Traitement des nappes impactées par BTEX, HAP et HCT : quelles solutions performantes ?

BTEX, HAP, HCT en eaux souterraines : enjeux

Polluants, sources et objectifs de gestion

Les pollutions de nappes par BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène, xylènes), HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques) et HCT (hydrocarbures totaux) sont fréquentes sur des emprises industrielles et urbaines : ICPE, anciennes stations-service, ateliers, dépôts, friches et sites historiques (par exemple anciennes usines à gaz).

Ces contaminations sont souvent multi-sources et multi-phases : phase dissoute, phase résiduelle, et parfois présence de NAPL (phase organique non aqueuse, pouvant être légère ou dense). La difficulté est renforcée par l'interaction entre zone non saturée et zone saturée, ainsi que par la variabilité saisonnière des gradients hydrauliques.

Sur le terrain, une technologie efficace pour des BTEX peut s'avérer peu efficiente pour des HAP fortement adsorbés. L'enjeu n'est donc pas seulement de « choisir une technique », mais de définir une trajectoire de performance : réduction de concentrations, réduction de flux, maîtrise des transferts (dissous et vapeurs) et stabilité post-traitement (absence de rebond durable).

Dans la pratique française, les objectifs doivent rester compatibles avec l'usage, selon la note ministérielle du 19 avril 2017 relative aux sites et sols pollués et la politique « usage compatible » présentée par le Ministère de la Transition écologique (Sites et sols pollués).

Pourquoi les remédiations échouent souvent

Les causes techniques de non-performance

Les stratégies de remédiation des eaux souterraines contaminées par hydrocarbures reposent classiquement sur : (i) l'extraction et traitement (pompage-traitement), (ii) la destruction chimique in situ (ISCO), (iii) les procédés aérobie et stripping in situ (sparging/venting), (iv) la maîtrise hydraulique (barrières hydrauliques et captages) et (v) des séquences combinées. Sur le papier, ces familles sont maîtrisées ; sur site, la performance dépend d'abord de la qualité du schéma conceptuel et du pilotage par la donnée.

Problème 1 : schéma conceptuel incomplet (source vs panache).
De nombreux diagnostics décrivent correctement le panache dissous, mais localisent imparfaitement les zones sources (smear zone liée aux fluctuations de nappe, sols imbibés, poches de résidu, drains, réseaux, anciens ouvrages). Or, un panache « entretenu » par une source se traduit par des cinétiques de baisse en tailing (queue de distribution) et des durées de traitement disproportionnées.

Problème 2 : transferts zone non saturée vers la nappe sous-estimés.
Les variations de niveau piézométrique (mouillage/démouillage) peuvent relarguer des BTEX vers la nappe et alimenter un risque de vapeurs (gaz du sol). Un traitement focalisé uniquement sur la nappe, sans cohérence avec la gestion des volatils en zone non saturée, peut laisser un impact sanitaire résiduel, notamment en contexte urbain contraint.

Problème 3 : limites intrinsèques du pompage-traitement.
Le pompage-traitement est robuste pour contrôler l'hydraulique et diminuer la masse dissoute, mais il est souvent pénalisé par : (i) une efficacité décroissante lorsque la diffusion depuis des zones peu perméables domine, (ii) des débits plafonnés par la perméabilité et le rabattement admissible, (iii) des coûts d'exploitation (énergie, maintenance, médias filtrants, gestion des effluents) sur des durées longues, (iv) une faible action directe sur la masse sorbée (HAP/HCT lourds) si la source n'est pas traitée.

Problème 4 : ISCO et sparging/venting sous-dimensionnés.
En ISCO, la performance réelle dépend de la demande oxydante du milieu (consommations « parasites »), de la distribution du réactif dans l'aquifère et du contact réactif/polluant. En sparging, l'hétérogénéité peut créer des chemins préférentiels et court-circuiter des volumes contaminés, en particulier si les sources se trouvent dans des lentilles peu perméables.

