Study of the interactions between the transuranic elements and some environnemental ligands by the hyphenated technique capillary electrophoresis : inductively coupled plasma mass spectrometry

Etude des interactions entre les éléments transuraniens et quelques ligands environnementaux par le couplage électrophorèse capillaireSpectrométrie de masse à source plasma générée par couplage inductif

• Auteur / Autrice : Sylvain Topin
• Direction : Jean Aupiais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie. Radiochimie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plutonium

Spéciation (chimie)

Actinides

Mots clés libres

Ec-icp-ms

Neptunium

Résumé

Dans ces travaux, les capacités du couplage entre une électrophorèse capillaire et un ICP-MS sont mises à profit pour améliorer les connaissances sur la spéciation des éléments transuraniens dans le cadre environnemental (gestion des déchets radioactifs) et dans le cadre du retraitement du combustible irradié. Des données thermodynamiques essentielles sur les interactions du plutonium à l’état d’oxydation 5+ (forme soluble majoritaire du Pu dans la plupart des eaux de surface) en milieu inorganique environnementale (chlorure, nitrate, sulfate, carbonate) ont été déterminées pour la première fois. Cette étude permet de corriger les modèles existant basés sur les données thermodynamiques du neptunium pentavalent (analogue du Pu pentavalent). Par ailleurs, le couplage EC-ICP-MS a également été appliqué à l’étude des interactions entre le DTPA, molécule chélatante très utilisée dans l’industrie du nucléaire, et les éléments à l’état d’oxydation 3+ (Pu, Am, Cm, Cf) et 4+ (Pu, Np, Th). Les résultats obtenus mettent pour la première fois en évidence la formation d’espèces mixtes An(IV)/DTPA/OH susceptibles de jouer un rôle important sur le comportement des actinides dans le cadre de la gestion des déchets. L’étude concernant les éléments trivalents confirme, quant à elle, la sélectivité du DTPA vis-à-vis des actinides trivalents dans le cadre de la séparation des actinides et des lanthanides mais indique que le caractère covalent de la liaison, responsable de la sélectivité, est moins marqué que le caractère ionique.

In this work, the capabilities of the hyphenated Capillary Electrophoresis-ICP-MS technique are used to improve the kwnowledge on the transuranic element speciation in the environment (nuclear waste management) and in the framework of spent fuel reprocessing. Essential thermodynamical data have been determined for the first time for the interactions of the plutonium at the 5+ oxydation state (main soluble species of Pu of the surface water) in inorganic media (chloride, nitrate, sulfate, carbonate). This study enables to correct the existing model, based on the thermodynamical data of the neptunium at the 5+ oxydation state (analogue of the pentavalent plutonium). Furthermore, the hyphenated CE-ICP-MS technique has also been applied to study the interactions between DTPA, widely used in the nuclear industry, and the elements at the 3+ oxydation state (Pu, Am, Cm, Cf) and at the 4+ oxydation state (Pu, Np, Th). The results show for the first time the formation of mixed An(IV)/DTPA/OH complexes likely to play a key role on the actinide behavior in the field of the waste management. The study on the trivalent elements confirms the selectivity of DTPA versus the actinide in the framework of the actinide/lanthanide separation but proves that the covalency, responsible of the selectivity, are less important than the ionicity in the binding.