Département de génie civil (Laboratoire de géologie de l'ingénieur et de l'environnement GEOLEP)

Méthode de détection et de caractérisation de pollutions du sous-sol par les sites contaminés à l'aide des traces inorganiques

Looser, Michel-Olivier ; Parriaux, Aurèle (Dir.)

Thèse Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 1997 ; no 1605.

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    Summary
    Contaminated sites form one of the major causes of environmental pollutions, in particular those of the soil and of the underground. One of the main problems presented by these sites is their location. Since water is the main contamination support in soil and underground, it is necessary to get good indicators to be able to detect pollution sources in areas where suspected sites location remains unknown. This is also necessary for the monitoring of contaminated sites in time and space. The aim of this project is to enhance the use of inorganic trace elements by offering specialists a new investigation tool adapted to a survey strategy of contaminated sites in various geological conditions like those found in Switzerland. This study has shown, through numerous site descriptions (41 sites) and the statistical approach of collected samples (222 samples), that the use of inorganic trace elements is helpful for the survey of contaminated sites. The most interesting result shows specific indicators for hazardous waste. Principal results Some inorganic trace elements represent almost exclusively hazardous wastes, since they are missing in the domestic and in the inert wastes. We also showed that these trace elements are typical indicators allowing to detect the presence of hazardous waste mixed with domestic wastes. These elements are : Se, As, W, Cs, Sc, Bi, Ga, Hg, Ag. Domestic and inert wastes do not show any characteristical trace elements. In general one can find the following elements in more or less important amounts in domestic wastes : Cu, U, La, B, Al, Ni, Co and Zn, Li in inert wastes. We also noticed that main inorganic trace elements in landfill leachates are : B, Ba and Br, of which the concentration is often close to or greater than mg/l. Tritium is also often associated to landfills. The comparison between uninfluenced groundwater collected during this study and polluted groundwater has allowed to value some inorganic trace elements. These elements differ significantly from the natural background when polluted sites are encountered. We distinguished specific indicators that are not present in uninfluenced groundwater : Cs, Sb, Sn, Ag, Bi, La, Se and tritium. We also put forward the presence of typical tracers showing anomalous concentrations in case of pollution by landfills, such as : Ti, Co, V, Ni, Cu, Ba, Br and B. Guide values could be established for these elements for their use in detecting contaminated sites. The same process was adopted for a limited amount of samples in surface waters. The significant trace elements are the same as for groundwater, except Sn and La. Hg, Cd and Pb which, on the other hand, could be detected at significant concentrations in cases of pollutions by contaminated sites.
    Résumé
    Les sites contaminés constituent l'une des principales causes de pollution de l'environnement et surtout du sol et du sous-sol. L'un des problèmes posés par ces sites est leur localisation. Beaucoup d'entre eux sont en effets d'anciennes décharges ou d'anciennes zones industrielles. Les eaux constituant bien souvent le véhicule principal des contaminations dans le sol et le sous-sol, il est nécessaire de disposer d'indicateurs pour pouvoir détecter les sources de pollutions dans des régions où l'emplacement des sites suspects n'est plus connu, ainsi que pour pouvoir surveiller les sites contaminés tant dans la durée que dans l'espace. Cette étude à montré, à travers la description de nombreux cas (41 sites) et le traitement statistique des échantillons collectés (222 échantillons) que l'utilisation des traces inorganiques est utile pour la reconnaissance des sites contaminés (décharges ou sites industriels). Les résultats les plus intéressants sont la mise en évidence d'indicateurs spécifiques des déchets spéciaux. Principaux résultats Quelques traces inorganiques caractérisent pratiquement exclusivement les déchets spéciaux en raison de leur absence des ordures ménagères et des déchets de démolitions. Nous avons montré que ces traces sont des indicateurs spécifiques qui permettent d'identifier la présence de déchets spéciaux mélangés à des ordures ménagères. Il s'agit de: Se, As, W, Cs, Sc, Bi, Ga, Hg, Ag. Les ordures ménagères et assimilées ou les déchets de démolitions ne présentent pas de traces vraiment caractéristiques, mais quelques éléments ont des concentrations plus importantes dans l'un ou l'autre de ces types de déchets: Cu, U, La, B, Al, Ni et Co pour les déchets urbains, Zn et Li pour les déchets de démolition. Les éléments inorganiques principaux des percolats de décharges sont B, Ba et Br qui ont des concentrations souvent proches ou supérieures au mg/l. Le tritium est aussi souvent associé aux décharges. La comparaison entre les eaux souterraines non influencées recueillies lors de cette étude et les eaux souterraines influencées par les sites contaminés a permis de mettre en évidence un certain nombre de traces inorganiques qui se démarquent significativement du "bruit de fond" lorsqu'il y a pollution par des sites contaminés. Ces indicateurs de sites contaminés, qui ne sont en principe pas présents dans les eaux souterraines non influencées sont Cs, Sb, Sn, Ag, Bi, La, Se, Zr et le tritium. Nous avons mis en évidence dans les eaux souterraines des marqueurs anthropogènes, présents en concentrations anormales lors d'une pollution par les décharges: Ti, Co, V, Ni, Cu, Ba, Br et B. Des valeurs-guides ont pu être établies pour ces éléments, ce qui permet de les utiliser lors d'une recherche de sites contaminés. La même démarche a été adoptée pour un nombre restreint de prélèvements dans des eaux de surfaces. Les traces significatives sont les mêmes que pour les eaux souterraines, à l'exclusion de Sn et La, mais par contre Hg, Cd et Pb sont présents à des teneurs significatives en cas de pollutions par les sites contaminés.