Exigences de démonstration en France

En contexte ICPE, friche urbaine ou reconversion, l'attendu administratif et technique porte sur une chaîne complète : investigations ? interprétation ? dimensionnement ? contrôle. Cette logique s'inscrit dans la méthodologie nationale (mise à jour en 2017) et dans les dispositifs liés aux Secteurs d'Information sur les Sols (SIS) prévus par l'article L.125-6 et précisés par le décret n° 2015-1353 du 26 octobre 2015. Lorsque des attestations sont requises, elles s'appuient sur un cadre de certification défini par l'arrêté du 9 février 2022.

Solutions performantes : ISCO, sparging, barrières

Une stratégie multi-briques, pilotée par le schéma conceptuel

Une remédiation performante repose rarement sur une seule technologie. Elle combine des briques adaptées : (i) à la forme des polluants (dissous, résiduel, NAPL), (ii) à l'hydrogéologie (perméabilité, anisotropie, hétérogénéités), (iii) aux contraintes du site (urbain, voisinage, réseaux, accès) et (iv) à l'objectif de délai.

Dans une logique de projet, G.M.E.P intervient en prestation globale en sites et sols pollués, avec un fil conducteur opérationnel : sécuriser le schéma conceptuel, cibler les zones sources et maintenir, si nécessaire, une maîtrise hydraulique du panache pour protéger les enjeux aval.

ISCO : destruction in situ, performance sous conditions

Dimensionnement : demande oxydante et distribution

L'ISCO (oxydation chimique in situ) vise à dégrader des hydrocarbures dans la zone saturée par injection de réactifs oxydants. Sur des nappes impactées par BTEX et certaines fractions d'HCT, elle peut apporter des abattements rapides lorsque les délais sont contraints (mise en compatibilité d'usage, calendrier de chantier).

Points de conception déterminants pour une performance reproductible :

• Caractériser la demande oxydante et la géochimie (pH, alcalinité, présence de matière organique, fer, carbonates) afin de dimensionner les doses et limiter la consommation non productive.
• Maîtriser la distribution : maillage d'injection, pressions, volumes, séquences (pulses), et tests pilote en cas d'hétérogénéité forte.
• Suivre la cinétique : concentrations, paramètres redox et indicateurs de réaction, gestion du rebond post-traitement.

Limites typiques : accès et injectabilité en milieu urbain encombré, hétérogénéités (limons/argiles) et faible réactivité sur des HAP lourds fortement sorbés, qui peuvent nécessiter une stratégie complémentaire centrée sur les zones sources et les flux.

Venting et air sparging : volatils et biostimulation

Quand le couple sparging + SVE est pertinent

Le couple air sparging (injection d'air en zone saturée) et soil vapor extraction (SVE) / venting (captage en zone non saturée) est particulièrement adapté :

• aux BTEX et fractions légères d'HCT (composés volatils et semi-volatils) ;
• aux aquifères perméables (sables et graviers) avec une distribution d'air contrôlable ;
• aux contextes où le risque vapeur doit être traité en cohérence avec la nappe.

Le mécanisme combine stripping/volatilisation et augmentation de l'oxygène dissous favorisant la biodégradation aérobie. Le pilotage repose sur les débits/pressions, la vérification des zones d'influence, le suivi des gaz (COV, CO2/CH4 si pertinent) et la corrélation avec les fluctuations piézométriques.

Limite clé : efficacité généralement faible sur des HAP (faible volatilité, forte sorption). Dans ce cas, le sparging sert surtout à réduire les volatils et à soutenir des mécanismes biologiques en complément d'autres actions.

Pompage-traitement et barrière hydraulique

Réduction de flux et sécurisation des enjeux aval

Le pompage-traitement reste une brique de référence lorsqu'il faut :

• contenir le panache (protection d'enjeux aval, exutoires, milieux superficiels) ;
• abaisser rapidement la fraction dissoute ;
• coupler à des traitements de surface (par exemple adsorption sur charbon actif, stripping, séparation selon les composés).

