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Laboratoire de Radioécologie et d’Ecotoxicologie
THESE
Pour obtenir le titre de
Docteur en Sciences
de L’UNIVERSITE DU SUD (TOULON-VAR)
Discipline : Géochimie
Présentée par
Nicolas LOFFREDO
Devenir du séléniate dans les sols :
Mise en évidence expérimentale et modélisation des
phénomènes d’hystérèse de sorption/désorption
Thèse encadrée par Frédéric COPPIN
Directeur de thèse : Stéphane MOUNIER
Date de soutenance prévue : 7 avril 2011
Composition du jury :
Pr N. MARMIER Professeur, Université de Nice Rapporteur
Pr H.R. PFEIFER Professeur, Université de Lausanne Rapporteur
Dr S. MOUNIER Maître de conférences, Université du Sud Toulon-Var Directeur de thèse
Dr Y. THIRY Chercheur ANDRA, Paris Examinateur
Dr F. COPPIN Chercheur IRSN, Cadarache Tuteur IRSN
Mr D. PEREZ-SANCHEZ Chercheur CIEMAT, Madrid Invité
Dr G. LIMOUSIN Ingénieur BURGEAP, Avon Invité
tel-00608532, version 1 - 13 Jul 2011
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…Si celui qui pénètre dans l’état de l’énergie réalise qu’il ne s’en distingue point, son énergie divinisée
(saivi) assume l’essence de Siva et on la nomme alors « ouverture ». De même que, grâce à la lumière
d’une lampe ou aux rayons du soleil, on prend connaissance des diverses portions de l’espace, de
même, O Bien-aimée ! C’est grâce à son énergie que l’on peut connaître Siva…
Le Vijnana Bhairava, série IN-8° fascicule 15, traduit et commenté par Lilian Silburn (directrice de
recherches au C.N.R.S.) ; Collège de France ; Institut de civilisation indienne 1999
…A mon maître, sans qui rien de cela n’aurait été possible.
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SOMMAIRE
REMERCIEMENTS ................................................................................. 11
RESUME ............................................................................................ 13
ABSTRACT......................................................................................... 15
INTRODUCTION GENERALE ..................................................................... 17
1 CONTEXTE GENERAL : LA PROBLEMATIQUE DES DECHETS RADIOACTIFS EN
FRANCE ............................................................................................ 17
1.1 RAPPEL SUR LA RADIOACTIVITE ................................................................................ 17
1.2 PRODUCTION ANNUELLE DE DECHETS RADIOACTIFS ........................................................ 18
1.3 CLASSIFICATION DES DECHETS RADIOACTIFS ET MODE DE GESTION ..................................... 19
1.4 GENERALITES SUR LE SELENIUM ................................................................................ 21
1.5 LES TRANSFERTS POTENTIELS DES RADIONUCLEIDES LIES AUX FUTURS CENTRES DE STOCKAGE ... 23
2 PROBLEMATIQUE DE CETTE ETUDE ........................................................ 25
2.1 LE MODELE ACTUELLEMENT UTILISE POUR EVALUER LA MOBILITE D’UN ELEMENT DANS LE SOL ... 25
2.2 PROBLEMATIQUE LIE AU SELENIUM ET OBJECTIFS DE CE TRAVAIL ....................................... 26
CHAPITRE I : ETAT DE L’ART .................................................................. 29
1 GENERALITES SUR LE SOL ................................................................... 29
1.1 LES PHASES MINERALES .......................................................................................... 29
1.2 LES PHASES ORGANIQUES ....................................................................................... 29
1.3 LA MICROBIOLOGIE ............................................................................................... 30
2 INTERACTION DU SELENIUM AVEC LES PHASES CONSTITUANT UN SOL ............. 32
2.1 REACTIVITE DES (ALUMINO)SILICATES ET DES CARBONATES .............................................. 32
2.2 REACTIVITE DES OXYDES METALLIQUES ....................................................................... 32
2.3 REACTIVITE DE LA MATIERE ORGANIQUE ..................................................................... 34
3 LES MECANISMES D’INTERACTION DU SELENIUM AVEC UN SOL ....................... 36
3.1 LA NATURE DES COMPLEXES FORMES SUR LE SOLIDE ....................................................... 36
3.1.1 Description des complexes formés à la surface des solides et paramètres influants ........... 36
3.1.2 Mobilité du sélénium dans les sols en fonction de la nature des complexes formés ............ 38
3.2 LES MECANISMES D’OXYDOREDUCTION DU SELENIUM ...................................................... 39
3.2.1 Rôle de la solution sur la spéciation du sélénium ..................................................... 39
3.2.2 Rôle des phases solides sur la spéciation du sélénium ................................................ 41
3.2.3 Rôle des microorganismes sur la spéciation du sélénium ............................................ 42
3.2.4 Conclusion .................................................................................................... 43
4 PROPOSITION D’UN MODELE ALTERNATIF AU MODELE KD ............................ 45
4.1 CONCEPTUALISATION DU MODELE ............................................................................. 45
4.2 DESCRIPTION DES LOIS CINETIQUES DU MODELE CINETIQUE .............................................. 47
4.2.1 Description des lois cinétiques de sorption réversible ................................................ 47
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4.2.2 Description des lois cinétiques de sorption pseudo-irréversible .................................... 48
4.2.3 En résumé ..................................................................................................... 51
5 DEMARCHE EXPERIMENTALE MISE EN ŒUVRE ........................................... 52
CHAPITRE II : MATERIEL ET METHODES ..................................................... 54
1 MATERIAUX ET METHODES ANALYTIQUES UTILISES .................................... 54
1.1 CHOIX DES SOLS ................................................................................................... 54
1.2 LES SOLIDES PURS UTILISES ..................................................................................... 55
1.3 LES SOLUTIONS MERES DE SELENITE ET DE SELENIATE UTILISEES ........................................ 56
1.4 LES TECHNIQUES ANALYTIQUES UTILISEES DANS CETTE ETUDE .......................................... 56
1.4.1 ICP-AES ........................................................................................................ 57
1.4.2 Chromatographie ionique en phase liquide ............................................................. 57
1.4.3 Comptage en scintillation liquide ........................................................................ 58
1.4.4 COTmètre ..................................................................................................... 59
1.4.5 HGAAS ......................................................................................................... 60
1.4.6 Microscopie électronique à transmission ................................................................ 60
1.4.7 spectrofluorimétrie ......................................................................................... 61
2 METHODES ET CONDITIONS EXPERIMENTALES ........................................... 63
2.1 SYNTHESE D’UN TRACEUR DE SELENIATE 75 A PARTIR D’UNE SOURCE DE SELENITE 75 .............. 63
2.2 STERILISATION DES SOLS ET VERIFICATION DE LA STERILITE .............................................. 64
2.3 EXPERIENCES REALISEES EN BATCH ............................................................................ 64
2.3.1 Présentation des batchs utilisés dans cette étude .................................................... 64
2.3.2 Préparation des batchs contenant les sacs à dialyse (batchs de type A, B et C) ................ 67
2.3.3 Préparation des batchs « classiques » de type D, E et F ............................................. 69
2.3.4 Déroulement des expériences ............................................................................. 69
2.4 LES EXPERIENCES EN REACTEURS A FLUX OUVERT .......................................................... 73
2.4.1 Description du dispositif ................................................................................... 73
2.4.2 Préparation des sacs à dialyse pour les expériences en réacteurs à flux ouvert ................ 75
2.4.3 Déroulement des expériences ............................................................................. 75
3 METHODES THEORIQUES ..................................