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SCERES

La plate-forme expérimentale SCERES du LHyGeS

publié le , mis à jour le

Responsable : Olivier Razakarisoa

Contact : oraza@unistra.fr
Tél : 03 88 10 67 97

Un grand modèle expérimental de nappe phréatique pour mesurer, modéliser et mieux comprendre les mécanismes de transfert réactif


Site labellisé de l’Observatoire de Recherche H+ en 2008

SCERES, Site Contrôlé Expérimental de Recherche pour la réhabilitation des Eaux et des Sols

Implantée depuis 1992 pour tester et valider les développements technologiques dans les études de mécanismes de contaminations d’hydrosystèmes souterrains, la plateforme expérimentale SCERES est issue de la volonté commune du CNRS, de l’Université de Strasbourg, de l’IFP, du groupe Générale des Eaux et du BURGEAP de financer sa construction et de disposer ainsi d’un site pilote expérimental contrôlé sur le Campus CNRS de Strasbourg-Cronenbourg. La plateforme reconstitue dans un bassin souterrain construit en béton armé étanche de 25 m sur 12 et d’une profondeur de 3 m, un aquifère à échelle réaliste et à granulométrie comparable à celle des alluvions du fossé rhénan. Cette installation est à la disposition des collaborations scientifiques (organismes de recherche, secteur privé, bureaux d’études, collectivités etc.) pour la réalisation des travaux et/ou projets de recherche et développement (R&D).

Equipé de plusieurs instruments de mesures de paramètres hydrodynamiques dans le sol (vitesse, débit, flux, pressions, teneur en eau, etc.) météorologiques (T°, Hr, Patm., vent, etc.), de puits et piézomètres ainsi que d’un réseau spatial de cellules de prélèvements d’échantillons d’eau et de gaz, ce grand dispositif unique en Europe par ses dimensions et ses caractéristiques, offre dans des conditions contrôlées l’opportunité de permettre également des acquisitions de données en situation quasi réelle.

Faire des travaux de recherche et s’intéresser aux processus à l’échelle de la plateforme SCERES sont des actions vitales requises par le LHyGeS afin de pouvoir aborder les concepts qui sont difficilement accessibles à l’échelle des modèles physiques réduits de laboratoire ou dans les investigations menées sur site industriel contaminé, comme par exemple l’évaluation du rôle de la frange capillaire ou la quantification des échanges entre la zone non saturée et la nappe souterraine.

SCERES, quelles motivations ?

Les principales approches disponibles pour faire progresser nos connaissances dans les études de mécanismes de transfert réactif sont fréquemment confrontées à des complications.

Dans l’approche faisant appel à des modèles physiques de laboratoire, les recherches sont souvent handicapées par la taille limitée des dispositifs expérimentaux utilisés ; pour l’approche où l’intervention est menée sur site réel, l’investigation peut être délicate car la quantification des mécanismes en jeu est souvent difficile à réaliser compte-tenu de la forte hétérogénéité des paramètres relatifs à l’hydrogéologie du site et des incertitudes liées à la connaissance de la zone source. Ces difficultés rencontrées aussi bien en laboratoire que sur site réel vont se répercuter sur la performance de l’approche mettant en œuvre les modèles mathématiques de simulation qui, pour leur pertinence, nécessitent l’acquisition de données fiables.

Face à cette situation a donc émergé les motivations de la plateforme SCERES qui incarne l’intermédiaire nécessaire entre l’échelle du laboratoire et celle du site industriel pour aborder en conditions contrôlées 3D les processus de transfert, et étudier de manière plus représentative (temps de séjour, vitesse, etc.) les mécanismes de contaminations d’hydrosystèmes souterrains.

SCERES, pour quoi faire ?

