Simulation numérique des ISDND-bioactives 

Dans ce chapitre, nous appliquons le modèle hydro thermo biologique à deux cas particuliers d’installation de stockage de déchets non dangereux bioactives en France, que nous appellerons 0 et  . Nous représentons d’abord les résultats hydrauliques de la simulation numérique pendant les épisodes de réinjection de lixiviat. Nous comparons les résultats thermiques de simulation numérique en utilisant les deux modèles développés dans le chapitre 3: le 10 qui est le modèle hydrothermique couplé avec le modèle de dégradation de type I et le 1 qui est couplé avec le modèle de dégradation de type II. Puis nous représentons les résultats de comportement hydro thermo biologique d’un bioréacteur à long terme (10 ans) sans réinjection de lixiviat et à court terme pendant les épisodes de réinjection de lixiviat basé sur le modèle2. Enfin, nous discutons les avantages et les inconvénients des modèles. Considérant les valeurs de température observées et signalées dans différentes études et l’importance des microorganismes thermophiles (Lanini, 1998), nous avons ajouté dans ce chapitre une population thermophile dans le modèle. Nous présentons donc les résultats de simulation numérique dans une colonne 1D avec différentes répartitions de populations méthanogènes mésophiles et thermophiles. Finalement nous améliorons le modèle pour considérer une couche de sols en fond de casier d’ISDND à cause de l’importance des conditions thermiques aux limites sur les résultats thermiques et biologiques.

Résultats hydrauliques

 Le schéma du site1 de stockage bioactif est présenté dans la Figure (5$1). Les dimensions du site1 sont 90m × 80m × 12m de longueur, de largeur et de profondeur respectivement. Les brins d’injection sont horizontaux avec des perforations presque tous les 1m. Cette configuration nous permet d’utiliser un modèle 2D dans un plan vertical perpendiculaire aux brins d’injections pour la simulation numérique. Le brin d’injection est modélisé par un point à la profondeur du brin, affecté d’un débit d’injection calculé dans un mètre de brin d’injection. Dans le bioréacteur instrumenté, les capteurs de température sont installés à coté de chaque brin à différentes profondeurs pour enregistrer les valeurs de la température et ses variations avec le temps. Comme on peut voir sur la Figure (5$1), les brins d’injection sont placés au centre de tranchées remplis de matériau granulaire, au$dessous de la couche d’argile de couverture (à une profondeur d’à peu près un mètre sous la surface de la couverture). Figure (5$1) Schéma du site1, les brins d’injections et les capteurs de température Pour les simulations numériques de ce site de bioréacteur nous avons utilisé un modèle 2D avec les dimensions de 80m × 12m de largeur et de profondeur respectivement, avec un point d’injection de lixiviat à une profondeur de $1 m de la surface. Pour les conditions limites, nous imposons les flux de gaz et de liquide nuls sur tous les bords sauf le bord inférieur, où la pression atmosphérique est imposée pour simuler une couche parfaitement drainante. Les valeurs des paramètres hydrauliques (saturation initiale, porosité et conductivité hydraulique des déchets) sont identifiées par l’analyse inverse car ces paramètres sont très difficiles à estimer sur site, sauf à prélever de nombreux échantillons et perturber le site. Pour cette raison nous avons conduit une série de simulations numériques avec différentes valeurs de ces paramètres en comparant les résultats de simulation avec les valeurs de résistivité électrique, obtenus sur le site dans les sections amont, aval et milieu telles que représentées sur la Figure (5$1). Les résultats de résistivité électrique des déchets stockés est obtenue par la méthode du panneau électrique et représente indirectement la saturation des déchets. Nous présentons ci$dessous les principes de cette méthode non destructive.