Pour éviter des durées excessives, l'approche la plus robuste consiste à dimensionner le pompage comme outil de barrière hydraulique ou de finition (polishing), tout en menant en parallèle un traitement ciblé des zones sources lorsque cela est techniquement possible.

Critères de démonstration de performance

Une barrière hydraulique « performante » se démontre par : stabilité du gradient, bilans de débits, capture du flux, et baisse des concentrations en aval. Elle n'a pas toujours vocation à dépolluer vite, mais à protéger et à sécuriser un projet sous contrainte.

Suivi piézométrique et analytique : socle de preuve

Instrumenter pour piloter les cinétiques

Quelle que soit la technologie, la performance doit être vérifiable. Un dispositif de suivi robuste comprend :

• Suivi piézométrique : amont/aval, gradients, influence des pompages, saisonnalité.
• Suivi analytique : BTEX, HAP, HCT, paramètres physico-chimiques et, si pertinent, gaz du sol.
• Lecture cinétique : abattement, plateau, rebond, tailing, pour décider d'une intensification, d'un changement de brique ou d'un passage en surveillance.

Cette logique s'inscrit dans les pratiques reconnues en sites et sols pollués, notamment au regard de la série de normes NF X31-620 (prestations de services relatives aux sites et sols pollués, version actualisée publiée en décembre 2021).

Choisir une remédiation : critères techniques

Ce qui définit une solution réellement performante

Comparer des solutions exige des critères explicites : abattement de concentration (mg/L), réduction de flux (g/j), diminution de masse source, atteinte d'objectifs compatibles avec l'usage, et stabilité post-traitement. En conditions réelles, une solution est performante si elle est :

• prévisible (cinétique maîtrisée),
• vérifiable (suivi démonstratif et traçabilité),
• tenable (coûts et délais compatibles avec le projet).

BTEX vs HAP/HCT : comportements contrastés

• BTEX : volatils et plus biodégradables ; bonnes réponses au sparging/venting et abattements potentiellement rapides par ISCO si la source est accessible.
• HAP : hydrophobes, fortement sorbés ; cinétiques lentes et relargage long terme depuis la matrice solide. La performance dépend fortement du ciblage des zones sources et de la stratégie combinée (source + flux).
• HCT : indicateur global regroupant des fractions très différentes ; le procédé se choisit selon la distribution (légers vs lourds) et l'éventuelle présence de phase résiduelle.

Outil d'aide à la décision en risques sanitaires

Modélisation des expositions et justification de gestion

En complément des travaux de remédiation et du suivi, l'évaluation des expositions peut soutenir la justification d'une stratégie « usage compatible ». A titre d'illustration, l'outil MODUL'ERS est un logiciel de modélisation et de simulation mis à disposition par l'INERIS pour estimer concentrations, expositions et risques sanitaires liés à un sol contaminé ou à des émissions industrielles.

Référence officielle : présentation du logiciel MODUL'ERS par l'INERIS.

Conclusion : sécuriser la performance de bout en bout

Benefices et passage à l'action

Le traitement des nappes impactées par BTEX, HAP et HCT est d'abord un exercice de schéma conceptuel et de pilotage des cinétiques. Les meilleures performances sont obtenues en combinant : traitement de source (ex. ISCO ciblée), réduction des volatils et gestion zone non saturée (sparging/venting), et maîtrise des flux (pompage-traitement, barrière hydraulique), avec un suivi piézométrique et analytique conçu pour démontrer les résultats.

Pour dimensionner une stratégie fiable, limiter les itérations de chantier et sécuriser la conformité vis-a-vis des exigences SSP (SIS, attestations, dossiers techniques), sollicitez G.M.E.P pour une étude et un devis de remédiation adaptés à votre contexte hydrogéologique et aux objectifs d'usage.