Des outils font progresser la détection de la contamination des eaux souterraines

Les outils Groundwater Plume Analytics^MD offrent à nos clients des moyens plus précis d’évaluer les risques, en présentant les données de manière plus attrayante et facile à comprendre.

États-Unis | mardi 21 mars 2023
Temps de lecture : 5:45 minutes

Pendant plus de 100 ans, diverses industries ont contribué à polluer un aquifère dans le centre du Canada, rendant l’eau impropre à la consommation. Plus de 30 ans après la mise en place de nouvelles sources d’approvisionnement en eau pour les résidents et le début des travaux de réhabilitation, les eaux souterraines sont toujours contaminées.

Cela n’est pas inhabituel. Il faut dire que même avec des méthodes de pompage, de traitement et d’atténuation naturelle, la contamination souterraine peut persister pendant des décennies. Ce qui ressort de ce cas et de plusieurs autres, ce sont plutôt les perspectives nouvelles et encourageantes qui s’offrent aux autorités environnementales et à la communauté grâce aux outils Groundwater Plume Analytics^MD de WSP.

« L’équipe de projet effectuait des analyses de données en utilisant des approches traditionnelles reconnues dans l’industrie, notamment l’analyse puits par puits et l’évaluation de la performance de la réhabilitation en comparant la réduction de l’étendue aréale du panache de contamination », déclare Joe Ricker, responsable technique principal chez WSP aux États-Unis, qui a développé l’un des outils d’origine.

Avec cette approche traditionnelle, l’équipe comparait les cartes de panache dans les rapports annuels, montrant ainsi que l’étendue aréale du panache avait diminué d’environ 35 % en 15 ans en raison des activités de pompage et de traitement – ce qui n’est pas un mauvais résultat en soi.

« Toutefois, grâce à l’application de nos outils, nous avons pu mettre en évidence des résultats encore plus révélateurs », affirme M. Ricker. « Notre analyse a montré une réduction similaire de l’étendue aréale, mais nous avons en plus démontré une réduction de 98 % de la masse du panache, ce que les méthodes traditionnelles ne permettaient pas de détecter. Le fait de pouvoir mettre en évidence une réduction de 98 % de la masse de contaminants plutôt qu’une réduction de 35 % de l’étendue aréale a complètement changé la donne. »

La nouvelle a été si bien accueillie par le client que les gestionnaires de la firme ont demandé à M. Ricker de présenter l’analyse à un groupe de surveillance au sein de la communauté. Grâce aux capacités de présentation de l’outil, qui permettent de traduire des ensembles de données complexes en graphiques limpides, la présentation a reçu un accueil favorable – même les membres les plus critiques du groupe étaient impressionnés.

« Ils ont pu visualiser et comprendre les données grâce à une présentation encore plus attrayante », explique M. Ricker.

Les tests comprennent une analyse puits par puits réalisée selon des approches traditionnelles et l’évaluation de la performance de la réhabilitation basée sur la comparaison de la réduction de l’étendue aréale du panache de contamination.

Simplifier la complexité

Ce moment de révélation, Joe Ricker et ses collègues l’ont souvent observé chez des clients industriels aux prises avec des eaux souterraines polluées, tant des clients que des autorités réglementaires ou des partenaires du public.

Les panaches d’eaux contaminées peuvent se propager horizontalement et verticalement dans les aquifères. Il devient alors difficile de déterminer la source ou l’ampleur de la contamination, tout comme sa gestion.

« Dans le secteur, l’un des principaux défis est d’arriver à présenter les résultats de dizaines de milliers d’échantillons d’eaux souterraines contenant diverses substances chimiques, prélevés sur des périodes allant de quelques mois à plusieurs décennies », décrit Tim Goist, responsable technique principal, WSP. « Notre cerveau a du mal à interpréter des tableaux de données et des noms de substances chimiques complexes, et à vraiment comprendre ce que tout cela signifie. Si nous nous contentions de présenter ces ensembles de données au public, ou même à bon nombre de spécialistes, beaucoup arriveraient difficilement à les déchiffrer. Parfois, la science nous aveugle. »

L’outil primé Groundwater Plume AnalyticsMD de WSP aux États-Unis relève précisément ce défi : il transforme ces chiffres, noms et tableaux concernant le panache en éléments faciles à comprendre et à visualiser. En simplifiant la complexité, l’outil aide les spécialistes en contamination des eaux souterraines, ainsi que le grand public, à mieux comprendre le déplacement des contaminants.

