Cas : traçage PFAS

Ce cas illustre la simulation d'un panache PFAS en nappe, avec la particularité propre à cette famille : pas de dégradation significative à l'échelle des temps considérés, transport très mobile pour les chaînes courtes, distinction à maintenir entre précurseurs et composés terminaux. La question pratique est de comprendre comment un rejet ancien continue d'impacter une zone captée aujourd'hui, et pourquoi les concentrations mesurées varient dans le temps sans que la source apparente évolue.

Contexte

Ancien site d'essais d'extinction incendie qui a utilisé des mousses AFFF contenant des PFAS entre les années 1980 et 2005. L'activité est arrêtée, le sol en zone source a été partiellement excavé en 2010. Un champ captant situé à environ 1,2 km en aval hydraulique fournit de l'eau potable à une collectivité. Les analyses récentes montrent la présence de plusieurs PFAS avec des concentrations qui se rapprochent du seuil réglementaire pour la somme des 20 PFAS de la directive européenne.

Trois questions orientent la simulation : quelle est la projection des concentrations au champ captant sur les 30 prochaines années, quel est le rôle des précurseurs encore présents dans la zone source dans l'alimentation future du panache, et la somme PFAS 20 va-t-elle dépasser le seuil réglementaire.

Mise en place de la scène

L'emprise couvre 1,6 km dans l'axe d'écoulement et 600 mètres transversalement. La profondeur modélisée descend à 25 mètres pour inclure la nappe superficielle exploitée par le champ captant. La stratigraphie est simplifiée mais représentative de contextes d'essais de terrain souvent rencontrés.

Élément de scène	Configuration
Emprise horizontale	1600 × 600 m, orientée selon l'axe d'écoulement
Profondeur	25 m, référence niveau du sol
Grille de calcul	160 × 60 × 50 = 480 000 mailles
Sol non saturé (0 à 3 m)	Limon sableux, matière organique modérée
Nappe superficielle (3 à 18 m)	Sable grossier, porosité 0,28, K = 8e-4 m/s
Niveau semi-perméable (18 à 22 m)	Sable limoneux, porosité 0,15, K = 1e-6 m/s
Aquifère profond (22 à 25 m)	Sable grossier, porosité 0,30, K = 1e-3 m/s
Points d'échantillonnage	5 piézomètres et 3 puits du champ captant

Composés cibles et paramètres

La simulation suit en parallèle cinq composés représentatifs de la chimie AFFF typique : un précurseur fluorotélomère majoritaire (8:2 FTS), deux composés terminaux à chaîne longue (PFOS et PFOA) considérés comme conservatifs, et deux composés à chaîne courte très mobiles (PFHxS et PFBA). Chaque composé a son propre Kd et sa propre trajectoire de transport.

Composé	Rôle dans le panache	Kd (L/kg) dans sable	Facteur de retard R
8:2 FTS	Précurseur, alimente PFOA progressivement	1,5	environ 12
PFOS	Terminal C8 sulfonate, très persistant	2,5	environ 20
PFOA	Terminal C8 carboxylate, persistant	0,8	environ 7
PFHxS	Terminal C6 sulfonate, mobile	0,3	environ 3
PFBA	Terminal C4 carboxylate, très mobile	0,05	environ 1,4

La transformation du précurseur 8:2 FTS en composés terminaux suit une cinétique lente : la demi-vie retenue est de 10 à 20 ans selon les conditions microbiennes locales. Cette transformation n'apparaît donc significativement qu'à l'échelle des décennies, ce qui est précisément la durée d'intérêt pour ce cas.

Le choix de simuler cinq composés plutôt qu'un seul « PFAS total » est ce qui permet de répondre à la question initiale. Le front avancé du panache est dominé par les chaînes courtes (PFBA, PFHxS), tandis que la zone source reste riche en chaînes longues (PFOS) et en précurseurs. Utiliser une somme agrégée aurait masqué cette séparation spatiale, pourtant décisive pour l'interprétation.

