Développement d'une méthode de contrainte des modèles hydrodynamiques par une stratégie d'analyse des données géophysiques ERT : Application aux écoulements de lixiviat dans les massifs de déchets

Development of a constraint methodology of hydrodynamic models by an analysis of ERT geophysical data : Application to leachate flow in municipal waste landfills

• Auteur / Autrice : Marine Audebert
• Direction : Nathalie Touze-Foltz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers, et de l'environnement
• Date : Soutenance le 11/09/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (France ; 2012-2019)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Pierson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Touze-Foltz, Colette Sirieix, Rémi Clément, Christian Duquennoi, Sylvain Moreau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Ackerer, Frédéric Nguyen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Environnement

Hydrodynamique

Déchets

Prospection électrique

Géophysique

Mots clés libres

Ert

Déchets

Résistivité

Modélisation

Geophysique

Hydrodynamique

Ert

Waste

Resistivity

Modelling

Geophysics

Hydrodynamics

Résumé

En France, 25% des déchets ménagers collectés sont stockés en Installation de Stockage de Déchets Non Dangereux (ISDND). Pour réduire leur impact sur l'environnement, le concept d'ISDND gérée en mode « bioréacteur » a été étudié et évalué depuis plus de dix ans en Europe. Ce concept est basé sur la réinjection des lixiviats, qui consiste à collecter les lixiviats en fond de casier et à les réinjecter sous la couverture de surface. L'optimisation de la répartition du lixiviat nécessite d'estimer les volumes et débits de réinjection et de dimensionner les dispositifs. Afin d'optimiser le dimensionnement des dispositifs de réinjection et d'améliorer la compréhension des écoulements de lixiviat dans les déchets, une voie possible est la modélisation hydrodynamique. Un modèle hydrodynamique regroupe une représentation conceptuelle du milieu poreux et un modèle mathématique permettant de décrire les écoulements. Pour simuler une infiltration, il est nécessaire de renseigner les paramètres hydrodynamiques intervenant dans les équations mathématiques du modèle. Des informations complémentaires sur le milieu sont donc requises pour contraindre les modèles hydrodynamiques et évaluer ces paramètres. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la méthode géophysique de la tomographie de résistivité électrique (ERT) afin de contraindre les modèles hydrodynamiques à l'échelle d'un casier de déchets. En effet, de nombreuses études ont montré l'intérêt de cette méthode de mesure pour le suivi de la réinjection de lixiviat dans les massifs de déchets. Cependant, cette méthode ne permet pas de mesurer directement la teneur en eau et d'évaluer les paramètres hydrodynamiques. Dans la littérature, plusieurs auteurs ont proposé des méthodes de contrainte des modèles hydrodynamiques à partir des données ERT, basées sur la loi pétrophysique d'Archie. Afin de s'affranchir de l'utilisation de cette loi, peu adaptée aux milieux hétérogènes comme les déchets, il nous a semblé intéressant d'utiliser la forme de l'infiltration extraite de l'ERT pour contraindre les modèles hydrodynamiques.Ainsi, la problématique de cette thèse est d'améliorer la compréhension des écoulements de lixiviat en proposant une méthode de contrainte des modèles hydrodynamiques à partir de la forme de l'infiltration extraite des données ERT.Pour répondre à cet objectif, le travail de thèse a été divisé en trois étapes successives correspondant à chaque partie du manuscrit. La première partie a été consacrée à une synthèse bibliographique concernant la méthode ERT et la modélisation hydrodynamique. La seconde partie avait pour objectif de proposer une méthodologie permettant de délimiter l'infiltration de lixiviat sur les données ERT. La troisième partie a permis de développer une méthode de contrainte des modèles hydrodynamiques à partir de la délimitation de l'infiltration obtenue d'après les données ERT.

In France, approximately 25% of the total amount of collected household waste is stored in municipal solid waste landfills (MSWL). To reduce their impact on the environment, the bioreactor concept was studied and tested for more than a decade in Europe. This concept is based on leachate reinjection, which consists in collecting leachate at the bottom of the waste deposit cell and reinjecting it underneath the landfill cover. The optimization of leachate distribution requires tools to design leachate injection systems (LIS) and to assess volumes and flow rates for the reinjection. To design LIS and to improve the understanding of leachate flow in the waste medium, a subsurface flow modelling procedure may be considered. Hydrodynamic models are based on a conceptual approach to represent the porous medium and a mathematical model to describe flow. To simulate an infiltration into a porous medium, the assessment of the hydrodynamic parameters included in the mathematical equations of the model is required. Thus, additional information is needed to constrain hydrodynamic models and to assess hydrodynamic parameters.This thesis focused on the use of the electrical resistivity tomography (ERT) method to constrain hydrodynamic models at the landfill scale. Indeed, many studies have shown that this geophysical method is suitable to study leachate reinjection into the waste landfills. However, this geophysical method does not allow ERT users to directly measure water content and to assess hydrodynamic parameters. In the literature, several authors proposed constraint methods of hydrodynamic models from ERT measurements, based on the use of Archie's law. To avoid the use of this relationship, which seems to be inappropriate for heterogeneous media such as waste, we found relevant to use the infiltration shape obtained on the ERT results to constrain hydrodynamic models.Thus, the aim of this thesis is to improve the understanding of leachate flow by proposing a constraint method of hydrodynamic models using the infiltration shape extracted from ERT measurements.This thesis was divided into three successive steps corresponding to each part of the manuscript. The first part corresponds to a bibliographic study concerning the ERT method and hydrodynamic modelling. The second part aimed at proposing an interpretation methodology to delimitate an infiltration area from the ERT measurements. The third part allowed us to develop a constraint method of hydrodynamic models using the infiltration delimitation obtained from the ERT measurements with the methodology developed in the second part.