Transport des contaminants dans les eaux souterraines

Le transport des contaminants décrit la manière dont les polluants dissous et immiscibles se déplacent et se propagent dans les eaux souterraines par advection, dispersion et processus chimiques et biologiques.

Definition

Le transport des contaminants dans les eaux souterraines est le mouvement et le devenir des polluants dissous ou immiscibles dans le sous-sol, régis par l'advection avec l'eau en mouvement, la dispersion hydrodynamique, et les réactions chimiques et biologiques qui les retardent ou les transforment.

Scope

Ce sujet couvre le transport physique des solutés par advection et dispersion, le retard et la dégradation des contaminants par sorption et réaction, le comportement des liquides en phase non aqueuse, et les bases de la prédiction des panaches et de la remédiation. Il applique les principes de l'écoulement des eaux souterraines au mouvement des contaminants dissous et immiscibles.

Core questions

• Comment l'advection et la dispersion contrôlent-elles le mouvement d'un panache de contaminants ?
• Comment la sorption et la dégradation retardent-elles et atténuent-elles les contaminants ?
• Comment les liquides en phase non aqueuse se comportent-ils différemment des solutés dissous ?
• Comment les panaches sont-ils prédits et les aquifères rémédiés ?

Key concepts

• Advection et vitesse de filtration
• Dispersion hydrodynamique et diffusion
• Équation d'advection-dispersion
• Sorption et facteur de retard
• Biodégradation et atténuation naturelle
• Liquides en phase non aqueuse (NAPL)

Key theories

Équation d'advection-dispersion

Le transport des solutés est modélisé en combinant l'advection à la vitesse moyenne des eaux souterraines avec la dispersion hydrodynamique et la diffusion, ce qui donne l'équation d'advection-dispersion qui prédit comment les panaches se propagent au fil du temps.

Retardation et atténuation

La sorption aux solides de l'aquifère retarde les contaminants réactifs par rapport à l'eau, tandis que la biodégradation et d'autres réactions les atténuent, processus centraux pour la prédiction de la longueur des panaches et pour la remédiation naturelle et artificielle.

Mechanisms

Un contaminant dissous est entraîné par l'écoulement moyen des eaux souterraines (advection) tout en se dispersant par dispersion mécanique, car les chemins d'écoulement varient à travers le réseau poreux, et par diffusion moléculaire. Les contaminants réactifs se répartissent sur les solides de l'aquifère par sorption, ce qui les ralentit par rapport à l'eau (retardation), et peuvent être transformés par des réactions chimiques ou microbiennes ; les liquides immiscibles forment des phases distinctes qui agissent comme des sources à long terme.

Clinical relevance

La compréhension du transport des contaminants est essentielle pour évaluer les risques pour les approvisionnements en eau potable, délimiter et prédire les panaches de pollution issus de déversements, de décharges et de l'agriculture, concevoir des réseaux de surveillance et des systèmes de remédiation, et évaluer l'atténuation naturelle comme stratégie de dépollution.

History

La théorie du transport des contaminants s'est appuyée sur le cadre advection-dispersion formalisé par Bear et d'autres dans les années 1970 ; la préoccupation croissante concernant la pollution des eaux souterraines à partir des années 1970 a fait de l'hydrogéologie des contaminants un domaine majeur, s'étendant à la sorption, à la biodégradation et au comportement complexe des liquides en phase non aqueuse denses et légers.

Debates

Dépendance de la dispersivité à l'échelle

La dispersivité mesurée sur le terrain tend à augmenter avec l'échelle d'observation en raison de l'hétérogénéité de l'aquifère, ce qui soulève un débat quant à savoir si l'équation classique d'advection-dispersion avec une dispersivité constante représente adéquatement le transport à l'échelle du terrain.

Key figures

• Jacob Bear
• John A. Cherry
• C. W. Fetter

Seminal works

• freeze1979
• bear1979
• fetter1999

Frequently asked questions

Pourquoi un panache de contaminants s'étale-t-il en se déplaçant ?

Au-delà d'être transporté par l'écoulement moyen, le contaminant se propage parce que l'eau suit de nombreux chemins tortueux à différentes vitesses à travers les pores (dispersion mécanique) et en raison de la diffusion moléculaire, de sorte que le panache s'étend et ses concentrations se diluent en aval.

Qu'est-ce qu'un NAPL ?

Un liquide en phase non aqueuse est un contaminant tel que le pétrole ou un solvant chloré qui ne se mélange pas facilement à l'eau ; les NAPL se déplacent comme une phase distincte et peuvent persister pendant des décennies, se dissolvant lentement et agissant comme des sources à long terme de contamination des eaux souterraines.