Hydrocarbon bioremediation monitoring by combining electrical geophysical measurements (induced polarization) and gas analyses (CO2 concentration and carbon isotopic ratio)
Suivi de la biodégradation des hydrocarbures par le couplage des mesures géophysiques électriques du sol (polarisation provoquée) et des analyses des gaz (concentration du CO2 et isotopie du carbone)
Résumé
Stimulated biodegradation is a depollution technique used to degrade hydrocarbons. Its monitoring is currently done thanks to very few expensive wells. This PhD research work proposes to improve bioremediation monitoring by combining geophysical electrical methods (induced polarization) and CO2 analyses (surface emissions and carbon isotopic ratio). These tools were tested at laboratory scale and then implemented on a pilot site under decontamination. Aerobic degradation of toluene in columns by a known bacterial strain (Rhodococcus wratislaviensis) was characterized by CO2 production, carbon isotopic fractionation and by an evolution of electrical complex resistivity of porous media, in correlation with microbiological and geochemical analyses. These results allowed to implement a monitoring at the site scale. The site is a gas station where gasoline and diesel leaked fifteen years ago. A trench supply oxygen to the water table in order to stimulate aerobic bacterial processes. Geophysical campaigns and CO2 analyses have been carried out since February 2014. The first results show a more conductive and chargeable area which corresponds to the contaminated zone defined by geochemical analyses in wells. Moreover in this area CO2 emissions have been measured with an isotopic signature typical of hydrocarbon biodegradation. These results show the interest of combining geophysical methods with gas analyses to monitor biodegradation and they have already allowed to provide a non-destructive and new methodology for in situ monitoring.
La biodégradation stimulée est une méthode de dépollution in situ utilisée pour dégrader des hydrocarbures. Son suivi se fait actuellement via des forages coûteux et trop peu nombreux. Ce travail de thèse propose d’améliorer le suivi d’une biodégradation en combinant des méthodes géophysiques électriques (polarisation provoquée) et des analyses de CO2 (flux en surface et isotopie du carbone). Ces outils ont été testés à l’échelle du laboratoire, puis mis en œuvre sur un site pilote en cours de dépollution. La dégradation aérobie du toluène en colonnes par une souche bactérienne connue (Rhodococcus wratislaviensis) a été caractérisée par une production de CO2, un fractionnement isotopique du carbone, et par une évolution de la résistivité électrique complexe du milieu poreux, en corrélation avec les analyses microbiologiques et géochimiques. Ces résultats ont permis de mettre en place un suivi à l’échelle du terrain. Le site est une station-service où des fuites d’essences et de gasoil ont eu lieu il y a une quinzaine d’années. Une tranchée apporte de l’oxygène à la nappe pour stimuler les processus bactériens aérobies. Des campagnes géophysiques ainsi que des analyses de CO2 ont été réalisées à partir de février 2014. Les premiers résultats montrent une zone plus conductrice et plus chargeable qui correspond à la zone polluée définie par les analyses géochimiques en forages. De plus, au niveau de cette zone, de fortes émissions de CO2 ont été mesurées avec une signature isotopique caractéristique d’une biodégradation d’hydrocarbures. Ces résultats montrent l’intérêt de combiner des méthodes géophysiques avec des analyses de gaz pour surveiller des zones de biodégradation et, d’ores-et-déjà, permettent de fournir une méthodologie non destructrice et originale de monitoring in situ.