Source

La source est modélisée comme une zone surfacique de 200 × 80 mètres, avec un flux actif de 1980 à 2005 puis une émission résiduelle décroissante après l'excavation partielle de 2010. L'inventaire des volumes de mousses appliqués pendant l'activité permet une estimation de la masse totale injectée de l'ordre de quelques centaines de kilogrammes de PFAS cumulés. La répartition entre composés reflète la composition typique des AFFF de l'époque.

Période	Intensité de la source
1980 à 2005	Flux nominal, émission active quasi continue
2005 à 2010	Pas de nouveau rejet, désorption depuis le sol
2010 à aujourd'hui	Émission résiduelle réduite d'un facteur 5 après excavation
Scénario prospectif	Décroissance exponentielle lente de la source résiduelle

Résultats

Après simulation sur 45 ans (1980 à 2025) puis projection sur 30 ans supplémentaires, le panache présente une structure spatiale très différenciée selon le composé suivi. Les chaînes courtes ont atteint le champ captant depuis déjà plusieurs années et produisent les concentrations actuellement mesurées en bordure du champ. Les chaînes longues sont encore majoritairement bloquées en zone proche de la source par leur adsorption. Le précurseur 8:2 FTS migre lentement mais, en se transformant en PFOA au fil du temps, contribue à un apport différé de PFOA qui n'a pas encore atteint son maximum.

Composé	Concentration actuelle au champ captant	Pic prédit	Année du pic
PFBA	40 ng/L	60 ng/L	environ 2030
PFHxS	15 ng/L	30 ng/L	environ 2040
PFOA	8 ng/L	25 ng/L	environ 2055
PFOS	4 ng/L	15 ng/L	environ 2065
Somme PFAS 20 (estimation)	70 ng/L	110 ng/L	environ 2045

Interprétation

Le modèle reproduit correctement les mesures actuelles aux piézomètres intermédiaires et aux puits du champ captant, ce qui donne une confiance raisonnable dans la projection à moyen terme. La lecture qualitative la plus importante est que la concentration cumulée continuera de croître pendant encore plusieurs décennies, malgré l'arrêt de la source active depuis 20 ans. Cette inertie est la conséquence directe de l'adsorption des chaînes longues et de la transformation lente des précurseurs : ce qui arrive aujourd'hui au champ captant reflète en grande partie des émissions d'il y a 20 à 40 ans, et ce qui arrivera dans 20 ans reflète en partie ce qui a été émis jusqu'en 2005.

Le seuil de la somme PFAS 20 est dépassé dans la projection autour de 2040, atteint son pic puis décroît lentement par la suite. Cette projection suffit à justifier une action anticipatrice : la question n'est plus de savoir si l'eau du champ captant sera concernée, mais de quand et pendant combien de temps. Les options classiques (traitement par charbon actif, reconfiguration du champ de captage, recherche de ressource alternative) peuvent être dimensionnées en partant de ce diagnostic chiffré.

Les valeurs projetées ont des marges d'incertitude importantes, notamment sur la cinétique de transformation du précurseur et sur la désorption résiduelle depuis le sol. Une variante « désorption plus lente » et une variante « transformation plus rapide » sont à explorer dans le module de comparaison multi-hypothèses pour encadrer la prédiction.

Prolongements

Variante « excavation plus profonde » : simuler l'effet d'une deuxième intervention sur le sol source pour quantifier le gain en concentration attendue au champ captant.
Variante « barrière hydraulique » : introduire un puits de pompage entre la source et le champ captant pour extraire le panache avant qu'il atteigne la ressource.
Variante « charbon actif en entrée » : ne pas simuler de remédiation en nappe mais modéliser un traitement en tête du champ captant, et quantifier la masse cumulée à traiter sur 30 ans.
Scénario avec TOP assay : intégrer une estimation de la masse de précurseurs non identifiés et tester la sensibilité des prédictions à cette inconnue.

Pour aller plus loin

PFAS : panel, précurseurs, isotopie émergente.
Paramètres hydrogéologiques : rôle de l'écoulement dans le transport rapide des PFAS courts.
Multi-hypothèses : explorer les variantes évoquées ci-dessus.