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Caractérisation et modélisation numérique du comportement des matériaux énergétiques dans les sols et l'eau souterraine d'un site d'entraînement anti-char.
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Mailloux, Michel |
| Copyright Year | 2002 |
| Abstract | La base militaire de Val cartier opere le champ de tir antichar Arnhem depuis les annees 1970. Le type de munitions utilise pour l'entrainement est la roquette M72 dont la charge explosive est constituee de 300 g d'Octol, un melange de 60% HMX (Octahydro-1,3,5,7- Tetranitro-1,3,5,7-Tetrazocine), 30% TNT (2,4,6-Trinitrotoluene) et 10% RDX (Hexahydro-1 ,3,5-Trinitro-1 ,3,5-Triazine). Une problematique environnementale a ete soulevee puisqu'une proportion non-negligeable des munitions n'explose pas a l'impact. Le contenu en materiaux energetiques (ME) des roquettes non explosees se disperse a la surface du sol pour ensuite etre dissous par l'eau de pluie et migrer vers la nappe phreatique. Le Centre de recherche pour la defense Valcartier (CRDV) et l'INRS-Georessources menent une etude hydrogeologique depuis 1998 dont le but est la comprehension du comportement des materiaux energetiques dans les sols et l'eau souterraine. La methodologie utilisee pour ce projet de recherche comporte trois grands volets, soit les travaux de terrain, les essais en laboratoire et la modelisation. Une des etapes principales de ce projet etait d'instrumenter le champ de tir anti-char Arnhem de facon exhaustive afin d'avoir une quantite suffisante de donnees hydrogeologiques et physico-chimiques necessaires pour comprendre le comportement des materiaux energetiques. Les travaux de terrain ont montre que le contexte hydrogeologique est tres complexe dans le secteur du champ de tir Arnhem. Ces complexites sont la presence d'une nappe perchee, un changement brusque de direction et de vitesse d'ecoulement, une stratigraphie discontinue, une geometrie complexe de l'aquifere et un regime d'ecoulement caracterise par des effets transitoires majeurs. Les travaux de caracterisation ont egalement montre que le HMX est le principal ME observe dans les sols de surface pres des cibles d'entrainement et dans l'eau souterraine alors que le RDX et le TNT y sont quasi-absent. A partir des resultats des travaux de caracterisation, un modele conceptuel expliquant le comportement des materiaux energetiques a ete developpe. Le HMX est dissous tres lentement, est faiblement adsorbe et pourrait se biodegrader sous les conditions aerobies de l'aquifere. En mettant en relation la fluctuation du niveau de la nappe avec la concentration en HMX dans l'eau souterraine, il est possible d'observer qu'une impulsion de HMX est produite a chaque episode de recharge de l'aquifere. Cette suite d'impulsions de HMX dissous genere un panache de contamination dans l'eau souterraine. En comparaison avec le HMX, le TNT est dissous plus rapidement, est plus adsorbe et se biodegrade en condition aerobie. Parce qu'il est essentiel d'avoir une solide connaissance du regime d'ecoulement de l'eau souterraine avant d'entreprendre une etude detaillee sur le transport des contaminants, des travaux de modelisation hydrogeologique 3-D en condition non-saturee/saturee ont ete entrepris avec le programme FRAC3DVS. Les resultats montrent que les vitesses d'ecoulement dans la partie superieure de l'aquifere changent de facon significative selon les saisons sur le flanc de la montagne car cette zone devient saturee pendant la recharge printaniere et se desature en periode d'etiage. Les effets qu'ont ces phenomenes transitoires sur l'evolution du panache de HMX dissous dans l'eau souterraine ont ete evalues avec une simulation du transport de masse en condition advective/dispersive. Les resultats montrent que le panache s'ecoule rapidement a partir de la source pendant la recharge printaniere mais ne se rend pas completement au centre de la vallee avant que le flanc de la montagne ne s'asseche en periode d'etiage. Abstract The Arnhem anti-tank range has been in operation since the 70's at BFC-Va1cartier. The ammunition used for training at the range is the M72 rocket with an explosive charge made of 300 g of Octol (60% HMX, Octahydro-l,3,5,7-Tetranitro-l,3,5,7-Tetrazocine, 30% TNT, 2,4,6-Trinitrotoluene and 10% RDX, Hexahydro-l,3,5-Trinitro-l,3,5- Triazine). An environmental issue is related to the misfire of M72: the unexploded ammunitions at the soil surface (DUD) or into the ground (UXO) provoke the spreading of energetic materials (EM) in the sandy soil of the range, the infiltration of rain and water from snow melt dissolves EM and transports them to the water table. In 1998, the Defence Research Establishment Va1cartier (DREV) and the Institut national de la recherche scientifique (INRS) initiated a hydrogeological study to understand the behaviour of EM in the vadose zone and the water table aquifer underlying the range. The methodology used for this project consists of field characterization, laboratory tests and numerical modeling. One of the main steps of this project was to characterize the site thoroughly in order to gather the information needed to understand the behavior of EM. Characterization work has shown that the hydrogeological setting is complex in the vicinity of the Arnhem range: presence of a perched aquifer, a sharp shift in the direction of groundwater flow, steep bedrock slope, discontinuous stratigraphy and transient effects on the groundwater flow regime. The characterization has also shown that HMX is the main EM observed in soil close to the training target and in groundwater, whereas RDX and TNT are present only in traces. A conceptual model of EM behavior was defined based on the characterization. HMX is weakly adsorbed, could be biodegraded under aerobic condition and is slowly dissolved. The very low dissolution of HMX explains why the major mass of this EM is located in the soil surface, limiting its impact on groundwater. In comparison with HMX, TNT is more quickly dissolved and more strongly adsorbed. Since it is essential to have an excellent knowledge of groundwater flow pnor to performing a detailed contaminant transport study, such as what is required for natural attenuation assessment, a 3-D unsaturated/saturated groundwater flow modeling study was initiated using FRAC3DVS. Sharp seasonal groundwater flow velocity changes were predicted close to the source because this area becomes unsaturated during low-water periods but is saturated during spring recharge. The effects of such variations in the seasonal groundwater flow regime on dissolved HMX migration was clearly assessed with a simple advective/dispersive mass transport simulation. The results show that the dissolved EM quickly migrates away from the source during recharge events but does not entirely reach the center of the valley before the aquifer on the mountain side goes dry. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | http://espace.inrs.ca/1749/1/Tg00005.pdf |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
