Étude de la spéciation et de la mobilité de l’uranium(VI) dans les eaux naturelles : effet des matières organiques
Langue Français
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Auteur : Meyer-Georg, Sylvia
Date de soutenance : 16-09-2021
Directeur(s) de thèse : Barillon, Rémi - Del Nero, Mirella
Établissement de soutenance : Strasbourg
Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
École doctorale : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
Discipline : Chimie physique
Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie
Mots-clés libres : Uranium, Spéciation, Complexation, Mobilité, Matière organique naturelle, Fractionnement, Colloïdes, ESI(-)FTMS
Mots-clés :
- Uranium
- Spéciation
- Eau
- Teneur en substances radioactives
- Matière organique
Résumé : La matière organique naturelle (MON) est un des enjeux majeurs des biotopes aquatiques contenant des matières radioactives naturelles (TE-NORM) en raison de sa faculté à se lier aux RN, à ses formes complexes et variées dans les eaux et de sa tendance à favoriser le transport des RN dans l'eau sous forme de complexes aqueux et/ou de pseudo-colloïdes. Cette thèse porte sur le rôle des espèces de la NOM, soit les molécules organiques dissoutes (DOM), les colloïdes organiques (OC) et la matière organique sorbée aux interfaces colloïdales minérales (SOM), dans la spéciation et la mobilité de l'U(VI) en milieu aquatique terrestre. Les études comprennent des analyses spectroscopiques et moléculaires de la MON, ainsi que des analyses microscopiques de diverses fractions de taille colloïdale des eaux. La méthodologie a été appliquée à des eaux de ruisseau collectées au printemps et en hiver (2017-19) dans un petit bassin versant soumis à d'anciennes opérations minières d'U et caractérisé par une zone de stockage de résidus d'usine d'U et une zone humide (Rophin, France). L'uranium(VI) a montré une dynamique spatiale et saisonnière dans les eaux de Rophin, les concentrations d'U étant plus élevées au printemps qu'en hiver et la zone humide et la zone de stockage étant des sources secondaires d'U. La MON a également montré des variations spatiales et saisonnières dans ses principales composantes (protéique, fulvique, humique) et dans l'identité, les propriétés et la réactivité de ses molécules organiques constitutives. Des analyses approfondies des colloïdes ont révélé que les CO de taille inférieure à 5nm sont les principaux vecteurs de transport de l'U(VI) par les eaux de printemps dans tout le bassin versant. Les ions uranyles forment probablement des espèces métallo-organiques avec les CO, qui impliquent principalement la composante de type humique de la NOM et qui est caractérisée par des molécules modérément oxygénées portant des groupes carboxyles. Ces molécules sont des aromatiques condensés et non condensés dont le rapport atomique O/C est de 0,2-0,5, et des molécules aliphatiques contenant des carboxyles (CCAM) dont les rapports O/C et H/C sont respectivement de 0,1-0,4 et 1-1,6. Près de la zone de stockage et de la zone humide, une fraction significative d'U(VI) est également associée à une fraction de taille colloïdale (200-5nm) caractérisée par la présence de Fe-smectites et de Fe(III)-oxyhydroxydes couverts par une gangue de MON. On s'attend à ce que l'uranium(VI) soit présent sous forme de complexes de surface d'uranyle impliquant des sites de ferrinols présents à la surface des minéraux et/ou de la MOS. La composition et la nature de la MOS est très différente de celle des CO, ce qui suggère des processus distincts de fractionnement de la MOS au niveau moléculaire pendant la formation des CO et la sorption de la MOS. La MOS était en fait constituée de composants de la MON de type humique et fulvique, les molécules sorbées étant les molécules les plus oxygénées parmi les aliphatiques et les aromatiques non condensés (O/C>0,5) et les aromatiques condensés. La sorption préférentielle de ces molécules devrait augmenter la réactivité de surface des colloïdes minéraux vis-à-vis de l'U(VI), car elles portent des fonctionnalités oxygénées multiples. En revanche, les molécules organiques dissoutes présentes dans la fraction de taille <1nm (pauvre en U) constituent principalement la composante protéique des NOM. Par conséquent, cette étude révèle que : (i) le fractionnement des NOM à l'interface entre l'eau et les colloïdes contenant du Fe (argiles et oxydes de fer) et (ii) la formation de colloïdes organiques véritables sont les principaux facteurs de contrôle de la spéciation et de la mobilité de l'uranium(VI) dans les eaux des territoires uranifères.
Type de contenu : Text
Format : PDF
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2021STRAE024
Type de ressource : Thèse
