Etude l'adsorption et de la désorption de 226RA(II) et 238U(VI) dans la matière organique de la tourbe, en contexte minier

Sorption study of 226RA(II) et 238U(VI) on to peat organic matter, in mining environment

• Auteur / Autrice : Gabrielle Bordelet
• Direction : Catherine Beaucaire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux et géochimie
• Date : Soutenance le 20/05/2014
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Areva
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Bioorganique (CEA Saclay)
• Jury : Président / Présidente : Annie Chaussé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adsorption

Radium

Uranium

Mots clés libres

Matière organique de tourbe

Peat organic matter

Résumé

Le devenir des anciens sites miniers est un sujet de préoccupation sociétale. Afin de garantir la protection de l'écosystème ainsi qu'un impact radiologique minimal sur la biosphère, il est important de comprendre les paramètres qui régissent la migration de l'uranium (et de ses produits de désintégration, en particulier le radium 226) et d'être capable de le modéliser. Dans la nature, parmi les phases qui peuvent retenir 238U(VI) et 226Ra(II), la tourbe est connue pour avoir une forte affinité pour l'uranium VI. La tourbe sèche étant généralement composée à près de 90% de matière organique, l'objectif de cette étude est de qualifier et de quantifier la capacité d'adsorption et de désorption de la matière organique de la tourbe pour 238U(VI) et 226Ra(II). Les échantillons de tourbe prélevés à proximité de l'ancien site d'extraction d'uranium des Sagnes (Limousin, France) ont été caractérisés et ont ensuite été utilisés pour des expériences d'adsorption et de désorption en btach. Les résultats montrent que l'adsorption de 226Ra(II) sur la tourbe est supérieure à 97% pour pH>4-6 (suivant la teneur en particules détritiques dans la tourbe), ce qui correspond à des valeurs de Kd de 4500 pour 500mL/g. Quand à elle, l'adsorption de 238U(VI) est supérieure à 80% à pH>3, avec des valeurs de Kd qui atteignent 11000 mL/g vers pH 4.5. La désorption mesurée après un mois reste très faible. Contrairement aux tourbes classiques, la tourbière des Sagnes présente la particularité d'avoir une charge détritique importante (jusqu'à 50% de la masse de la tourbe sèche). L'interprétation des courbes de rétention de 238U(VI) et 226Ra(II) nécessite au préalable de discriminer à l'aide de modélisations, la contribution des différentes phases minérales présentes (oxyde de fer, phyllosilicates). Un modèle opérationnel, représentant la fraction organique comme un échangeur d'ions, a été proposé. Celui-ci permet de décrire le comportement de ces deux radioéléments sur la fraction organique de la tourbe.

The environmental footprint of former uranium mining sites is a major concern for society. In order to guarantee the protection of ecosystems and thus a minimal radiological impact on the biosphere, it si important to understand and to be able to model the phenomena controlling the migration of uranium and its decay products, specially radium (226Ra) (AREVA's Envir@Mines project). In the environment, among solid phases which can retain 238U(VI) and 226Ra(II), peat is known to have relevant affinity for U(VI). Because peat is usually composed at 90 % dry weight of organic matter, the aim of this study was to qualify and quantify peat organic matter affinity for 238U(VI) and 226Ra(II). Peat samples extracted from Les Sagnes (close to a former uranium mining site in Limousin area, France) was characterized andbatch adsorption/desorption experiments were conducted. The results indicate that 226Ra(II) adsorption onto that peat is higher than 97 % for pH>4-6 (depending on the organic/mineral ratio in dry peat) corresponding to Kd values about 4500 for 500mL/g and 238U(VI) adsorption is higher than 80 % at pH>3 with Kd maximal values reaching 11000 mL/g around pH 4.5 . Only a little desorption was measured after one month.An ion exchange modelling for radium adsorption onto one type of organic matter sorption site was enough to fit the experimental adsorption Kd for the peat over the whole range of Ph . However, uranium sorption on peat can be modelled on that organic sorption site only for pH 5 to 10. From Ph 5 to 10, to explain the experimental uranium adsorption Kd values (close to 1500 mL/g), uranium sorption onto mineral phases (such as smectite and iron oxide in this study) has to be considered. An operational data set is given for both 238U(VI) and 226RA(II) sorption onto Les Sagnes peat. Unlike usual peat, peat from Les Sagnes contains more than 10 % dry weight of mineral matter. That is why it is necessary to modele sorption of those two radioelements onto mineral phases (such as smectite and iron oxide, in this study), to discriminate which part of the sorption is due to mineral phases and which one id from organic matter. An operational dataset for 238U(VI) and 226Ra(II) sorption onto Les Sagnes organic matter was determined.