Transfert d'un mélange Zn-Cd-Pb dans un dépôt fluvio-glaciaire carbonate (approche en colonnes de laboratoire)

Abstract

En milieu périurbain, l'emploi de techniques d'infiltration pour l'évacuation des eaux pluviales entraîne des risques de contamination des sols et des nappes phréatiques. L'étude vise à améliorer la compréhension des mécanismes hydrauliques et chimiques impliqués dans le devenir des polluants au cours de leur transfert dans un dépôt fluvio-glaciaire carbonaté de l'est lyonnais utilisé en fond de bassin d'infiltration. Le travail a été réalisé à l'échelle du laboratoire sur des colonnes de dépôt fluvio-glaciaire tamisé à 1 cm. La source de pollution est un mélange équimolaire artificiel Zn-Cd-Pb à 1 o-3 mol.-1. Des expériences de traçage, associées à des phases de modélisation (modèle MIM), ont mis en évidence le fonctionnement hydrodynamique du dépôt en fonction de sa teneur en eau et de la vitesse d'écoulement. A saturation, l'écoulement est fortement régionalisé (50 % de régions mobiles). En conditions non saturées, l'écoulement se fait de façon plus homogène. Cette particularité semble être un conséquence de la distribution granulométrique du dépôt étudié. Les interactions entre les métaux et le dépôt ont été étudiées par des expériences en conditions statiques et en conditions dynamiques, associées à des phases de modélisation (modèle PHREEQC). D'un point de vue qualitatif, les réactions prépondérantes sont la dissolution de la calcite du dépôt fluvio-glaciaire, la précipitation des métaux sous forme carbonatée (cérusite ou hydrocérussite pour Pb, espèce mixte non identifiée pour Cd et Zn), et les réactions d'échange cationique. La rétention des métaux au cours de leur transfert apparaît fortement influencée par la cinétique chimique de dissolution de la calcite et la cinétique physique d'échange entre régions mobile et immobile. Elle est maximale pour des écoulements en conditions non saturées et à faibles vitesses.The use of stormwater infiltration basins in urban area can generate a risk of contamination for soils and groundwater. The aim of this work is ta increase the knowledge of the hydraulic and the chemical mechanisms implied in the transfer of pollutants. The porous matrix studied is a carbonated fluvio-glacial deposit usually found in the infiltration basins of the Lyon area. Some columns were designed at the laboratory scale, with the fluvio-glacial deposit sieved at 1 cm. The pollution studied was a mixture of Zn-Cd-Pb - 1 o 3 mol. -1. Some flow tracer .experiments coupled with modeling (MIM model) were used to characterize the hydrodynamic behaviour of the columns, as a function of water content and flow rate. At saturation, the flow is divided in mobile (50 %) and immobile regions whereas for unsaturated conditions, the flow is more homogeneous. This property seems to be a consequence of the particle size distribution of the fluvio-glacial deposit. The interactions between the metals and the fluvio-glacial deposit were studied thanks to batch and transfer experiments, coupled with modeling (PHREEQC model). From a qualitative point of view, the main reactions are the dissolution of the fluvio-glacial deposit's calcite, the metals precipitation in a carbonated form (cerusite and hydrocerussite for Pb, an unknown mixed specie for Cd and Zn) and the cationic exchange reactions. During the transfer, the metals retention is governed by the chemical kinetic dissolution of the calcite and by the physical kinetic exchange between the mobile and the immobile regions. The retention is maximized for transfer in unsaturated conditions and law flow rates.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF