L'exploitation croissante de pétrole non conventionnel du bitume de l'Alberta (Canada) a soulevé des préoccupations majeures environnementales, car ce type de pétrole est intrinsèquement différents des pétroles conventionnels. Les études précédentes se sont principalement concentrées sur le bitume dilué, mais le pétrole brut synthétique, aussi connu sous le nom de "synthetic crude oil" ou "SCO", qui prend 35 % de part de marché des pétroles de bitume, n'a pas été bien étudié. Il y a actuellement très peu d'information sur la charge des contaminants dans le SCO, les techniques efficaces de décontamination après déversement, et les facteurs qui sont déterminants pour la réussite de la biorestauration. À cet égard, le but de cette étude est de développer ces connaissances en utilisant des microcosmes de sol dans des conditions de laboratoire. Premièrement, nous avons caractérisé les contaminants d'HAP qui viennent du SCO. Le résultat d'analyse du sol contaminé par le SCO (le Sol-SCO) nous a démontré qu'il y a une différence marquée sur l'abondance relative des HAP entre un sol contaminé avec SCO et un sol contaminé du pétrole conventionnel de "Texascrude" (le Sol-Texas). Le Sol-SCO contient une fraction significativement plus élevée d'HAP lourds (avec 3 à 6 anneaux) que le Sol-Texas. Les deux sols ont été également caractérisés par des taux de perte de HAP contrastés, ce qui est causé probablement par leurs compositions différentes. Cela soulève des inquiétudes quant à l'efficacité des méthodes de décontamination actuelles, car elles ont été développées originairement pour le pétrole conventionnel. À cet effet, nous avons évalué les potentiels de divers traitements pour le Sol-SCO, tels que l'atténuation naturelle (NA), l'ajout de boue d'épuration (S), l'inoculation de champignon (F), la plantation de graminées (P) et leurs combinaisons (S-F, S-P, F-P, et S-F-P). En suivant le taux de perte d'HAP (y compris les HAP alkylés et 16 HAP prioritaires de l'EPA), nous avons trouvé que tous les traitements sont très efficaces avec au moins 80 % de perte d'HAP après 60 jours. Cependant, les taux de perte d'HAP sont distincts entre les HAP légers ( ≤ 3 anneaux, ~ 96 % de perte moyenne) et les HAP lourds (4 à 6 anneaux, ~ 29 % de perte moyenne). Nous avons également observé que le traitement S-P a atteint les meilleurs résultats au niveau de la concentration d'HAP qui demeurent dans le sol post-traité (0,10 ± 0,02 mg•kg⁻¹ pour une concentration initiale de 0,29 ± 0,12 mg•kg⁻¹). Afin de trouver les facteurs qui ont donné ces meilleurs résultats liés avec les traitements avec la boue (notamment le S et le S-P), nous avons étudié les structures communautaires des bactéries. Le résultat a démontré qu'il n'y a pas de changement significatif au niveau de la structure de microbiome entre les traitements. Cependant, en intégrant toutes les données ensemble (les taxa de bactérie, les concentrations d'HAP, le niveau de CO₂ de sol, et l'humidité de sol), nous avons observé que les traitements se différencient en trois groupes - - le Cluster de plante, le Cluster de microorganisme, et le Cluster de contrôle. L'analyse de multi-facteurs iii (MFA) a démontré que ces changements sont fortement contribués par l'application de la boue et la plantation. Le MFA aussi a montré que la plupart des bactéries sont corrélées avec les HAP alkylés (tels que le 1- méthylphénanthrène, le 2-éthylanthracène, le 3-éthylphénanthrène et le 4-butylbenzothiophène) au lieu des HAP non-alkylés qui sont suivants choisis comme les cibles de l'étude environnementale. Cela implique que, en comparant avec les HAP non-alkylés, les bactéries métabolisaient principalement les HAP alkylés dans nos sols. Donc on suggère que les études futures pour la biorestauration des HAP devraient inclure plus de HAP alkylés dans leurs cibles d'analyse afin d'évider d'avoir du biais potentiellement important. En conclusion, notre étude a démontré que les traitements avec la boue d'épuration sont capables de mieux réduire la contamination d'HAP de SCO (comparativement aux autres traitements) dans le sol. Cette observation suggère que ces techniques pourraient être des bons candidats pour les recherches futures sur la biorestauration. Cependant, une attention particulière est nécessaire pour choisir l'environnement d'application, car des facteurs tels que l'humidité, le CO₂ et la concentration d'HAP auraient des impacts significatifs sur les activités microbiennes.

L'exploitation croissante de pétrole non conventionnel du bitume de l'Alberta (Canada) a soulevé des préoccupations majeures environnementales, car ce type de pétrole est intrinsèquement différents des pétroles conventionnels. Les études précédentes se sont principalement concentrées sur le bitume dilué, mais le pétrole brut synthétique, aussi connu sous le nom de "synthetic crude oil" ou "SCO", qui prend 35 % de part de marché des pétroles de bitume, n'a pas été bien étudié. Il y a actuellement très peu d'information sur la charge des contaminants dans le SCO, les techniques efficaces de décontamination après déversement, et les facteurs qui sont déterminants pour la réussite de la biorestauration. À cet égard, le but de cette étude est de développer ces connaissances en utilisant des microcosmes de sol dans des conditions de laboratoire. Premièrement, nous avons caractérisé les contaminants d'HAP qui viennent du SCO. Le résultat d'analyse du sol contaminé par le SCO (le Sol-SCO) nous a démontré qu'il y a une différence marquée sur l'abondance relative des HAP entre un sol contaminé avec SCO et un sol contaminé du pétrole conventionnel de "Texas-crude" (le Sol-Texas). Le Sol-SCO contient une fraction significativement plus élevée d'HAP lourds (avec 3 à 6 anneaux) que le Sol-Texas. Les deux sols ont été également caractérisés par des taux de perte de HAP contrastés, ce qui est causé probablement par leurs compositions différentes. Cela soulève des inquiétudes quant à l'efficacité des méthodes de décontamination actuelles, car elles ont été développées originairement pour le pétrole conventionnel. À cet effet, nous avons évalué les potentiels de divers traitements pour le Sol-SCO, tels que l'atténuation naturelle (NA), l'ajout de boue d'épuration (S), l'inoculation de champignon (F), la plantation de graminées (P) et leurs combinaisons (S-F, S-P, F-P, et S-F-P). En suivant le taux de perte d'HAP (y compris les HAP alkylés et 16 HAP prioritaires de l'EPA), nous avons trouvé que tous les traitements sont très efficaces avec au moins 80 % de perte d'HAP après 60 jours. Cependant, les taux de perte d'HAP sont distincts entre les HAP légers ( ≤ 3 anneaux, ~ 96 % de perte moyenne) et les HAP lourds (4 à 6 anneaux, ~ 29 % de perte moyenne). Nous avons également observé que le traitement S-P a atteint les meilleurs résultats au niveau de la concentration d'HAP qui demeurent dans le sol post-traité (0,10 ± 0,02 mg•kg⁻¹ pour une concentration initiale de 0,29 ± 0,12 mg•kg⁻¹). Afin de trouver les facteurs qui ont donné ces meilleurs résultats liés avec les traitements avec la boue (notamment le S et le S-P), nous avons étudié les structures communautaires des bactéries. Le résultat a démontré qu'il n'y a pas de changement significatif au niveau de la structure de microbiome entre les traitements. Cependant, en intégrant toutes les données ensemble (les taxa de bactérie, les concentrations d'HAP, le niveau de CO₂ de sol, et l'humidité de sol), nous avons observé que les traitements se différencient en trois groupes - - le Cluster de plante, le Cluster de microorganisme, et le Cluster de contrôle. L'analyse de multi-facteurs (MFA) a démontré que ces changements sont fortement contribués par l'application de la boue et la plantation. Le MFA aussi a montré que la plupart des bactéries sont corrélées avec les HAP alkylés (tels que le 1-méthylphénanthrène, le 2-éthylanthracène, le 3-éthylphénanthrène et le 4-butylbenzothiophène) au lieu des HAP non-alkylés qui sont suivants choisis comme les cibles de l'étude environnementale. Cela implique que, en comparant avec les HAP non-alkylés, les bactéries métabolisaient principalement les HAP alkylés dans nos sols. Donc on suggère que les études futures pour la biorestauration des HAP devraient inclure plus de HAP alkylés dans leurs cibles d'analyse afin d'évider d'avoir du biais potentiellement important. En conclusion, notre étude a démontré que les traitements avec la boue d'épuration sont capables de mieux réduire la contamination d'HAP de SCO (comparativement aux autres traitements) dans le sol. Cette observation suggère que ces techniques pourraient être des bons candidats pour les recherches futures sur la biorestauration. Cependant, une attention particulière est nécessaire pour choisir l'environnement d'application, car des facteurs tels que l'humidité, le CO₂ et la concentration d'HAP auraient des impacts significatifs sur les activités microbiennes.

