Chapitre 3 Description et modèle conceptuel du site d’étude
3.1 Description du Site
3.1.2 Origines et maitrises des sources de pollution
3.1.2.1 Historique
Entre juillet 1992 et décembre 1997, quatre déversements accidentels de gazole (GO) ont été recensés. L’incident le plus important est survenu en novembre 1996, suite au percement (probablement sous l’effet de la corrosion) de la canalisation souterraine de GO alimentant les postes de distribution (entre l’ancien parc à cuves et la station-service). Les pertes ont été estimées entre 25 et 30 m3. Du fait de la faible perméabilité des terrains encaissants, le produit a migré le long des réseaux enterrés. Le diagnostic réalisé en février 1997 montre une accumulation des hydrocarbures en poches en raison de la forte hétérogénéité des terrains rencontrés. Le produit a ensuite été remobilisé par la nappe présente à environ 3 m de profondeur sur le site. Afin de récupérer un maximum de produit, plusieurs opérations de pompage ont été réalisées de décembre 1996 à février 1997. La quantité de produit récupérée par ces opérations est de 10 m3.
Essais de pompage
Diagraphie au sel
Piézomètres Conductivités hydrauliques (m/s)
P1 - 4.10-6 P2 - 6.10-6 P3 - 1.10-5 P4 - 8.10-6 P5 - 1.10-5 Pz2 5.10-6 6.10-6 Pz4 3.10-6 2.10-5 Pz7 - 2.10-5 Pz10 - 4.10-6 Pz11 - 1.10-5 Pz12 - 7.10-6
En novembre 1997, un déversement d’hydrocarbures a été constaté dans un ruisseau rejoignant la rivière Y. Un écart de 9 m3 a été constaté dans les stocks de GO. Le curage du ruisseau et un barrage flottant sur la rivière ont été mis en place. Par la suite, en décembre 1997, des travaux de modernisation de l’ensemble des infrastructures pétrolières ont été engagés sur la station : l’ancien parc à cuves a été entièrement démantelé, et un nouveau parc a été installé à l’est des postes de distribution. Des travaux de dépollution ont consisté à l’excavation et au traitement in-situ des terres présentant des teneurs en HCT comprises entre 2 010 et 5 300 mg/kg MS. Pour des raisons techniques, l’excavation n’a pas pu être réalisée au-delà de 4 m de profondeur.
Les données historiques de déversements accidentels ne font état que de fuites de gazole. Cependant, les impacts en hydrocarbures, mais surtout en BTEX, observés dans les sols et les eaux souterraines, témoignent de pollutions par des essences ou supercarburants sans qu’un lien ne puisse être fait avec des évènements accidentels recensés. Il apparait donc qu’il y a probablement eu des fuites diffuses des cuves contenant de l’essence au niveau de l’ancien parc à cuves.
3.1.2.2 Sondages et analyses de sols
Entre septembre 2006 et juin 2012, trois campagnes d’analyses des sols ont été réalisées. Les zones des postes de distribution et de l’ancien parc à cuves ont été investiguées. Seuls les résultats d’analyses des sondages situés dans la zone de l’ancien parc à cuves sont présentés dans cette partie. En septembre 2006, des sols ont été prélevés en six endroits différents à l’emplacement des anciennes cuves de stockages. Les sols prélevés au niveau du sondage S6 présentent un impact en BTEX à 4 m de profondeur (cf. Figure 3-6). Aucun impact en BTEX n’a été mesuré sur les cinq autres sondages, situés au sud du sondage S6, et qui ont fait l’objet de prélèvement à 3 m et 4 m de profondeur (résultats non présentés).
En octobre 2010, des analyses de sols ont été réalisés lors de l’implantation de trois piézomètres et d’un piézair. Les sols des sondages S10, S11 et S12, correspondant aux piézomètres Pz10, Pz11 et Pz12 ne montrent aucun impact en hydrocarbures. Le dernier sondage, S2, a été installé à l’aval immédiat de l’ancien parc à cuves. Les analyses montrent une pollution des sols en BTEX entre 2 et 4 m de profondeur (cf. Figure 3-6) ainsi qu’en hydrocarbures lourds (HCT C10-C40) entre 2 et 3 de profondeur (de 200 à 450 mg/kg MS).
