The electrical resistivity and self-potential methods applied to the study of contaminated sites
Les méthodes de résistivité électrique et de potentiel spontané appliquées aux sites contaminés
Résumé
The purpose of this work is to demonstrate that electrical resistivity and self-potential methods can provide spatial information about the redox potential and the fluid conductivity of a contaminant plume. These methods can therefore be used to optimize the implantation of piezometers. The application of the electrical resistivity tomography to the Entressen landfill (Provence-France) provided a map of the fluid conductivity of the aquifer, which helped us to determine the extension of the contaminant plume. The self-potential signals, which are passively measured over contaminated sites, are associated with two main mechanisms. These mechanisms are the fluid flow (streaming potential) and the presence of organic-rich contaminants in an aquifer ("electro-redox" phenomenon). Strong electrical potential anomalies have been evidenced above contaminated sites, but no physical explanations have been proposed. Therefore, we have developed a natural (bio)-geobattery model, in which bacteria allow the transfer of electron between the reduced and the oxidized parts of the aquifer. The resulting current density produces self potential anomalies recordable at the ground surface. In order to validate this model, we have realized self potential experiments on two contaminated sites (Entressen in France and Trecate in Italy), and on a sandbox with sulfato-reducing bacteria. Both the field and laboratory results are in accordance with the (bio)-geobattery model, showing a linear coupling between the self potential signals and the redox potential.
Le potentiel rédox et la conductivitée du fluide d'un panache de contamination sont deux paramètres clefs pour la surveillance des sites contaminées. L'objectif de ce travail de thèse est de montrer que les méthodes de résistivité et de potentiel spontané apportent des informations spatialisées sur ces deux paramètres. Ces méthodes permettent ainsi de minimiser et d'optimiser l'implantation de piézomètres de contrôle. L'application de la méthode de résistivité électrique sur le site d'Entressen en Provence (C.E.T. de Classe 2) a permis d'obtenir une carte de la conductivité du fluide de l'aquifère, définissant ainsi l'extension du panache de contamination. Les signaux de potentiel spontané mesurés sur les sites contaminés sont associés à l'écoulement de l'eau dans le sous-sol (phénomène d'électrofiltration) et à la présence de contaminants organiques (phénomène que nous appelons "électro-rédox"). Les études antérieures avaient mis en évidence l'existence d'anomalies de potentiel spontané aux abords de sites contaminés, sans pour autant parvenir à expliquer physiquement ce phénomène. Nous avons donc développé un modèle de (bio)-géobatterie naturelle, dans lequel les bactéries jouent le rôle de transfert d'électrons entre la zone réduite du panache et la zone oxydée. Le courant électrique qui en résulte est à l'origine des anomalies de potentiel électrique mesurées à la surface du sol. Pour valider ce modèle, nous avons réalisé des expériences de terrain (Entressen en Provence et Trecate en Italie) ainsi que des expériences en cuve en présence de bactéries sulfato-réductrices. Les résultats de terrain et de laboratoire sont en accord avec le modèle, montrant un couplage linéaire entre potentiel spontané et potentiel rédox.
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