Polarisation induite pour l'exploration du transport des polluants organiques et des géo-procédés de bioremédiation de l'échelle nano à l'échelle du terrain – IMAGE

Avec 7000 sites contaminés en France, les sols, sédiments et eaux souterraines sont de plus en plus sujets à des contaminations anthropogènes, notamment par des polluants industriels. Les hydrocarbures pétroliers, qui sont toxiques et cancérigènes, sont un sujet de grave préoccupation. En particulier, les liquides non aqueux légers (LNALs) sont la principale source de contamination des sols et eaux souterraines, dans lesquels ils abîment les écosystèmes. Dans le contexte de la transition écologique, il devient urgent de développer des techniques de remédiation efficaces et durables pour nettoyer les sites pollués aux LNALs. Les technologies actuellement les plus utilisées sont coûteuses, peuvent être elles-mêmes destructrices pour l’environnement, et mènent souvent à une décomposition incomplète des contaminants. Au contraire, la bioremédiation in situ est une méthode respectueuse de la nature et peu onéreuse, qui consiste à utiliser des micro-organismes pour dégrader les hydrocarbures, par exemple en modifiant les conditions environnementales pour stimuler la croissance bactérienne. À l’heure actuelle, le suivi de la bioremédiation in situ des LNALs repose essentiellement sur des échantillonnages qui sont intrusifs, coûteux en temps, et restreints à la couche superficielle du sol ou à des forages coûteux. Au contraire, les méthodes géo-électriques, non intrusives, fournissent des mesures de haute résolution spatiale et facilement répétables dans le temps, pour un coût sensiblement moins élevé. La polarisation induite (IP), en particulier, a prouvé sa capacité à suivre la biodégradation des hydrocarbures à partir de la mesure des changements de résistivité et de chargeabilité du milieu. Cependant, le lien quantitatif entre les processus bio-physico-chimiques en jeu durant la biodégradation et le signal IP est encore loin d’être bien compris, du fait d’une connaissance incomplète des processus interfaciaux. D’autre part, l’intensité du signal IP est faible, ce qui limite sa capacité de sondage. Les principaux objectifs d’IMAGE sont donc (i) d’explorer, à différentes échelle structurales allant du nm au m, la signature IP des processus ayant lieu pendant la biodégradation des hydrocarbures pétroliers, et (ii) d’améliorer la précision de la mesure et son interprétation. Nous caractériserons le devenir et la biodégradation d’espèces chimiques de type BTEX (dont le toluène) dans le haut de la nappe phréatique et dans le panache d’hydrocarbure dissous. Il faudra pour cela étudier les propriétés électriques dépendantes de la fréquence de ces polluants en milieux poreux, et leur contrôle par les réactions biogéochimiques. Pour ce faire, des expériences micro/milli-fluidiques combinées à des mesures IP spectrales permettront de caractériser les processus en jeu par des mesures optiques et géochimiques. En combinant ces mesures avec des simulations numériques à l’échelle du pore, nous caractériserons le lien entre ces processus et le signal IP. Des mesures biogéochimiques et IP en laboratoire à des échelles plus grandes (en colonnes et en tanks parallélépipédiques) permettront d’aborder les milieux poreux 3D, et un plateforme plurimétrique hautement instrumentée sera utilisée pour combler le fossé entre les conditions du laboratoire et celles du terrain. Pour inverser efficacement les données IP macroscopiques issues de ces expériences, nous développerons des relations pétrophysiques adaptées. Qui plus est, un prototype d’instrument servant à mesurer les signaux IP macroscopiques de faible intensité sera développé (en même temps que les procédures de traitement du signal et d’inversion adaptées) pour mesurer et interpréter précisément ces signaux. Ce programme de recherche ambitieux sera entrepris par un consortium constitué d’expérimentateurs et de théoriciens issus de la géophysique, de l’hydrogéologie et de la mécanique des fluides environnementale, et réunira ainsi des membres du BRGM, de trois universités, et d’un partenaire privé.