Dans le cadre du projet BIOPHY, huit sondages de sols en carottage sonique sous gaine et un sondage à la pelle mécanique ont été réalisés. Cette méthode permet d’éviter le remaniement des terrains et la volatilisation des contaminants, et notamment des BTEX. Les échantillons de sols ont été analysés selon le protocole Macaoh (Côme et al., 2007b), qui préconise une extraction au méthanol sur site pour éviter la perte des composés volatils tels que les BTEX. L’implantation des sondages S8, S9, S10, S11, S12 et S13 (correspondant respectivement aux piézomètres Pz20, P1, P2, P3, P4 et P5) ainsi que les sondages S2’, S6’ et S7 et les résultats d’analyses associés à ces points sont présentés Figure 3-6. Les résultats montrent une pollution des sols en BTEX, à l’aval de l’ancien parc à cuves, au droit des sondages S9/P1 et S12/P4, et dans une moindre mesure au niveau de S11/P3 et S2’. On note aussi une contamination des sols en benzène au niveau des postes de distribution, au droit du sondage S8/Pz20.
Figure 3-6 : Teneur en BTEX de sols prélevés en septembre 2006 pour S6, en octobre 2010 pour S2 et en juin 2012 pour S2’, S6’, S7, S8/Pz20, S9/P1, S10/P2, S11/P3, S12/P4 et S13/P5 entre 3 et 4 m de profondeur, excepté pour S10/P2 et S13/P5 ainsi que pour S12/P4 (uniquement pour le benzène) entre 4,5 et 5 m de profondeur.
Des analyses concernant les additifs tels que l’ETBE et le MTBE ont été effectuées. Seuls les sols du sondage S8/Pz20 situé au niveau des postes de distribution présentent une pollution au MTBE et à l’ETBE entre 2 et 3,5 m de profondeur, respectivement de l’ordre de 2,46 et 0,25 mg/Kg MS (résultats non présentés).
Une pollution aux hydrocarbures lourds (HCT C10-C40) a été mise en évidence entre 2,5 et 3,5 m de profondeur, à hauteur de 8 900 et 2 300 mg/kg MS au droit des sondages S8/Pz20 et S6, et dans une moindre mesure en S7 et S9/P1, entre 3 et 4 m de profondeur (environ 1 300 et 1 000 mg/kg MS respectivement) (résultats non présentés).
Ces observations mettent en évidence deux types de contamination en hydrocarbures pétroliers : (i) en HCT C10-C40 et en benzène au niveau des postes de distribution et (ii) en BTEX au droit et à l’aval immédiat de l’ancien parc à cuves. Dans ce travail nous étudierons plus précisément cette dernière pollution.
NB : La teneur en BTEX des sols est déterminée par extraction méthanolique (réalisée en laboratoire en septembre 2006 et octobre 2010, et sur site en juin 2012) suivie d’une analyse par espace de tête statique et dosage par GC/MS7 selon la norme NF ISO 22155 mise en œuvre par un laboratoire extérieur privé. L’incertitude analytique sur la mesure est de 45 %. Les hydrocarbures totaux (HCT C10-C40) ont été analysés par un laboratoire extérieur privé selon la norme NF ISO 16703 en septembre 2006 et octobre 2010 et par extraction à l’hexane et l’acétone et dosage par GC/FID8 selon la norme NF ISO 14039 en juin 2012. L’incertitude analytique sur la mesure est de 19 %.
3.1.2.3 Localisation de la zone source résiduelle
La présence d’hydrocarbures dans les sols a pu être mise en évidence, entre 2006 et 2012, sur les sondages S6, S2, S9/P1, S11/P3 et S12/P4. De plus, la réalisation d’une tranchée drainante et de puits en juillet 2013 (cf. paragraphe 3.2) ont mis en exergue la présence d’hydrocarbures en aval de l’ancien parc à cuves.
Figure 3-7 : Traces d’hydrocarbures relevées dans les sols lors de la réalisation du sondage S12 en juin 2012 (photo du haut) et d’une tranchée drainante en juillet 2013 (photo du bas à gauche) et précision du contexte géologique (photo du bas à droite).
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Chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (en anglais Gas chromatography-mass spectrometry ou GC-MS).
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Chromatographie en phase gazeuse couplée à un détecteur à ionisation de flamme (en anglais Gas chromatography / flame ionization detector ou GC/FID).
Lors des campagnes terrain de juin 2012 et juillet 2013, des indices visuels, illustrés Figure 3-7, montrent clairement l’imprégnation des sols en hydrocarbures sous forme de taches centimétriques à décimétriques disséminées sans lien apparent avec la lithologie entre 3 et 5 m de profondeur. La tranchée drainante est localisée à l’aval immédiat de la coupe BB’ présentée Figure 3-8 (la nature de cette tranchée sera précisée au paragraphe 3.2).