La méthode du panneau électrique

La méthode du panneau électrique est une méthode géophysique basée sur la mesure en surface de l’intensité électrique et de la différence de potentiel existant entre les différentes électrodes du dispositif de mesure. Le rapport de ces deux paramètres permet de calculer la résistivité des terrains sous$jacents. Les dispositifs de mesure sont nombreux et sont choisis en fonction du problème posé. Ils se classent en deux groupes principaux : les trains de dipôles électriques qui permettent d’obtenir des profils et des cartes de résistivités apparentes (plus la longueur de ligne sera grande, plus la profondeur d’investigation augmentera); et les sondages électriques qui permettent d’obtenir la succession verticale des résistivités. Les dispositifs multi$électrodes (panneaux électriques) résultent de la combinaison de ces deux dispositifs et sont utilisés pour résoudre les problèmes 2D ou 3D. Des mesures dans des puits verticaux sont aussi possibles. Daily et al. (1992) utilisent cette technique et la loi d’Archie, ainsi que la modélisation numérique, pour suivre l’infiltration de l’eau dans un sol. Ils remarquent que si la corrélation est faible entre les images de résistivité et de teneur en eau, elle est par contre forte pour les variations de résistivité et la teneur en eau. Des relations reliant la résistivité électrique et la teneur en eau ont été établies pour des sols. Il s’agit de la loi d’Archie et de la relation de Waxman et Smits (Grellier, 2005). Mais aucune relation n’a encore été proposée pour les déchets en général ou pour un type particulier de déchets. Très peu de méthodes sont applicables à un milieu confiné et hétérogène tel que les déchets. La méthode du panneau électrique consiste à réaliser des séries de mesures en commutant les électrodes pré$implantées. La commutation des électrodes permet l’acquisition rapide de données le long de plusieurs profondeurs en faisant varier l’écartement entre électrodes. Pour chaque CemOA : archive ouverte d’Irstea / Cemagref 117 mesure, deux électrodes (A et B) constituent les sources de courant I et deux électrodes (M et N) mesurent la différence de potentiel hV. Il s’agit d’une combinaison du sondage électrique et du profil électrique, ou de plusieurs sondages électriques les uns à côté des autres ou de plusieurs profils avec des écartements de dispositifs différents (Dahlin, 2001). Un sondage électrique, consiste à prospecter le terrain sur une même verticale (en réalité un axe perpendiculaire à la surface) en centrant un dispositif électrique sur cette verticale et en écartant progressivement les électrodes pour augmenter la profondeur d’investigation. Un profil est une prospection électrique latérale à une profondeur quasi constante (c’est$à$dire avec un écartement constant des électrodes).

Le résultats hydraulique de la simulation numérique

Une série de simulations numériques à été réalisée afin d’en comparer les résultats avec les observations   du bioréacteur décrit en début du chapitre. Nous avons fait varier la saturation initiale entre 25% et 55% (4 valeurs), la porosité entre 0,05 et 0,2 (4 valeurs) et la conductivité hydraulique horizontale entre 5,0.10$6 et 5,0.10$4 (m/sec) (3 valeurs), ce qui représente au total 48 simulations numériques différentes. Ces valeurs ont été choisies parmi différentes valeurs proposées pour les paramètres hydrauliques des déchets dans la littérature (Korfiatis et al., 1984; Oweis et al., 1990; Bleiker et al, 1993; Beaven et al., 1995; McCreanor, 1998; Lanini, 1998; McCreanor and Reinhart 2000; Hudson et al., 2001 and Franck et al., 2006). Parmi les résultats numériques, ceux qui ont été obtenus avec une saturation initiale de 45%, une ρ a CemOA : archive ouverte d’Irstea / Cemagref 118 porosité de 0,15 et une conductivité hydraulique de 5,0.10$5 (m/sec) semblent être les plus proches des résultats de site pendant deux épisodes d’injection de lixiviat, dont la deuxième a été effectué une semaine après la première. Nous présentons ci$dessous les résultats de simulation numériques en les comparant avec les données du site et nous discutons les résultats. Les Tableaux 5$1 et 5$2 montrent les paramètres hydrauliques et les paramètres de deux épisodes d’injection de lixiviat. Les résultats de saturation autour d’un point d’injection dans les 2 jours suivant le deuxième épisode d’injection sont présentés sur la Figure (5$3), pour différentes valeurs de saturation initiale et en utilisant des données des Tableaux 5$1 et 5$2. Les résultats montrent l’influence de la saturation initiale des déchets sur la répartition de l’humidité résultant de l’injection de lixiviat.