Devenir du séléniate dans les sols : Mise en évidence expérimentale et modélisation des phénomènes d'hystérèse de sorption/désorption

• Main Author: Loffredo, Nicolas
• Language: FRE
• Published: Université du Sud Toulon Var 2010
• Subjects: [SDU:STU:GC] Sciences of the Universe/Earth Sciences/Geochemistry; séléniate; sol; sorption; désorption; modélisation; réacteurs à flux ouvert; batch; membrane à dialyse
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00599917; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/59/99/17/PDF/TheI_se_LOFFREDO_V2.pdf

Dans le contexte des futurs stockages des matières nucléaires en couches géologiques profondes, le transfert de sélénium 79 des eaux de nappes vers la biosphère, par le biais de l'irrigation, est un des scenarii envisagés par l'ANDRA. Le sol servirait alors d'interface entre la géosphère et la biosphère. Le modèle actuellement utilisé pour évaluer la mobilité de nombreux éléments dans le sol repose sur une repré- sentation simple de leur distribution entre la quantité adsorbée sur le sol et la quantité restante en solution (mo- dèle Kd), considérée comme instantanée, réversible et linéaire avec la concentration de contamination. Ce mo- dèle présente des lacunes vis-à-vis du sélénium puisque ce dernier peut être présent sous différents états redox qui contrôlent sa mobilité et dont les cinétiques de transformation entre ces états sont peu connues (Se(-II), Se(0), Se(IV) et Se(VI)). Dans le but d'améliorer les prédictions faites sur la mobilité du sélénium dans un sol, le séléniate (Se(VI)), qui est la forme la plus mobile, a été utilisé pour étudier ses interactions vis-à-vis de deux sols différents (sol B et sol R). Un modèle cinétique, alternatif au modèle Kd, a été développé pour décrire l'évolution des stocks de Se(VI) en solution, en considérant une fraction de sélénium associée au sol de façon réversible (potentiellement mobile) et une fraction stabilisée sur le sol (fixée pseudo-irréversiblement). Ce modèle intègre des cinétiques de stabilisation biotique et abiotique sur le sol, et une cinétique de réduction en solution. Afin d'acquérir les paramètres des modèles, des expériences en batchs et en réacteurs à flux ouvert avec l'utilisation de sacs à dialyse ont été réalisées. L'acquisition des paramètres a permis de confronter les modèles cinétiques et Kd dans différents scenarii réalistes de contamination (chronique ou séquentielle) d'un sol de surface par du 79Se(VI). De plus, les mécanismes de sorption du Se(VI) au sein des deux sols ont été évalués en batch avec l'ajout de com- pétiteurs spécifiques vis-à-vis de certains sites pouvant sorber ce dernier (acides humiques et carbonates de cal- cium). Ceci a été complété avec l'étude de la sorption du Se(VI) sur des phases pures commerciales (silice, hy- droxyde d'aluminium, goethite, bentonite, carbonate de calcium et acides humiques) ou extraites d'un sol (subs- tances humiques), pour différentes concentrations en Se(VI) (10-8, 10-6 et/ou 10-3 mol/L), de l'impact de l'ajout de phases pures réactives, dans les sols, sur la sorption du Se(VI). Il a été montré que le Se(VI) était sorbé sous la forme de complexes de sphères externes (CSE) au sein du sol R pour des concentrations inférieures à 10-6 mol/L, tandis que dans le sol B, la majorité était sorbée sous la formes de complexes de sphère internes (CSI). La formation de CSE étant réversible et instantanée, l'utilisation du mo- dèle Kd était donc suffisante pour décrire la sorption du Se(VI) au sein du sol R, dans les expériences en réacteurs à flux ouvert. A contrario, pour le sol B, il a été montré que le modèle Kd, contrairement au modèle cinétique, présentait des lacunes pour décrire la sorption pseudo-irréversible du Se(VI), engendrée par la formation de CSI. Il a été montré que les mécanismes biotiques étaient majoritaires au sein du sol B, en raison de l'apport de nutri- ments pour les microorganismes, par l'utilisation de sacs à dialyse en cellulose régénérée. Cependant les méca- nismes abiotiques ont aussi eu lieux au sein du sol B. 13/256 Les études sur les phases pures ont montré que seuls l'hydroxyde d'aluminium (pH 5,2 et 8) et la goethite (pH 5,2) pouvaient sorber le Se(VI) respectivement de manière pseudo-irréversible et réversible (pour [Se(VI)] < 10-6 mol/L). Enfin, il a été montré que l'ajout de certaines phases pures (goethite et hydroxyde d'aluminium) au sein des deux sols, pouvait entrainer une augmentation ou une diminution de la sorption du Se(VI) par rapport à celle attendue (additivité réactionnelle). Les interactions solide/solide directes et/ou indirectes, (la plus connue étant le coating) peuvent être à l'origine de la difficulté d'évaluation, de manière générique, de la sorption du Se(VI) au sein du sol, connaissant seulement sa composition élémentaire.