboratoire dans lequel le mélange sol-compost peut être considéré comme une seule phase, mais le modèle avec sa structure actuelle n’est pas applicable dans le cas où le sol reçoit au champs des apports répétés de compost au cours du temps. 5) Le modèle de Kästner et al.(2014) est le seul qui permet de simuler le compartiment biogénique des résidus non extractibles de polluant dans le sol (Figure I.9). Les modèles de polluants organiques ne font souvent pas la différence entre les compartiments physico-chimiques et biogéniques des résidus liés. 6) L’adsorption et la biodégradation, qui sont les deux principaux processus responsables de la dynamique des HAP dans le sol, ont été modélisés différemment suivant les modèles. Cela indique qu’il n’existe pas de consensus entre les modélisateurs sur la façon de modéliser les processus de biodégradation et d’adsorption. Les hypothèses, les concepts et les unités des paramètres sont assez différents entre modèles. Il est donc difficile de comparer les différentes structures des modèles et de comparer les valeurs des paramètres entre les modèles. Concernant la biodégradation, les deux différences majeures entre les modèles sont : o 1) le choix de la fraction bio-disponible utilisable par les biomasses microbiennes dégradantes, c’est souvent la fraction liquide (libre & associée aux colloïdes) qui est considérée comme la fraction biodisponible pour les biomasses microbiennes. Dans certains modèle (comme Fragoulis et al., 2005)), la fraction adsorbée est biodisponible). o 2) la modélisation des voies de biodégradation : il peut s’agir d’une seule voie (Kästner et al., 2014; Thiele-Bruhn and Brümmer, 2005; Wick et al., 2001) ou de deux voies de biodégradation (Fragoulis et al., 2005; Geng et al., 2015)) et leur description mathématique (certains modèles utilisent seulement la cinétique de Monod (Kästner et al., 2014; Wick et al., 2001) et d’autres utilisent la cinétique de Monod combinée avec une cinétique du premier ordre (Fragoulis et al., 2005; Geng et al., 2015). Concernant l’adsorption, les modèles utilisent souvent deux phases d’adsorption (Geng et al., 2015; Johnson et al., 2001; Kästner et al., 2014; Sabbah et al., 2004) dont une cinétique réversible du premier ordre. Il n’existe pas de consensus sur la façon de définir les différents compartiments du modèle par rapport aux fractions adsorbées. Tableau I.5. Synthèse des 8 modèles de dynamique des HAP dans le sol identifiés dans la littérature Référence Type de modèle Processus majeurs modélisés Type de HAP Échelle d’application Échelle de temps (semaines) Commentaires Ads Biodg Tra MO Rav-Acha and Rebhun, 1992 équilibre oui PHE Batch - L’adsorption se fait sur trois phases : la surface du sol, le polluant libre et la MOD+ dans la solution du sol Johnson et al., 2001 dynamique oui PHE Batch laboratoire 36 Tester 6 modèles différents d’adsorption Sabbah et al., 2004 dynamique oui oui PHE FLT laboratoire Colonne - Wick et al., 2001 dynamique oui ANT Batch laboratoire 3.5 Thiele-Bruhn and Brümmer, 2005 dynamique oui 15HAP Batch (jar) 168 Les données sont issues d’incubations de sols de friches qui sont réalisées en conditions atmosphériques extérieures Fragoulis et al., 2005 dynamique oui oui PHE laboratoire Batch 58 Geng et al., 2015 dynamique oui oui oui FLT Batch laboratoire 20 sol agricole Kästner et al., 2014 dynamique oui oui ANT laboratoire Batch 1.5 sol de friche le modèle est aussi utilisé dans Adam et al. (2014) et Rein et al. (2016) Ads : adsorption, Biodg : biodégradation, Tra : transport, MO : matières organiques PHE : phénanthrène, FLT : fluoranthène, ANT : anthracène Figure I.8. Structure générale du modèle de Geng et al. (2015) Figure I.9. Structure générale du modèle de Kästner et al. (2014) Dans le document Modélisation de la dynamique des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans des sols soumis à un gradient de contamination allant d’un contexte agricole à un contexte industriel (Page 41-45)
