Etude thermodynamique et structurale de la rétention de U(VI) sur des surfaces de silice en présence de complexants organiques simples (acétate, oxalate, malate) et des matières organiques naturelles
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Radioactive waste is currently planned to be stored in deep geological formations. In environment, the groundwater can lead to the degradation of nuclear waste packages and the migration of radionuclide. In order to have a view global of the radionuclide migration, it is better to take account to the participation of organic matter. Indeed, it may decrease or increase the migration of radionuclide. In this context, the objective of this thesis was to identify the role of organic matters in uranyl cation retention on surfaces of silica. Two types of organic matters were studied: the simple organic matters which contain mainly carboxylic groups (such as acetic acid, oxalic acid and malic acid) and the complex organic material (such as humic acids and natural organic matter, extracted from the experimental site in Bure for storing the nuclear waste). This work was done by coupling a macroscopic approach, by technical analysis in solution (liquid scintillation, TOC-meter, electrophoresis capillary) and structural studies, with the help of different spectroscopic tools (TRIFT, XPS, nuclear microprobe, IR spectrophotometer in ATR mode). In aqueous solution, uranyl-organic complexes are formed. In presence of the silica surface, uranyl-organic complexes have weak affinity with this oxide. Acetate does not influence the sorption of uranyl while the presence of oxalate and malate in solution decreases the rate of sorption of uranyl. However, only the uranyl-oxalate complexes are adsorbed on the silica surface by spectroscopy. The macroscopic and microscopic data on selected natural organic matter (humic acids) confirm the trends observed for the single complex. Humic acid reduces the sorption of uranyl on silica, and spectroscopy showed no sign of complex uranyl-humate sorbed. Application to MO extracted from the Bure site, even if it is not directly comparable to previous ternary systems, in the nature, the surfaces mineral may be completely covered by films or deposits of organic matter. The uranyl ion is fixed on this MO.
Abstract FR:
Pour rendre totalement compte de la migration d'un radionucléide dans l'environnement en cas de dégradation du colis de déchets nucléaires, il faut prendre en considération la présence de la matière organique qui se trouve en milieu naturel. En effet, celle-ci peut diminuer ou augmenter la migration du radionucléide. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail de thèse a été d'identifier le rôle de complexants organiques simples avec des groupements carboxyliques (acides acétique, oxalique et malique), ainsi que celui des matières organiques plus complexes (acides humiques et matière organique naturelle extraite du site expérimental de stockage des déchets nucléaires de Bure), dans la rétention du cation uranyle sur des surfaces de silice. Ce travail a été réalisé en couplant une approche macroscopique par des techniques d'analyse en solution (scintillation liquide α, COT-mètre, électrophorèse capillaire de zone) et une approche spectroscopique avec la SLRT, l'XPS, la microsonde nucléaire et la spectrophotométrie IR en mode ATR. En solution aqueuse, des complexes uranyle-organique sont formés. Les complexants carboxyliques retenus se sorbent peu sur la silice. L'acétate n'influence pas la sorption de l'uranyle tandis que la présence d'oxalate et de malate en solution diminue le taux de sorption de l'uranyle, et concernant l'oxalate, les spectroscopies ont montré la sorption sur la silice de complexes uranyle-oxalate. Les données macroscopiques et microscopiques sur les matières organiques naturelles choisies (acides humiques) confirment les tendances observées pour les complexants simples. L'acide humique diminue la sorption de l'uranyle sur la silice, et les spectroscopies n'ont montré aucune signature de complexes uranyle-humate sorbés. L'application aux MO extraites du site de Bure, même si elle n'est pas directement comparable aux systèmes ternaires précédents qui font intervenir de la sorption puisque les matières organiques sont solubles en milieu aqueux, présente un intérêt car en milieu naturel, les surfaces minérales peuvent être recouvertes totalement par des films ou dépôts de matière organique.