Objectifs du projet - Géosciences Montpellier

Optimisation de procédés de BIOdépollution des eaux souterraines
contaminées par des hydrocarbures par un monitoring
géoPHYsique et analyse de gaz en ligne
Contexte
Le projet BIOPHY s’inscrit dans la problématique de la dépollution des nappes d’eau souterraine, contaminées par des mélanges de composés organiques d’origine pétrolière.
En améliorant l’efficacité des méthodes de bio-dépollution, les outils de surveillance de l’activité de biodégradation doivent amener un gain sur le coût et la durée de la décontamination. En outre,
l’intégration dans un modèle de transport réactif des données de surveillance acquises au cours de la dépollution, complétées par des mesures isotopiques, permettra de gagner en confiance sur les
performances du traitement, et par conséquent favoriser l’acceptabilité de la technique, par les donneurs d’ordres, institutionnels ou privés.
En jouant simultanément sur les deux principaux verrous qui freinent à l’heure actuelle l’utilisation des procédés in situ, le projet BIOPHY contribuera à améliorer la confiance en ces méthodes, et par
conséquent leur utilisation. De ce fait, le projet BIOPHY permettra de déplacer le marché de la dépollution vers des procédés efficaces pour l’amélioration de la qualité des eaux souterraines, à un coût
financier raisonnable et dont l’efficacité pourra être garantie par le prestataire
Objectifs du projet
L’objectif du projet BIOPHY est de développer une nouvelle filière de traitement in situ de nappe basée sur :
 le développement et la validation d’un dispositif de monitoring en ligne combinant de nouveaux outils de surveillance (géophysiques et d’analyse de
gaz) pour optimiser des bio-traitements de sol et de nappe contaminés par des hydrocarbures. Ces outils doivent apporter des informations
manquantes aux procédés de traitement in situ, sur le lieu où la biodégradation se produit et sur son efficacité.
 le développement d’un dispositif de certification combinant des approches de modélisation hydro bio géochimiques, des mesures isotopiques, et
alimenté par les données issues du monitoring.
Outre la tâche 1 dont l’objectif est la coordination du projet, les actions entreprises viseront, dans un premier temps, à développer et tester les
nouveaux outils de monitoring à l’échelle du laboratoire au sein de 3 tâches distinctes constituant la phase de recherche « amont » :
 la tâche 2 sera dédiée au développement d’un capteur de gaz spécifique à l’analyse des flux de CO2 et du δ13C ;
 la tâche 3 visera à l’étude des propriétés électriques à l’échelle des bactéries (échelle microscopique) ;
 la tâche 4 permettra de tester sur une même colonne de sol au laboratoire (méso-échelle) le couplage de ces deux techniques de monitoring pour
le pilotage de tests de biodégradation aérobie d’hydrocarbures.
Dans un second temps ces outils seront mis en œuvre sur un site expérimental en cours de dépollution. Cette phase de recherche « aval » est ellemême séparée en 3 tâches distinctes :
 la tâche 5 vise au test en grandeur réelle du système de monitoring au cours d’une opération de dépollution avec pour objectif de permettre
l’optimisation du procédé grâce au système de surveillance en ligne ;
 la tâche 6 sera dédiée à l’étude des performances d’un bio-traitement par modélisation hydro-bio-géochimique et analyse isotopique, avec pour
objectif de prédire l’efficacité du traitement en temps réel ;
 la tâche 7 aura pour objectif l’étude socio-économique de la filière développée couplant bio-traitement et surveillance en ligne
DÉVELOPPEMENT DE L’ANALYSEUR DE CO2
Partenaire impliqué : LPC2E (CNRS Orléans)
L’objectif de cette tâche est le développement
d’un analyseur de flux de gaz afin de suivre les
variations temporelles d’émissions de CO2 et
d’autres gaz en surface présentant un intérêt
pour la compréhension des processus de la
dépollution
des
sols
contaminés
aux
hydrocarbures. Cet analyseur de gaz est basé
sur la technologie SPIRIT qui possède à ce jour
un laser dédié à la détection de CH4 et N20.
