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Risques et aménagement du territoire

Projet phare / Étude des polluants : avec PRIME, la recherche change d’échelle

Introduction d'entête
Comment étudier le comportement des polluants dans un sol pour développer ensuite les bonnes techniques de remédiation ? Le travail in situ présente ses limites. La plateforme PRIME, maillon novateur entre expérimentation et modélisation, reproduit le terrain en laboratoire à différentes échelles.
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Les colonnes métriques de Labbio permettent d’étudier dans un environnement réduit et contrôlé les migrations et les évolutions des polluants. © BRGM – H. Thouin – Projet Phytoselect

Un véritable laboratoire des sols in vitro... C’est ainsi que se présente la plateforme PRIME mise au point par les ingénieurs et chercheurs du BRGM. La recherche in situ se heurte en effet à de nombreuses limites : en maîtrisant plus facilement les techniques en laboratoire, les scientifiques peuvent mieux étudier leurs effets. La pollution des sols, notamment issue des exploitations minières ou industrielles, représente un enjeu environnemental, mais aussi sanitaire et économique très important. Rien qu’en France on compte ainsi plus de 7 200 sites pollués aux métaux lourds (plomb, cuivre, chrome), aux hydrocarbures ou aux composés organochlorés (pesticides, solvants) !

La Plateforme pour la Remédiation et l’Innovation au service de la Métrologie Environnementale, lancée et soutenue financièrement par la Région Centre-Val de Loire, l’État et le Fonds européen de développement régional, a été inaugurée et s’inscrit dans le programme PIVOTS du BRGM (« Plateformes d’innovation, de valorisation et d’optimisation technologique environnementales »). PRIME n’est rien moins que le premier simulateur physique d’un environnement de surface. Ce laboratoire reproduit le milieu de façon parfaitement contrôlée, pour comprendre son fonctionnement, tester des procédés de dépollutions et modéliser, afin de réaliser des diagnostics, de caractériser et de traiter.

C’est précisément en intégrant des expérimentations à différentes échelles, du centimètre à la dizaine de mètres, que la plateforme peut simuler de façon réaliste un environnement, de la surface du sol à la nappe, pour étudier le transport des polluants et leurs transformations physico-chimiques et microbiologiques, et ainsi faciliter leur traitement.

Des pilotes expérimentaux centimétriques et plurimétriques

La plateforme rassemble des pilotes expérimentaux de l’échelle centimétrique à plurimétrique, ainsi que les moyens analytiques pour développer, valider et qualifier des outils et des méthodes en métrologie environnementale et en dépollution. La clé de ce type de simulateur, qui le rend très novateur, unique par rapport aux plateformes existantes c’est le continuum d’étude, quelles que soient les échelles. Pour passer d’un concept de procédé de traitement de sol dégradé (sol pollué, technosol minier, etc.) à la réalisation en vraie grandeur, il est essentiel de maîtriser les différentes étapes du changement d’échelle, que ce soit d’un point de vue technique mais également économique. À cette occasion, les chercheurs ont pu développer des technologies difficiles à étudier in situ. Ainsi le pilote plurimétrique PPM, d’un volume utile de 120 m³ environ, autorise notamment l’analyse à grande dimension et en 3D des processus réactionnels présents dans les zones non-saturées ou saturées en eau.

Conçu de manière modulable, doté de nombreux capteurs, le PPM est un outil du BRGM potentiellement accessible à d’autres établissements de recherche et aux entreprises, pour réaliser leurs expérimentations dans des conditions très proches du réel, mais contrôlées, permettant d’obtenir plus de résultats robustes qu’un pilote sur site.

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Le pilote d’essai plurimétrique (PPM) des plateformes PRIME du BRGM. Il permet d’étudier à l’échelle plurimétrique (au plus proche d’un milieu naturel) le transport des polluants dans un sol, de prédire leur impact environnemental et de développer des techniques de remédiation. © BRGM - D. Depoorter

Des sites dégradés reproduits en laboratoire

D’ores et déjà, plusieurs types d’environnements dégradés ont pu être étudiés. à l’échelle submétrique, c’est-à-dire du centimètre, des travaux ont eu lieu sur le traitement de pollutions aux composés organiques volatils sous forme de saturations résiduelles dans la porosité des sous-sols. Des bacs dits « 2D » permettent d’étudier l’effet du pompage des phases organiques pures, avec des aides de nature chimique (des surfactants, des mousses ou des gels) ou thermique qui permettent techniquement de diminuer les effets capillaires et d’adapter les viscosités et les pressions afin d’augmenter les rendements épuratoires.

À l’échelle métrique, le BRGM a pu étudier, dans un environnement contrôlé et en reproduisant des conditions des zones non-saturée et saturée, l’effet d’amendements de technosols miniers afin de favoriser le développement d’un couvert végétal permettant de limiter les phénomènes d’érosion et de phytostabiliser certains polluants (plomb, zinc, arsenic…). Rappelons que l’amendement est un matériau apporté à un sol pour améliorer sa qualité. Enfin, l’échelle plurimétrique sera utile pour étudier les phases organiques plus légères que l’eau (comme les hydrocarbures de type diesel) et plus denses que l’eau (comme les solvants chlorés).

La modularité de PRIME, et surtout ces dispositifs analytiques et expérimentaux multiéchelles en font un dispositif unique en Europe. Son utilisation pourra être étendue à différentes thématiques : pollution, mais aussi validation des performances d’instruments de mesure/d’analyse directes et indirectes (comme les outils géophysiques) et de procédés de dépollution.

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Les colonnes submétriques (inférieur à 1 m de taille) permettent d’étudier finement les transformations physiques, biologiques et chimiques des polluants. © H. Fournié
Portrait de l'auteur
Stéfan Colombano — ingénieur de Recherche BRGM
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Stéfan
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Colombano
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ingénieur de Recherche
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Hossein Davarzani — ingénieur de Recherche BRGM
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Hossein
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Davarzani
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ingénieur de Recherche
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Fabienne Battaglia-Brunet — microbiologiste BRGM
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Fabienne
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Battaglia-Brunet
Fonction de l'auteur
microbiologiste
Expérimenter dans des conditions proches du réel mais contrôlées, permettant d’obtenir plus de résultats robustes qu’un pilote sur site.