Spéciation et mobilité de l'uranium dans des sols et des sédiments lacustres en aval d'anciens sites miniers

​Lucie Stetten a soutenu sa thèse le 12 octobre 2018 à Paris.

Le piégeage de l’uranium dans les sols et les sédiments situés en aval d’anciennes mines d’uranium est susceptible de diminuer naturellement sa concentration dans les eaux de surface. Toutefois, l’efficacité et la pérennité du piégeage dépendent de la nature et de l’évolution des phases porteuses de l’uranium ainsi que des conditions physico-chimiques du milieu. L’objectif de ce travail de thèse était d’améliorer les connaissances sur le comportement géochimique et la mobilité de l’uranium dans des sédiments lacustres et des sols hydromorphes enrichis en uranium, dont les conditions réductrices sont à priori propices à la réduction et au piégeage de l’uranium. Des analyses de spectroscopie d’absorption des rayons X et de microscopie électronique à balayage combinées à des analyses géochimiques ont été mises en oeuvre.

Concernant les sédiments du lac de Saint Clément, la réduction progressive de U(VI) en U(IV) sous l’interface eau-sédiment est mise en évidence. Les données de spéciation et la modélisation géochimique suggèrent un contrôle important de cette réduction par le Fe(II) issu de la diagenèse précoce, notamment au travers de la réduction microbienne du Fe(III) structural dans les argiles. Pour les sols hydromorphes riches en matière organique, une réduction plus brutale de U(VI) est observée, principalement contrôlée par le niveau de saturation en eau. De plus, pour les deux sites étudiés, des

complexes mononucléaires adsorbés de U(IV) et des minéraux phosphatés de U(IV) ont été mis en évidence comme espèces majoritaires contrôlant la solubilité de l’uranium. Dans le cadre de l’étude des sols, une redistribution importante de l’uranium au niveau du front redox, via la dissolution oxydative des minéraux phosphatés de U(IV) suivie de la complexation de U(VI) à la matière organique du sol est suggérée. Des expériences d’incubations de sol ont permis de confirmer ces mécanismes de redistribution et suggèrent des réactivités différentes pour la lermontovite U(PO4)(OH)•H2O et la

ningyoite CaU(PO4)2•2H2O. Ces expériences mettent également en avant le rôle de la matière organique dans le contrôle de la mobilité de l’uranium, favorisant la remobilisation des complexes organiques de U(IV) en condition réductrice. Ces travaux appellent à considérer les phases de U(IV) non-cristallines et les minéraux phosphatés de U(IV) comme espèces contrôlant la solubilité de l’uranium dans les environnements contaminés. Il apparaît donc nécessaire de prendre en compte ces formes chimiques

pour modéliser la mobilité de l’uranium dans ces systèmes et permettre une gestion adéquate de ces environnements contaminés.