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Baptiste SAUVAGET - Soutenance de thèse MINES ParisTech

Baptiste SAUVAGET

Constitution de référentiels géochimiques locaux pour les sols et proches sous-sols urbains : de la base de données à l'interprétation géostatistique.

Titre anglais : Constitution of local geochemical references for urban soils and subsoils :from database to geostatistical interpretation
Date de soutenance : 28/03/19
Directeur de thèse : Chantal DE FOUQUET

Mots clés en français : Fond pédo-géochimique,sols urbains,filtrage géostatistique,découpage du territoire,analyse multi-critères,classification,
Mots clés en anglais : Pedo-geochemical background,urban soils,geostatistical filtering,territorial segmentation,multi-criteria analysis,classification,

Résumé de la thèse en français
Les grands réaménagements urbains génèrent d'importants volumes de terres excavées, dont la majorité est impactée par des contaminations diffuses. Une des conditions de leur réutilisation en aménagement urbain est la compatibilité avec le fond pédo-géochimique local. Cependant, il n'existe pas à ce jour en France de référentiel de qualité géochimique local des sols urbains, à l'échelle d'un quartier ou d'une ville. En outre, les terres étant excavées sur plusieurs mètres de profondeur, et pouvant être réutilisées à différentes profondeurs, une approche en trois dimensions s'avère nécessaire. Or les données de géochimie des sols urbains en trois dimensions sont généralement acquises dans le cadre de diagnostics de pollution, et correspondent à des échantillonnages orientés non dédiés au fond géochimique. De plus, les sols urbains s'avèrent très hétérogènes et discontinus. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est de proposer des méthodes de constitution de référentiel de qualité géochimique des sols urbains à partir de telles données non spécifiques. La première partie des tests réalisés consiste à étudier les différents paramètres susceptibles d'influencer les seuils calculés par les critères statistiques usuels de détermination du fond pédo-géochimique (Centile 90 ou 95, vibrisse supérieure et méthode de la médiane). La constitution d'indicateurs spatialisés de la qualité géochimique des sols urbains est ensuite étudiée via une méthode de segmentation du territoire (analyse multi-critère) appliquée à l'échelle de la ville et du quartier, et des tests sur la classification ascendante hiérarchique des analyses chimiques. Enfin, le filtrage géostatistique est étudié comme alternative aux méthodes statistiques afin de séparer les anomalies géochimiques du fond pédo-géochimique sur un critère de variabilité spatiale et cartographier le fond pédo-géochimique. Les premiers tests montrent les limites des calculs statistiques usuels. Ces limites sont liées à leur sensibilité a) à la limite de quantification, b) à la loi de distribution des données ou encore c) au pourcentage d'anomalie. Ce dernier est susceptible de varier largement dans la mesure où la plupart des données actuellement disponibles sont issues de diagnostics de pollution. Le découpage du territoire en entités géochimiques cohérentes à partir de la nature des sols et sous-sols et des pressions anthropiques (actuelles ou passées) permet de tenir compte de hétérogénéité de la qualité géochimique des sols et peut permettre de constituer différents niveaux de fond pédo-géochimique. Une des difficultés concerne cependant le renseignement de l'ensemble des entités. La classification statistique des échantillons, même spatialisée, n'apporte pas dans le cas testé de résultats exploitables pour la gestion des terres excavées. Enfin, le filtrage géostatistique via un modèle linéaire de corégionalisation présente une alternative solide pour le filtrage des anomalies et l'estimation spatialisée du fond pédo-géochimique à l'échelle d'un quartier. Ces travaux montrent qu'il est possible de constituer un référentiel de qualité géochimique des sols en trois dimensions à partir de données acquises à d'autres fins que la détermination du fond pédo-géochimique en s'aidant de co-variables décrivant le potentiel d'anomalie géochimique. La méthodologie développée peut s'appliquer à d'autres types d'indicateurs.

Résumé de la thèse en anglais
Large urban redevelopments generate large volumes of excavated soils, most of which are impacted by diffuse contamination. One of the conditions of their reuse in urban planning is the compatibility with the local pedo-geochemical background. However, there is currently no reference value in France to the local geochemical quality of urban soils at the scale of a district or a city. In addition, since the soil is excavated several meters deep and can be reused at different depths, a three-dimensional approach is needed. However, geochemical data for three-dimensional urban soils are generally acquired in the context of pollution diagnostics, and correspond to undedicated and oriented sampling. In addition, urban soils are very heterogeneous and discontinuous. In this context, the objective of the thesis is to propose methods of constitution of a geochemical quality reference for urban soils based on such undedicated data. The first part of the tests carried out consists of studying the various parameters that may influence the thresholds calculated by the usual statistical criteria for determining the pedo-geochemical background (Percentile 90 or 95, upper whisker and median method). The creation of spatialised indicators of the geochemical quality of urban soils is then studied with a method of territorial segmentation (multi-criteria analysis) applied at the scale of the city and the district, and tests on the hierarchical ascending classification of chemical analyzes. Finally, geostatistical filtering is studied as an alternative to statistical methods in order to separate geochemical anomalies from the pedo-geochemical background on a criterion of spatial variability and to map the pedo-geochemical background. The first tests show the limits of the usual statistical calculations. These limits are related to their sensitivity a) to the limit of quantification, b) to the law of distribution of the data and c) to the percentage of anomaly. The latter is likely to vary widely as most of the data currently available are from pollution diagnostics. The segmentation of the territory into coherent geochemical entities from the nature of soils and subsoils and anthropogenic pressures (current or past) makes it possible to take into account the heterogeneity of the geochemical quality of the soils and can make it possible to constitute different levels of pedo-geochemical background. One of the difficulties, however, concerns the information of all entities. The statistical classification of the samples, even spatialized, does not bring exploitable results for the management of the excavated grounds in the tested case. Finally, the geostatistical filtering with a linear model of coregonalisation presents a solid alternative for the elimination of the anomalies and the spatialized estimation of the pedo-geochemical bottom on the scale of a district. This work shows that it is possible to build a geochemical soil quality reference system in three dimensions from data acquired for purposes other than the determination of the pedo-geochemical background by means of co-variables describing the potential of geochemical anomaly. The developed methodology can be applied to other types of indicators.

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