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Enhancing Nuclear Safety


Research

Theses in progress

Identifying parameters of a sorption model alternative to the Kd approach: field applicability of values determined in controlled conditions


Host laboratory: ​​Research ​Laboratory for Radionuclide Transfer in Terrestrial Ecosystems ​(LR2T)

Beginning of the thesis: October 2017

Student name: Hamza CHAIF



Subject description (in French)

La sorption, désignant les processus de rétention des solutés sur les phases solides, joue un rôle critique dans le transfert des radionucléides dans les sols en contrôlant leur persistance en surface, leur disponibilité au transfert racinaire et leur migration verticale vers les nappes.

 

En évaluation, l’approche la plus répandue est celle du coefficient de partage, qui suppose que la sorption est une réaction instantanée, linéaire et réversible. Avec un seul paramètre (noté Kd), elle permet de déterminer à tout instant la répartition des radionucléides entre phases liquide et solide. Mais ses hypothèses, très simplificatrices, ne sont pas toujours vérifiées (sorption non-équilibrée, saturation) et peuvent induire des erreurs dans l’estimation des temps de séjour des radionucléides dans les sols.

 

Parmi les approches alternatives au Kd, le modèle EK suppose des sites de sorption en équilibre avec la phase liquide (type 1) et d’autres régis par des cinétiques (type 2). Ce modèle, dont les paramètres peuvent être estimés au laboratoire à partir de données issues de réacteurs à flux (i.e. réacteur parfaitement agité à flux continu), rend mieux compte du non-équilibre et de la non-linéarité de la sorption. Cependant, cette approche ne peut être proposée en évaluation tant que ses paramètres et équations n’ont pas été étudiés à des échelles plus proches des conditions réelles.

 

L’objectif de cette thèse est d’étudier la validité du modèle EK dans des systèmes plus complexes que les réacteurs à flux, et l’applicabilité des paramètres EK déterminés au laboratoire à des situations réelles. Les radionucléides étudiés sont le 137Cs et le 60Co.

 

Des expériences de transport réactif en colonnes de sol viseront à valider l’approche EK au laboratoire. L’identification des paramètres de sorption se fera à travers deux approches : fréquentiste (moindres carrés) et bayésienne.

 

L’étude de profils de 137Cs observés in situ (base de données de 99 profils de césium dans différents sols réalisée à l’INRA) visera à valider l’approche EK sur le terrain et en particulier la capacité du transfert soluble modélisé à expliquer les profils observés. Cette base de données pourra être enrichie par d’autres profils par la suite.

 

Ce travail devrait conférer au modèle EK un degré de légitimité décisif en évaluation opérationnel dans le cas du césium et du cobalt, que l’on pourra par la suite étendre à d’autres scénarios (radionucléides, sols, conditions

hydrauliques,…).

 

 



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