Étude de cas
Évaluation des risques liés aux PFAS basée sur les flux: un élément clé d’analyse probante – étude de cas d’un site industriel multi-source
iFLUX Sampler
Surveillance des eaux souterraines
Site industriel contaminé
AECOM
Belgique
Notre valeur ajoutée
Valeur ajoutée en matière d'évaluation du risque de migration
Quantification des variations de flux massique le long des profils verticaux et des cycles saisonniers
Identification des évolutions de la dynamique des eaux souterraines
Situation
La contamination par les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) pose des défis spécifiques dans le cadre des études environnementales de sites, en raison de leur persistance exceptionnelle, de leur forte mobilité dans les eaux souterraines et de l’évolution rapide du cadre réglementaire.
Les approches d’investigation classiques, fondées sur des mesures ponctuelles de concentrations dans les eaux souterraines, ne permettent souvent pas de refléter la nature dynamique du transport des contaminants. Elles peuvent ainsi conduire soit à des mesures de remédiation excessivement prudentes, soit à une sous-estimation des risques réels et potentiels.
Cette étude de cas présente une investigation approfondie d’un site industriel impacté par des PFAS, où plusieurs sources de contamination ont généré des panaches superposés dans un contexte hydrogéologique complexe.
L’étude détaillée des sols et des eaux souterraines a été réalisée par AECOM, qui a fait appel à iFlux afin d’apporter son expertise dans la mise en œuvre d’une approche basée sur les flux.
Figure 1: Conceptual Site Model (CSM) (Source: descriptive source investigation AECOM)
Approche intégrée
L’étude a reposé sur une approche intégrée combinant :
- Un profilage à haute résolution de la conductivité hydraulique (HPT), réalisé par Enissa
- Une technologie d’échantillonnage passif des flux permettant la quantification directe du transport massique, mise en œuvre par iFlux
- Un suivi saisonnier, incluant une campagne avec enregistreurs automatiques (« divers »), afin de capter la variabilité temporelle, réalisé par AECOM
- Une analyse chimiométrique et médico-légale (forensic) pour distinguer les contributions des différentes sources, menée par AECOM
- Une modélisation conservatrice des bilans massiques pour évaluer l’impact potentiel sur les récepteurs, réalisée par AECOM
Figure 2: Chemometrics & Forensic analysis on PFAS data in soil & groundwater investigation (source: AECOM)
Objectifs de l'étude
Les principaux objectifs de l’étude étaient de :
- Caractériser le flux massique de PFAS spécifique au site le long des profils verticaux des eaux souterraines
- Évaluer la variabilité saisonnière du transport des contaminants
- Examiner le potentiel de migration vers des systèmes aquifères plus profonds
- Quantifier les rejets massiques potentiels vers les eaux de surface situées en aval hydraulique
- Fournir des données complémentaires et des éléments probants supplémentaires afin de soutenir la prise de décision fondée sur le risque et les échanges avec les autorités compétentes
L'approche de mesure des flux
Les mesures de flux massique permettent de quantifier la masse de contaminant traversant une surface transversale définie par unité de temps (généralement exprimée en µg/m²/jour).
Contrairement aux mesures de concentration, qui fournissent une image ponctuelle à un instant donné, les mesures de flux :
- Intègrent les variations temporelles sur l’ensemble de la période de déploiement (généralement de 2 à 10 semaines pour la plupart des contaminants, et jusqu’à 20 semaines pour les PFAS)
- Quantifient directement les taux de transport massique des contaminants
- Prennent en compte la variabilité spatiale et temporelle des écoulements des eaux souterraines
- Permettent de calculer les charges massiques réellement transmises aux récepteurs
- Offrent une base plus robuste pour la conception des mesures de remédiation et le suivi de leur performance
La relation entre la concentration, le flux d’eau souterraine et le flux massique est la suivante :
Flux massique (J) = Concentration (C) × Flux d’eau souterraine (q)
Où :
- J = flux massique du contaminant (mg/m²/jour)
- C = concentration du contaminant (µg/L)
- q = débit spécifique des eaux souterraines (m/jour)
Cette relation met en évidence que des concentrations élevées ne se traduisent pas nécessairement par un transport massique important si le flux d’eau souterraine est faible. À l’inverse, des concentrations modérées situées dans des zones à fort flux peuvent correspondre à un transport de contaminants significatif.
Résultats et constats
Évaluation de la migration verticale :
Les mesures directes de flux ont mis en évidence un transport massique négligeable de PFOA vers l’aquifère tertiaire plus profond (environ un ordre de grandeur inférieur à celui du système superficiel), malgré des concentrations élevées de PFOA dans les eaux souterraines peu profondes, comprises entre 1 000 et 10 000 ng/L, ainsi qu’une augmentation du flux de PFOA entre MC1 et MC2, passant de < LD (limite de détection) à 1 400 µg/m²/jour.