Plus de 165 millions d’Américains et d’Américaines dépendent des eaux souterraines pour leur consommation ou l’irrigation des cultures. Pourtant, selon l’U.S. Geological Survey, plus d’un échantillon sur cinq d’eaux souterraines contient des contaminants à des concentrations préoccupantes pour la santé humaine.

« C’est un enjeu pressant qui a un impact immédiat sur la santé des humains et de l’environnement », soutient M. Ricker.

« L’outil Groundwater Plume AnalyticsMD s’attaque au défi global de la pollution des eaux souterraines en facilitant la visualisation, la prévision et la gestion du déplacement des contaminants, ajoute-t-il. Il permet de repérer les sources de pollution et de réduire les coûts d’exploitation jusqu’à 70 % par rapport aux techniques traditionnelles d’échantillonnage, de réhabilitation et de gestion. »

Ces outils ne reposent pas sur l’intelligence artificielle ni sur des modélisations informatiques complexes, mais plutôt sur des techniques relativement simples qui utilisent des fichiers de grille provenant de logiciels de cartographie des contours et de tableurs courants. L’outil d’origine a été développé par Joe Ricker il y a plus de 20 ans. Il cherchait alors des méthodes permettant d’exploiter les données de plusieurs puits de surveillance pour mesurer la concentration moyenne et la masse du panache, en plus de l’étendue aréale généralement mesurée.

Ces outils profitent à de nombreux clients de la firme qui doivent gérer des situations similaires et qui doivent rapidement améliorer les conditions hydriques sur leurs sites. D’ailleurs, la Journée mondiale de l’eau du 22 mars 2023, qui avait pour thème « Accélérer le changement », mettait l’accent sur la nécessité de trouver des solutions à la crise mondiale concernant l’eau et son assainissement.

Les outils Groundwater Plume Analytics^MD jouent un rôle clé dans cette solution.

L’analyse de la stabilité du panache selon la Ricker Method^MD est utilisée pour déterminer si un panache en phase dissoute est en régression, stable ou en expansion.

Élargir son application

Après avoir intégré un codage informatique personnalisé créé par David Winchell, ingénieur principal chez WSP, ce dernier, Joe Ricker et Tim Goist ont obtenu deux autres brevets en 2019 pour des algorithmes développés avec l’aide de M. Winchell.

M. Ricker et M. Goist, qui travaillent ensemble comme consultants en environnement depuis 2002, avaient déjà obtenu un brevet pour l’un des outils en 2016. Depuis, le trio travaille à développer des solutions pour les clients en utilisant les outils Groundwater Plume Analytics^MD.

« Chez WSP, nous collaborons avec des équipes du monde entier, au Canada, aux États-Unis, au Brésil, en Australie et dans plusieurs pays européens. Elles font découvrir nos solutions à leurs clients », souligne M. Ricker.

Au cours des dernières années, ces outils ont été appliqués à plusieurs projets majeurs par nos spécialistes. Par exemple, une entreprise pétrolière de la côte ouest a utilisé nos services Groundwater Plume Analytics^MD dans le cadre de sa stratégie de gestion d’un terminal de carburant en vrac en activité dans le nord de la Californie.

L’objectif du projet était de démontrer les progrès réalisés en matière de réhabilitation et de réduire les dépenses à long terme pour le site. Lorsque les travaux ont été achevés en 2020, les services généraux ont été bien accueillis par la direction du client ainsi que par l’organisme de réglementation.

L’analyse de la stabilité du panache selon la Ricker Method^MD mise en œuvre sur le site a confirmé l’efficacité de l’arrêt d’un système coûteux d’extraction des contaminants volatils du sol et d’injection d’oxygène, permettant ainsi des économies de plus de 100 000 $ annuellement. De plus, l’analyse Well Sufficiency AnalysisMC a permis au client d’économiser plus de 80 000 $ en coûts de surveillance.