Les modèles à milieu poreux équivalent ou à double continuum sont couramment utilisés lors de la modélisation du transport de masse à l'échelle régionale lorsqu'aucune fracture discrète n'est prise en compte. Par contre, la migration d'un contaminant lors de la modélisation du transport de masse de domaines régionaux où des plans de litage ou des failles majeures sont présents peut être importante. Ainsi, de tels chemins préférentiels doivent être explicitement pris en compte lors de modélisations. Les modèles régionaux devraient donc être autant capable de capter le mouvement du contaminant par advection dans les fractures que la diffusion matricielle dans le milieu poreux. Par contre, le ratio entre l'ouverture d'une fracture, qui est normalement de l'ordre du centimètre au maximum, par rapport à l'étendue latérale de celle-ci est extrêmement grand. L'ordre de grandeur des concentrations rencontrées dans le processus de diffusion matricielle par rapport au transport advection est aussi très grand étant donné le développement de gradient de concentration important à l'intérieur du milieu poreux. Ainsi, étant donné ces différences d'ordre de grandeur, le développement d'un modèle numérique robuste, précis et permettant la génération du maillage adéquat en présence de domaines régionaux fracturés est extrêmement intéressant. Présentement, les modèles permettant de simuler de tels domaines requièrent des maillages extrêmement denses et des temps de calculs dépassant les limites acceptables. L'objectif du projet est donc de développer une méthode permettant de simuler avec précision et efficacité le transport de masse en milieu fracturé à l'échelle régionale, c'est-à-dire sur des distances d'au moins 100 mètres et plus. Ainsi, un nouveau modèle numérique a été développé pour la simulation à l'échelle régionale du transport de masse dans un milieu poreux à fractures discrètes où la diffusion matricielle et l'advection dans les fractures sont considérées. Un code générique d'éléments finis, MEF++, a été utilisé pour résoudre les équations d'écoulement de l'eau et de transport de masse en employant des éléments de fractures 2D et des éléments 3D pour le milieu poreux. Le nouveau modèle résout séparément les équations pour les fractures et pour le milieu poreux qui sont considérés comme deux domaines distincts. Ensuite, ces deux domaines sont couplés par l'entremise d'un terme de transfert de fluide et de masse. Ce terme de transfert est calculé à partir des gradients de fluide et de concentration pouvant exister entre le milieu poreux et la fracture, et il est pondéré par un coefficient dépendant des propriétés du milieu poreux tel que la porosité et le coefficient de diffusion. Cette approche permet une représentation générale du transfert entre fractures et milieu poreux. De plus, pour combler les problèmes de discrétisation du milieu fracturé, MEF++ permet, à l'aide d'un algorithme d'adaptation de maillage utilisant un estimateur d'erreur a posteriori, d'augmenter efficacement la densité d'éléments aux endroits où les gradients de charge hydraulique ou de concentration sont élevés. À partir de ce nouveau modèle numérique, de concert avec l'utilisation de l'adaptation de maillage, des vérifications et des exemples illustratifs ont été effectués pour démontrer les capacités du modèle. Il a été montré que le modèle permet de reproduire, avec une grande précision, les résultats d'une solution analytique connue. De plus, des simulations de vérification ont permis de confirmer l'exactitude de l'adaptation de maillage. Enfin, un domaine ressemblant au site de Smithville, Ontario, contaminé par des BPC, a été utilisé afin d'effectuer l'analyse de sensibilité de certains paramètres sur le modèle numérique. / Regional scale modelling of solute transport in fractured porous media is commonly done with equivalent porous medium or dual-continuum models, where discrete fractures are not explicitly accounted for. However, for regional scale transport over distances of hundreds of meters or more, discrete features such as extensive bedding planes or regional scale faults could have a profound impact on solute migration. These discrete features represent preferential pathways for fluid flow and should ideally be explicitly accounted for in modelling studies instead of relying on a continuum approach. Models should be able to capture the rapid advection along these regional scale features as well as solute diffusion into the surrounding matrix. However, the aspect ratio of such conductive features is extremely high, with typical fracture aperture on the order of centimeters at the most, compared to possible lateral extent on the order of hundreds of meters. The length-scale of diffusion into the matrix is also much less than that of regional scale advective transport, with large concentration gradients developing over very short distances into the matrix. Because of these