Stage M2 – Impact des fluctuations du niveau d’une nappe phréatique induites par les changements climatiques sur la remobilisation des hydrocarbures pétroliers (LNAPL)

Contexte : Les LNAPLs (Light NonAqueous Phase Liquid) sont une source importante de contamination des sols. Lorsqu’ils migrent dans la zone non saturée suite à un rejet accidentel, une partie des LNAPLs reste adsorbée ou piégée dans la zone non saturée par capillarité. Les plus volatils sont directement transférés vers la phase gazeuse du sol, et sont parfois à l’origine d’émissions en surface. D’autres, accumulés au toit de la nappe, génèrent sur le long terme un panache de LNAPLs dissous. Les variations saisonnières du niveau piézométrique entraînent une dispersion verticale importante de ces contaminants au niveau de la frange capillaire, favorisant leur propagation dans l’eau et l’atmosphère. Or, l’augmentation de la vitesse et de l’amplitude de ces variations piézométriques attendue d’ici 2100 en raison du changement climatique pourrait fortement impacter la remobilisation des LNAPLs et leur relargage dans l’environnement.

Afin de mieux comprendre l’impact des variations piézométriques sur les mécanismes de remobilisation des hydrocarbures, un dispositif expérimental couplant des mesures géophysiques indirectes (conductivité électrique), physico-chimiques in situ (pH, Eh, température) et géochimiques dans deux colonnes lysimétriques de 2 m3 a été installée par notre équipe sur la station du GISFI à Homécourt. Son objectif est d’évaluer et de comparer la nature et la quantité des rejets de LNAPL d’un sol artificiellement contaminé au cours de deux scénarios de fluctuations du niveau piézométrique : un scénario ‘normal’ basé sur les chroniques climatiques régionales, un scénario basé sur les prévisions les plus extrêmes du GIEC.

Sujet du stage : Dans ce contexte, notre équipe propose un stage de Master 2 (ou équivalent) dont l’objectif sera de mieux comprendre les modalités de transfert et de relargage des LNAPLs dans le sol, l’eau et l’atmosphère en fonction des fluctuations du niveau piézométrique. Selon le profil et les compétences de l’étudiant, les travaux du stagiaire pourront porter sur :

  • –  La caractérisation géochimique en laboratoire d’échantillons prélevés in situ dans le dispositif expérimental. Il s’agira d’identifier et de quantifier au fil des fluctuations du niveau piézométrique les composés organiques présents dans la phase pure de LNAPL, la phase dissoute et la phase gazeuse.
  • –  La modélisation numérique du transfert du contaminant dans la zone saturée et non saturées et de son relargage vers la nappe et l’atmosphère. Il s’agit d’identifier les processus clés impactant le transfert et la remobilisation du LNAPL. L’étudiant devra se baser sur les données issues des sondes géophysiques et physico-chimiques pour modéliser les processus au sein des dispositifs expérimentaux.
  • –  Le calibrage des tensiomètres et des sondes TDR en fonction des saturations en eau/LNAPL variables… Profil du candidat : Selon le sujet sélectionné, le candidat devra avoir des connaissances :
  • –  en géochimie organique, ainsi que des notions sur les méthodes utilisées au laboratoire pour l’analyse (ex, SPE, GC/MS…), l’identification et la quantification de composés organiques.
  • –  en hydrogéologie (processus d’écoulement et de transport en milieu poreux) et /ou une certaine maitrise de logiciels de simulation numérique (exemple Comsol Multiphysics….).

Contacts : Pierre Faure, pierre.faure@univ-lorraine.fr, Amélie Cavelan, amelie.cavelan@univ- lorraine.fr, Fabrice Golfier, fabrice.golfier@univ-lorraine.fr.
Laboratoire d’accueil : L’étudiant(e) effectuera son stage au sein du LIEC sur le site de la Faculté des Sciences de Vandoeuvre les Nancy.

Dates : année universitaire 2020/2021 Durée du stage : 4 à 6 mois

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