Étude de la migration du soluté d’un lixiviat dans un sol non saturé par la méthode TDR

Study of the solute migration through unsaturated soil using the TDR method

Laboratoire URGC-Géotechnique INSA de Lyon Bât. J.C.A. Coulomb 3 e étage 34, av. des Arts 69621 Villeurbanne ibrahim.alimi-ichola@insa-lyon.fr laouni.gaidi@insa-lyon.fr, France.

Résumé

La protection de l’environnement nécessite la réalisation de systèmes étanches constitués de sol compacté pour le confinement des déchets. Afin de connaître les modes de migration de l’eau et des polluants dans ces systèmes, on présente les résultats d’une série d’essais d’infiltration dans une colonne de sol non saturé, équipée de sondes TDR.

La méthode TDR permet de suivre en même temps la teneur en eau et la conductivité électrique (ou l’impédance) d’un sol d’une manière continue. Des essais d’étalonnage des sondes sur six sols et trois lixiviats ont permis d’avoir de nouvelles relations entre la teneur en eau volumique (θ) du sol et sa constante diélectrique (ε). Ces relations, plus précises que celle de Topp et al. (1980), sont utilisées pour déterminer les profils hydriques. La relation établie entre la conductivité électrique et la concentration en éléments solubles du lixiviat permet la détermination des profils de concentration et la courbe de sortie de ces éléments. Ces courbes sont utilisées pour le calcul de la vitesse de convection et du coefficient de dispersion apparent.

Les résultats des essais d’infiltration montrent que la perméabilité du sol et la diffusivité sont plus élevées lors de l’infiltration du lixiviat. La vitesse d’infiltration et la vitesse de convection, au sens de Darcy, sont supérieures à la vitesse de sortie du lixiviat. Les trois vitesses tendent vers une valeur commune qui dépend de la perméabilité du sol. L’application du modèle de Green et Ampt (1911) à l’infiltration montre que le front d’humidité avance plus vite que le front de pollution.

La méthode statistique (Mermoud, 1980) est appliquée aux profils d’humidité et aux profils de concentration pour le calcul du coefficient de dispersion apparent et de la vitesse de convection du soluté au cours de la saturation du sol. On remarque que le coefficient apparent de dispersion augmente au cours de la saturation. L’utilisation de la courbe de conductivité électrique du percolat et de la courbe d’évolution de la fraction soluble donne les mêmes résultats de calcul du coefficient de dispersion apparent.

L’utilisation des mesures TDR a permis la comparaison des paramètres de migration de l’eau et de soluté. On peut envisager le développement d’une méthode de mesure in situ de la perméabilité par infiltration.

Abstract

The protection of the environment requires building waste containment systems made up of liners of compacted soil. In this paper, infiltration tests are carried out on soil columns equipped with TDR probes to investigate how water and pollutants migrate in the liners.

The TDR method is a technique to measure simultaneously the volumetric water content and the electrical conductivity (or the impedance) of the soil in a continuous manner. Using six soils and three different leachates, new relationships between the volumetric water content (θ) of the soil and its dielectric constant (ε) is established. These relationships appear to be more accurate than the one of Topp et al. (1980). They are used to determine water content profiles in a soil column. The relationship between the leachate solute concentration and the electrical conductivity allows to compute the solute concentration profiles in the soil column and the solute breakthrough curve. These curves are used to determine solute convection rate and solute apparent dispersion coefficient. Infiltration test results show that the soil permeability and the diffusivity increase when the leachate is infiltrated. The infiltration rate and the solute convection rate are higher than the leachate outflow rate and the three rates yield to a same value which depends on the soil permeability. The Green and Ampt (1911) model applied to the infiltration shows that the movement of the wet front is faster than the movement of the pollution front.

The apparent dispersion coefficient and the solute convection rate are computed by applying the statistic distribution law to the moisture and the solute concentration profiles. It is observed that the apparent dispersion coefficient increases during the saturation of the sample. The electrical conductivity and the solute concentration of the percolated leachate are scaled with the initial values. The evolution curves of these scaled values with elapsed lime are used to compute the apparent dispersion coefficient. There is little difference between the apparent dispersion values obtained with the scaled electrical conductivity evolution curve and the scaled solute concentration evolution curve.

The use of the TDR measurements allows comparison between solute and water migration parameters and the obtained results can be applied to in situ permeability measurements.