Etude de la migration de l'uranium en milieu naturel : approche expérimentale et modélisation géochimique

par Vannapha Phrommavanh

Thèse de doctorat en Géochimie

Sous la direction de Jean-Paul Gaudet.

Soutenue en 2008

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    Cette étude est consacrée à la caractérisation de la migration de l'uranium dans une zone restreinte du site du Bouchet, ancienne usine de traitement de minerai d'uranium, aujourd'hui démantelé et en cours de réhabilitation. Certains déchets de cette usine ont été stockés dans une déposante réhabilitée à proximité, appelée le site d'Itteville. Dans le cadre de la surveillance de l'environnement autour de la déposante (air, eau, sédiment) imposée par arrêtés préfectoraux, un piézomètre (PZPK) situé à l'aval hydraulique de cette dernière, présente des pics d'uranium dissous total chaque hiver depuis les années 1990. Le PZPK collecte à la fois les eaux d'une formation tourbeuse calcique, saturée en eau, située entre la surface et 3 m, ainsi que l'eau d'une nappe alluviale vers 6 m de profondeur. Dans un premier temps, une caractérisation hydrogéochimique du site a mis en évidence le terme source d'uranium, qui se trouve dans la tourbe vers 0,8 m, écartant ainsi toute fuite provenant de la déposante. En effet, quelques microparticules d'oxyde d'uranium et d'oxyde mixte d'uranium-thorium ont été détectées, mais ne constituent pas la partie majeure du terme source. Dans un second temps, la chimie des eaux de tourbe et du PZPK a fait l'objet d'un suivi bimestriel de 2004 à 2007 permettant de comprendre les raisons des fluctuations saisonnières de [U]tot. Diss. . Complétées par des modélisations géochimiques et une identification bactérienne par analyse de l'ADN 16S, les chroniques de chimie de l'eau ont mis en évidence une activité bactérienne sulfato-réductrice importante en été, entraînant des conditions plus réductrices et donc, une teneur en uranium dissous total limitée par la faible solubilité de l'uraninite UIVO2(s). En hiver, cette activité bactérienne étant minime et la pluviométrie efficace plus importante, les conditions sont plus oxydantes favorisant la forme U(VI), plus soluble, notamment sous la forme du complexe Ca2UO2(CO3)3(aq) mis en évidence par SLRT. Enfin, l'activité bactérienne sulfato-réductrice a été reproduite en laboratoire afin de mieux caractériser son impact sur la solubilité de l'uranium dans la tourbe. Divers paramètres ont été étudiés (sources de C, température, nutriments) afin de recréer des conditions à la fois proches et aussi éloignées de celles in situ. Les identifications bactériennes par analyse de l'ADN 16S, en fonction du temps d'incubation, ont confirmé une augmentation de la proportion des bactéries sulfato-réductrices. Parallèlement, la chimie de l'eau, ainsi que des calculs géochimiques et des observations MEB et analyses XANES, ont mis en évidence une diminution de [U]tot. Diss. , due à sa réduction en UO2(s) (certainement sous forme de nanoparticules). Bien que le mécanisme réactionnel n'ait pu être déterminé, à savoir biotique (réduction directe de U par les bactéries) ou abiotique (réduction indirecte), ces expériences ont montré que les bactéries sulfato-réductrices peuvent prévaloir au sein d'une population autochtone variée dans des conditions proches de celles in situ. De plus, la tourbe calcique étudiée contient un stock important de weddellite (CaC2O4. 2H2O(s)), constituant un apport permanent d'ions oxalate C2O42- qui peuvent être utilisés comme source de C lors de la réduction des ions sulfate et/ou uranium en été.


  • Résumé

    The present study deals with characterizing uranium migration in a limited zone of Le Bouchet site, a former uranium ore treatment facility, which is dismantled and the rehabilitation of which is under process. Some wastes are packed in a rehabilitated disposal nearby, called the Itteville site. In the framework of the monitoring of the deposit environment (air, water, sediment) set by prefectorial decrees, a piezometer (PZPK) located downstream to the latter, has shown total dissolved uranium peaks each winter since the 1990’s. PZPK collects both the interstitial water of a calcareous peat formation, between the surface and 3 m, and an alluvial aquifer near 6 m of depth. Firstly, a hydrogeochemical characterization of the site has evidenced the uranium source term, which is present in the peat soil near 0. 8 m, hence excluding any leaching from the waste disposal. Actually, a few microparticles of uranium oxide and mixed uranium-thorium oxide have been detected, but they do not represent the major part of the source term. Secondly, water chemistry of the peat soil water and PZPK has been monitored every two months from 2004 to 2007 in order to understand the reasons of the seasonal fluctuations of [U]tot. Diss. . Completed with geochemical modeling and a bacterial identification by 16S rDNA sequence analysis, water chemistry data showed an important sulfate-reducing bacterial activity in summertime, leading to reducing conditions and therefore, a total dissolved uranium content limited by the low solubility of uraninite UIVO2(s). In wintertime, the latter bacterial activity being minimal and the effective pluviometry more important, conditions are more oxidant, which favors U(VI), more soluble, notably as the Ca2UO2(CO3)3(aq) complex, evidenced by TRLFS. Finally, bacterial activity has been reproduced in laboratory in order to better characterize its impact on uranium solubility in the peat soil. Various parameters were tested (C sources, temperature, nutrients) to recreate conditions close and also different to those in situ. 16S rDNA sequence bacterial identifications, throughout the incubation time, have confirmed an increase of sulfate-reducing bacteria proportion. At the same time, water chemistry, as well as geochemical calculations and SEM observations and XANES analyses, have evidenced an decrease of [U]tot. Diss. , owing to its reduction as UO2(s) (certainly as nanoparticles). Even though the reaction mechanism could not be determined, that is to say biotic (direct uranium reduction by bacteria) or abiotic (indirect reduction), these experiments have showed that sulfate-reducing bacteria can prevail among a varied indigenous population in conditions close to those in situ. Moreover, the studied calcareous peat contains a significant amount of weddellite (CaC2O4. 2H2O(s)), accounting for a permanent input of oxalate ions C2O42- which can be used as C source in the course of sulfate and/or uranium reduction in the summer.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (220 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 150 réf.

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS08/GRE1/0190/D
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