Depuis plus de dix ans, ces outils ont été utilisés sur plus de 1 000 panaches d’eaux souterraines avec des résultats probants aux États-Unis et dans plus de cinq marchés internationaux.

« L’un des aspects les plus gratifiants est de pouvoir aider les clients et les organismes de réglementation à mieux investir dans la réhabilitation, indique M. Goist. Nous avons observé de nombreux sites utilisant des approches de réhabilitation énergivores. Bien qu’elles soient efficaces pour décontaminer les eaux souterraines, ces méthodes demandent beaucoup d’énergie. »

« Grâce à nos outils, nous savons que plusieurs de ces sites peuvent en fait être assainis plus rapidement par des processus naturels, ajoute M. Ricker. Cela peut sembler contre-intuitif, mais les outils en font la preuve. Ainsi, les parties prenantes peuvent réinvestir les sommes économisées dans d’autres sites présentant des problèmes beaucoup plus complexes. »

L’analyse Spatial-Change Indicator^MC selon la Ricker Method^MD permet d’observer les changements relatifs dans un panache d’eaux souterraines au fil du temps.

Le but : faire progresser la science

En 2022, une avancée majeure a été l’application des outils – pour la première fois – à des eaux souterraines contaminées par des substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées (SPFA) (en anglais seulement). Les SPFA sont considérées comme des contaminants émergents et font régulièrement les manchettes.

« Nous croyons qu’il s’agit d’un moment charnière, tant pour nous que pour l’industrie en général, affirme M. Goist. Il reste encore beaucoup à apprendre sur le comportement des SPFA dans les eaux souterraines. Plus nous analyserons des ensembles de données sur les SPFA avec nos outils, plus nous découvrirons des aspects encore inconnus. »

Pendant que l’équipe repousse les limites des SPFA, « nous continuons à imaginer et à développer de nouveaux outils et de nouvelles applications pour mieux comprendre le comportement des panaches de contaminants dans les eaux souterraines, soutient M. Winchell. Nous sommes enthousiastes à l’idée de mettre nos prochaines innovations sur le marché. »

Une technicienne de terrain recueille des données à partir de puits surveillés afin de mesurer la concentration moyenne et la masse du panache.

Des outils révolutionnaires

Voici un aperçu des outils Groundwater Plume Analytics^MD (en anglais seulement) de WSP :

Analyse de la stabilité du panache – Ricker Method^MD : l’outil d’origine développé par Joe Ricker utilisé pour déterminer si un panache en phase dissoute est en régression, stable ou en expansion.

Analyse Spatial-Change IndicatorMC – Ricker Method^MD (brevet américain no 10,400,583) : l’outil permet d’observer les changements relatifs dans un panache d’eaux souterraines au fil du temps. Il sert à déterminer les zones de contamination potentielle, à évaluer la migration du panache et la performance de la réhabilitation, à démontrer l’atténuation et à interpréter efficacement bien d’autres comportements du panache.

Analyse Remediation System Benefit Analysis ou RSBA^MD (brevet américain no 9,299,038) : l’outil évalue l’impact relatif d’un système actif de réhabilitation des eaux souterraines (comme le pompage et le traitement) sur la stabilité d’un panache en phase dissoute, en tenant compte des coûts d’exploitation et d’entretien dans une perspective d’efficacité. En pratique, l’analyse RSBAMD peut démontrer si le panache diminue grâce au système de réhabilitation ou sans égard à celui-ci.

Analyse Well Sufficiency Analysis^MC (WSA) – Ricker Method^MD (brevet américain no 10,304,223) : l’outil détermine le nombre optimal de puits nécessaires pour surveiller le comportement du panache, dans le but de réduire la taille du réseau de surveillance et les coûts associés.

Analyse de transect – Ricker Method^MD : l’outil offre une méthode améliorée pour évaluer le flux de masse ou le taux de déplacement des contaminants à travers une frontière arbitraire. Il permet de répondre à la question suivante : Quelle quantité de contaminants quitte un site pour en atteindre un autre?