Parmi les travaux de recherche déjà abordés sur la plateforme SCERES, les mesures et analyses suivantes furent des exemples réalisées et peuvent être toujours poursuivies :

- La quantification des transferts (concentrations, flux, bilan de matières, etc.) dans les zones saturée et non saturée, la frange capillaire, à l’interface sol/air et/ou à travers des dalles de béton ;

- L’impact des flux d’eaux verticaux (battement de nappe) sur les transferts du polluant (produit pétrolier, solvant chloré, NAPL, etc.) dans la nappe, en zone non saturée et ses interfaces ;

- La prise en compte des paramètres météorologiques (Patm., T°, humidité, vent) et des états ponctuels du champ de pressions de l’air du sol dans la détermination du transport (diffusif et convectif) des vapeurs du polluant présents dans le sol vers l’air atmosphérique ;

- Les mesures en continu des variations spatio-temporelles des profils hydriques (capteurs capacitifs), des pressions et des températures de l’air du sous-sol via les centrales d’acquisition couplées aux différents capteurs ;
- Les simulations et tests numériques portant sur le transfert de vapeurs de polluant volatil (solvant chloré) vers l’atmosphère, les expériences de battement de nappe (effet de densité des mélanges gazeux, évaluation des perméabilités relatives de l’air du sol, etc.).

Quelques faits marquants

Les diverses actions déjà exercées sur la plateforme SCERES ont renforcé le transfert d’acquis scientifiques et de méthodes d’application concrète impliquant des retombées opérationnelles pour les diagnostics de cas de contamination, comme en témoignent ces quelques faits marquants :

- La démonstration in-situ de la capacité des solutions de tensioactifs à remobiliser le polluant résiduel piégé dans le sol vers le puits de pompage (déversement accidentel de 480 litres de gazole soumis à des battements de nappe, formulation de tensioactifs permettant une très bonne performance aussi bien sur le plan des flux des tensioactifs (perméabilité) que celui de l’efficacité de la récupération du polluant résiduel.

- L’importance des flux de vapeurs d’organo-halogénés volatils [trichloréthylène (TCE) et perchloréthylène (PCE)] dans l’air du sol (prédominance de la contamination sous forme gazeuse, dissolution des vapeurs, rôle de la frange capillaire, etc.) ;

- Le développement d’une approche de calcul visant à quantifier la distribution verticale en zone saturée d’un solvant chloré sous forme résiduelle à partir de concentrations en traces dissoutes mesurées à proximité de la zone source présumée. Cette approche innovante mise en œuvre sur SCERES, s’appuyant sur une inversion itérative des profils de concentrations et couplée avec une modélisation numérique du transfert et du transport a également été appliquée à un cas de pollution en PCE sur un site industriel ;

- L’évaluation des performances de plusieurs méthodes de caractérisation de zones sources de pollution par les organo-halogénés volatils menée dans le cadre du programme de R&D MACAOH - ADEME (2002-2007), [applicabilité de la méthode du traçage bisoluble (PITT), représentativité des prélèvements effectués dans les piézomètres, élaboration de méthodes et protocoles techniques permettant de guider les maîtres d’ouvrages et les bureaux d’études lors des diagnostics sur des sites industriels contaminés par des solvants chlorés] ;

- Dans le cadre du projet de R&D ANR FLUXOBAT, le développement et l’optimisation de dispositifs pour l’évaluation des transferts des pollutions volatiles présentes dans les sols vers l’air intérieur et/ou l’air atmosphérique ;

- Le benchmarking de plusieurs types de préleveur d’eau multi-niveaux dans l’eau souterraine et la conception d’un préleveur multi-niveaux innovant afin de mieux prendre en compte les hétérogénéités de distributions verticales de concentrations dans l’eau souterraine lorsqu’on effectue des prélèvements d’échantillons d’eau dans les piézomètres (projet de R&D PEMN-ADEME (2011-2016)).

Personnels permanents impliqués
S. Cotel (IR2 CNRS) ; P. Friedmann (TCN CNRS) ; O. Razakarisoa (IR1 CNRS) ; G. Schäfer (PU1 UNISTRA).