La localisation des indices de type organoleptiques, analyses PID9 et analyses en laboratoire (présentées au paragraphe précédent) mis en évidence au cours des investigations menées sur le site depuis septembre 2006 sont présentées Figure 3-8. Ces indices font état de la présence d’hydrocarbures dans les sols sous ses différentes formes : phase gazeuse, phase solide (adsorbé), phase liquide (dissous) et phase organique (pure). La distinction entre ces différentes phases est souvent délicate. Néanmoins, d’après ces données, la zone source résiduelle s’étend vraisemblablement sur une surface d’environ 900 m2, illustrée sur la carte présentée Figure 3-8, entre 3 et 5 m de profondeur. Cependant on note la présence de BTEX, a priori sous forme dissoute, en profondeur dans l’aquifère, que ce soit au niveau de la zone source résiduelle (en P4) ou le long de l’écoulement de la nappe (de P3 à Pz12).
3.1.2.4 Quantité de contaminants dans la zone source résiduelle
L’analyse d’un échantillon de sol permet de déterminer la concentration totale en composés de type hydrocarbures présents potentiellement sous différentes formes : gazeuse, solide (adsorbé), liquide (dissous) et organique (pure). Dans le cas d’une zone source présentant de fortes saturations en composés organiques (1% en ordre de grandeur), alors il est possible de négliger les masses de polluant présentes dans les phases aqueuse et gazeuse par rapport à la masse de phase organique (Côme et al., 2007a). Cependant la part entre les hydrocarbures adsorbés et en phase organique dans les sols est difficile à déterminer. Par conséquent, les saturations en hydrocarbures au niveau de la zone source sont calculées sur la base des quantités d’hydrocarbures adsorbés et/ou en phase organique présentes dans les sols.
En utilisant les hypothèses précitées, les saturations en hydrocarbures sont calculées à partir de la relation suivante :
𝜃𝛽 = 𝜌𝑠 𝜌𝑜 ×
𝐶𝑡
𝜔𝑡 (3.1)
avec 𝜃𝛽la saturation de la phase organique [-], 𝜌𝑠 la masse volumique apparente du sol [ML-3], 𝜌𝑜 la masse volumique de la phase organique [ML-3], 𝐶𝑡 la concentration totale en composés dans les sols par unité de poids brut de sol [MM-1] et 𝜔𝑡 la porosité totale [-].
La porosité totale et la masse volumique de la phase organique (essence) ont été estimées à partir de la base de données du logiciel API Interactive LNAPL Guide(API, 2004) pour des limons et argiles sableux.
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Détecteur à photo-ionisation (PID), appareil portable qui fournit une indication semi-quantitative sur la présence de composés volatils dans un échantillon de sols.
Figure 3-8 : Coupes géologiques AA' et BB’, dont la localisation est précisée sur la carte en haut à droite, présentant le contexte géologique hétérogène au niveau du site et la localisation des indices de pollution des sols relevés soit par des analyses de sols soit par des observations organoleptiques.
La masse volumique apparente du sol a été estimée à partir de la relation suivante :
𝜌𝑠= 2.65 × (1 − 𝜔𝑡) (3.2)
L’ensemble des paramètres utilisés pour le calcul de la saturation en hydrocarbures dans les échantillons de sols, est présenté Tableau 3-1.
Masse volumique apparente du sol (kg/m3) 1590 Masse volumique de la phase organique (kg/m3) 730 Porosité totale (%) 40
Tableau 3-1 : Masse volumique apparente et porosité totale du sol étudié et masse volumique de l'essence.
Les saturations en hydrocarbures dans les sols calculés estimées à partir des analyses de sols sont présentées Tableau 3-2.
Sondages Altitude (mNGF) Saturation hydrocarbures (%) S6 (2006) 84,9 1,1 S2 (2010) 85,1 – 83,6 1,6 P1/S9 (2012) 84,1 – 83,7 2,4 P4/S12 (2012) 84,4 – 83,7 0,6 S2’ (2012) 85,9 0,5
Tableau 3-2 : Saturations en hydrocarbures estimées à partir des analyses de sols.
A partir des sondages de sols réalisés entre septembre 2006 et juin 2012 et d’une interpolation spatiale, le volume d’hydrocarbures dans les sols est estimé à 6,5 m3. Aucune donnée historique ne permet de vérifier ces résultats. De plus il existe plusieurs incertitudes liées à :
L’interpolation spatiale.
L’absence d’analyses des sols dans la zone située aux alentours du piézomètre Pz29, et plus généralement la faible quantité de sondages disponibles.
L’estimation de la porosité totale, qui a un impact direct sur les valeurs de saturation.
L’utilisation d’analyses provenant de sondages réalisés en 2006 et en 2009. Il est possible que la concentration dans les sols en hydrocarbure ait évolué depuis cette date.
Ces calculs font état de nombreuses hypothèses, et sont donc à considérer prudemment, mais peuvent servir de point de départ pour une étude de modélisation.