Dans la couche plus profonde, le flux massique est resté inférieur à 50 µg/m²/jour. La conductivité hydraulique plus élevée de la couche de sol profonde (environ 7 m/jour) a compensé l’apport de contaminants provenant des couches superficielles, limitant ainsi le transport net vers l’aquifère tertiaire.
Impact sur les eaux de surface:
Des calculs de bilan massique conservateurs, établis selon un scénario majorant (hypothèse d’un rejet à 100 % du panache sans aucune atténuation), ont indiqué une contribution théorique à la rivière inférieure à 0,5 ng/L.
Cela représente une augmentation de moins de 0,25 % par rapport aux concentrations de fond (environ 200 ng/L) et demeure en dessous des limites analytiques de rapport ainsi que des seuils réglementaires applicables.
Caractérisation hydraulique :
Le profilage in situ spécifique au site a révélé des valeurs de conductivité hydraulique atteignant jusqu’à 3 m/jour dans les dépôts quaternaires superficiels — soit environ six fois plus élevées que les estimations régionales basées sur la granulométrie (± 0,5 m/jour).
Cet écart met en évidence l’importance déterminante d’une caractérisation propre au site, plutôt que d’une simple utilisation de données régionales, pour une évaluation fiable des flux.
Variabilité saisonnière:
Les fluctuations du niveau des eaux souterraines, de l’ordre de 30 à 70 cm, ont entraîné des variations mesurables des concentrations, avec des niveaux de PFAS plus élevés lors des périodes de nappe haute, lorsque des sources situées dans la zone non saturée entraient en contact avec les eaux souterraines.
Les mesures de flux intégrées dans le temps (exposition de 4 semaines) ont permis de capter ces dynamiques et de fournir des taux de transport représentatifs à l’échelle annuelle, couvrant deux événements saisonniers.
Figure 3: Regional geological and hydrological profile (source: descriptive soil investigation AECOM)
Valeur ajoutée des mesures de flux
L’approche basée sur les flux a apporté une valeur ajoutée significative par rapport aux investigations classiques fondées uniquement sur les concentrations. Elle a permis de fournir des réponses quantitatives à des questions clés en matière d’évaluation des risques, auxquelles les méthodes traditionnelles ne pouvaient pas répondre.
Renforcement de la capacité décisionnelle :
Si les prélèvements ponctuels d’eaux souterraines ont mis en évidence des concentrations élevées en PFAS (1 000 à 10 000 ng/L) dans la nappe superficielle, ces données de concentration, à elles seules, ne permettaient pas de déterminer avec certitude si des impacts sur les récepteurs étaient effectivement en cours.
Les mesures de flux ont permis de quantifier directement les taux réels de transport massique. Elles ont montré que, malgré des concentrations élevées, le transfert de masse vers les aquifères plus profonds était négligeable et que la contribution théorique à la rivière restait inférieure à 0,5 ng/L — un niveau en dessous des seuils de préoccupation réglementaire.
Résolution spatiale et temporelle :
La stratégie de profilage vertical a permis d’identifier des zones à fort flux au sein de l’aquifère superficiel hétérogène, qui seraient passées inaperçues avec des prélèvements conventionnels réalisés à une seule profondeur.
Les mesures intégrées dans le temps sur des périodes de 4 semaines ont permis de capter les variations saisonnières (fluctuations du niveau des eaux souterraines de 30 à 70 cm) et de fournir des taux de transport représentatifs à l’échelle annuelle. Cette approche a permis d’éviter toute prise de décision fondée sur des mesures ponctuelles non représentatives.
Performance coût-bénéfice :
Dans ce cas précis, l’approche basée sur les flux, combinée aux autres éléments probants, a conduit à une conclusion de type NFA (« No Further Action » – aucune action complémentaire requise), permettant ainsi de réduire significativement les coûts potentiels de remédiation à l’avenir.
Si des mesures correctives avaient été nécessaires, l’approche fondée sur les flux aurait permis un ciblage plus précis des interventions, en s’attaquant prioritairement aux zones présentant les flux massiques les plus élevés. Cela aurait également contribué à optimiser et à réduire les coûts de remédiation.
Acceptation réglementaire :
L’approche globale fondée sur plusieurs lignes d’analyse probante — combinant données de flux, caractérisation hydraulique spécifique au site, suivi saisonnier et modélisation conservatrice des bilans massiques — a permis de fournir aux autorités des données quantitatives solides en appui à la clôture réglementaire du dossier.
Cette démarche a contribué à réduire la responsabilité potentielle du client.
“Dans le cadre de ce projet, les mesures de flux massique ont démontré que la migration vers l’aquifère plus profond était négligeable et qu’aucun impact mesurable sur la rivière située en aval n’était attendu. L’approche basée sur les flux a permis de réduire les incertitudes, de mieux comprendre la dynamique des PFAS et a constitué une réelle valeur ajoutée dans les échanges avec les Autorités. Dans ce cas précis, cela a conduit à une conclusion de type “No Further Action” (NFA). ”
— Bram Vanhumbeeck, PFAS Lead Belgium, AECOM
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