Cet instrument sera adapté à la détection
d’autres gaz tels que CO2 et les rapports
isotopiques de CO2 par l’ajout d’1 autre laser.
Contrairement aux instruments commerciaux,
SPIRIT est un instrument versatile pouvant
détecter un grand nombre de gaz sur un large
domaine de l’infra rouge et à des
concentrations très différentes (du ppb à 0,1%).
ETUDE DES PROPRIETES ELECTRIQUES DES
BACTERIES A L’ECHELLE MICROSCOPIQUE
Partenaire impliqué : Géosciences Montpellier
L’objectif de la tâche est l’étude des
propriétés
électriques
à
l’échelle
microscopique liées aux réactions d’oxydoréduction mises en œuvre par les bactéries.
Plusieurs outils d’analyse seront mis en
œuvre pour cette étude (notamment par
AFM,
et
Scanning
Electro-Chemical
Microscopy, SECM) afin d’identifier les
processus à l’origine des variations de
propriétés électriques pendant la croissance
d’une colonie bactérienne.
Ces connaissances de l’origine du signal
électrique mesuré est fondamental pour
l’interprétation des données mesurées en
colonne en laboratoire, puis sur le terrain.
MONITORING GEOPHYSIQUE ET ANALYSE DE GAZ
SUR COLONNE
Partenaires impliqués : BRGM, LPC2E
L’objectif de cette tâche est de comparer, à l’échelle du laboratoire, les indicateurs
indirects de biodégradation développés dans le projet (analyse de gaz, propriétés
électriques) à des indicateurs directs de biodégradation (comptage bactérien, isotopie
du carbone, analyse de la concentration en hydrocarbure).
Les spectres de polarisation provoquée spectrale seront analysés en fonction du type
de milieu minéral, espèce bactérienne, type de polluant.
TEST DE SURVEILLANCE DE LA BIODEGRADATION
SUR SITE PILOTE
Partenaires impliqués : SERPOL, BRGM, TOTAL, LPC2E
L’objectif de cette tâche sera de valider sur un site réel en cours de dépollution
l’aptitude du système de monitoring proposé à
i) être en mesure d’enregistrer en temps réel la dégradation des hydrocarbures
in situ
ii) d’apporter à l’opérateur de la dépollution des informations lui permettant
d’optimiser le procédé en particulier par le détection de zones ou la dégradation ne
semble pas efficace.
Un réseau de surveillance de polarisation provoquée spectrale et d’analyse de gaz
sera installé dans l’aire du bio- traitement d’une nappe polluée par des hydrocarbures
pétroliers. Les résultats de la surveillance géophysique et des gaz seront comparés
aux indicateurs du rabattement de la pollution et de croissance de la flore bactérienne.
ÉTUDE DES PERFORMANCES D’UN BIOTRAITEMENT
PAR MODÉLISATION HYDRO-BIO-GÉOCHIMIQUE ET
ANALYSE ISOTOPIQUE
Partenaires impliqués : BRGM, SERPOL, TOTAL
L’objectif de cette tâche est l’élaboration d’un modèle hydro-bio-géochimique qui sera
nourri par les données de l’analyse historique, du diagnostic initial et de surveillance
en ligne issues du site pilote , ainsi que par les analyses isotopiques et les résultats
des BACTRAPS®, ces deux dernières techniques permettant de renseigner le modèle
sur les cinétiques de dégradation in situ.
Le modèle permettra de prédire en fonction des paramètres mesurés, le temps
nécessaire à l’atteinte des objectifs de réhabilitation et sera actualisé lors de chaque
campagne de surveillance.
GOURRY Jean-Christophe BRGM ( [email protected] )
GUIMBAUD Christophe LPC2E ( [email protected] )
MARLIERE Christian Géosc. Montpellier ([email protected] )
DEHEZ Sébastien TOTAL ([email protected] )
DUMESTRE Alain SERPOL ([email protected] )
www.ANR-BIOPHY.org