discrepancies in scales, the generation of a robust and adequate mesh for the numerical simulation of regional scale transport in discrete features is extremely challenging. Currently, models that simulate such Systems need extremely dense grids and computational time that often preclude their use. The objective of this research is to develop an efficient and accurate method for the simulation of regional scale (100 meters and greater) solute transport in the presence of discrete high-conductivity features and diffusion into the matrix. Therefore, a new numerical model has been developed for regional scale mass transport in discretely fractured porous media where matrix diffusion and fractures advection are accounted for. A generic finite elements code, MEF++, had been used to solve the flow and mass transport equations using 2D elements for the fracture features and 3D elements for the porous medium. In the model, fractures are represented as 2D features that are embedded into a 3D porous matrix. The model solves independently the equations for the fracture System and the porous medium System. Then, these two Systems and coupled together using mass and fluid transfer terms. The transfer term is calculated using the concentration or head gradients that exist at the fracture / porous medium interface and it is weighted using a coefficient that is dependant of the fracture and porous medium properties such as the porosity and diffusion coefficient. This approach allows a general representation of the mass and fluid transfer between the fractures features and the porous medium. Also, to prevent discretization problems of the porous medium, MEF++ allows, using an adaptive mesh refinement method that uses an a posteriori error estimator, to increase the mesh density where high gradients are occurring. Using this new numerical model, coupled with the adaptive mesh refinement technique, verifications and illustrative examples have been done to show the model performance and capacities. It is shown that the model allows to reproduce, with great accuracy, the results of a known and accepted analytical solution. Some examples are conducted to show the accuracy and the adaptive mesh refinement method as well as a sensitivity analysis on a hypothetical fractured rock aquifer that resembles the Smithville, Ontario, fractured carbonate aquifer where groundwater contamination by PCB has been recorded and where previous modelling effort were based on continuum approaches.

L'objet de cette recherche a été d'établir et de définir une nomenclature des notions de base des techniques de décontamination des terrains, qui comptent parmi les moyens de réhabilitation environnementale. Le résultat des recherches terminologiques a été utilisé afin d'apporter une contribution au développement d'une banque terminologique disponible sur Internet. La méthodologie appliquée est celle de la recherche thématique bilingue : à partir d'un corpus de textes spécialisés, l'on a procédé à la constitution d'une nomenclature, qui a fait l'objet d'une recherche terminologique, tant en langue française qu'en langue anglaise. Les dossiers terminologiques ainsi élaborés ont été validés par un comité d'experts et intégrés sous forme de fiches au Grand dictionnaire terminologique, produit et mis en ligne par l'Office québécois de la langue française.

Les processus de transport et d'atténuation des contaminants dans un sol saturé sont déterminés en fonction de plusieurs facteurs parmi lesquels la consolidation à grande déformation joue un rôle majeur. L'étude de la consolidation d’un sol saturé tient généralement compte des aspects mécaniques et hydrauliques du milieu. Le facteur qui induit une modification structurale importante d'un sol saturé recevant une charge externe est l'expulsion de l'eau dans les pores. L'objectif de cette recherche vise à intégrer les équations de transport des contaminants avec les équations générales de la consolidation à grande déformation des sols (Foriero et Ladanyi, 1995 et 1998). Il est important pour le spécialiste en sols et en environnement de connaître l’état des contraintes, la perméabilité, l’indice des vides, le degré de consolidation, mais aussi les concentrations de contaminants et leurs gradients en vue de faire des prévisions dans le cadre d’un projet affectant un sol contaminé ou à d’autres fins. Pour ce faire, un programme informatique basé sur la méthode des éléments finis a été développé pour résoudre l'équation différentielle résultant du couplage de la consolidation et de la contamination. Les variables utilisées dans le logiciel sont les propriétés du sol, le coefficient de dispersion et la concentration initiale du contaminant. Les résultats de recherche indiquent que le programme informatique peut être utilisé pour prédire les paramètres reliés à la consolidation à grande déformation du sol et à l’évolution de la concentration du contaminant.