Influence de la matière organique naturelle et des surfaces minérales sur la spéciation des radionucléides en contexte environnemental

devant le jury composé de :

Aline Dia ............. Rapporteur
Michael Kumke ......... Rapporteur
Jamie Lead ............ Examinateur
François Guyot ........ Examinateur
Marc Benedetti ........ Co-directeur de thèse
Pascal Reiller ........ Co-directeur de thèse


Résumé:

Ce travail de thèse s’est attaché aux interactions existant dans un système ternaire
europium(III)/acide humique (AH)/? Al2O3 dans diverses conditions physico-chimiques (pH,
force ionique, concentration en matière organique). Ces interactions ont été étudiées à
l’échelle macroscopique – par quantification de l'adsorption de Eu(III) et/ou de l'AH sur la
surface – et par spectrofluorimétrie laser à résolution temporelle. Ces analyses ont permis de
mettre en évidence que l’europium(III) était lié à l'AH dans le système ternaire, et ce dans
toutes les conditions étudiées. La complexation de l'ion sur ?-Al2O3 n'apparaît qu’à pH et
force ionique élevés. Une méthode d’étude de réactivité des acides humiques dans des
concentrations représentatives du milieu naturel a également été validée : les titrages
spectrophotométriques. Ils ont ainsi pu être utilisés pour déterminer les variations de réactivité
de l’acide humique après adsorption sur la surface d'alumine en fonction de la concentration
initiale en AH. Ces résultats ont été utilisés pour modéliser la spéciation de Eu(III) dans le
système ternaire en utilisant les modèles CD-MUSIC (pour la complexation minérale) et
NICA-Donnan (pour la complexation organique).
Mots clés : substances humiques, radionucléides, surface minérale, spéciation,
modélisation

Abstract:
This study deals with interactions occurring in a ternary europium(III)/humic acid(HA)/?
Al2O3 system, depending on solution conditions (pH, ionic strength, organic concentration).
These interactions were studied at a macroscopic scale – quantifying Eu(III) and/or HA
adsorption onto the mineral surface – and using Time-Resolved Luminescence Spectroscopy.
Presence of HA modifies Eu(III) behaviour toward the mineral surface. The analysis showed
a Eu(III)-HA complexation in the ternary system, in all the conditions studied. However,
Eu(III) complexation with the mineral surface is occurring at high pH and ionic strength only.
Spectrophotometric titrations were validated as a method to study HA reactivity at
environmental relevant concentrations. They have been used to determine modifications of
HA reactivity after adsorption onto the alumina surface depending on initial HA
concentration. These results have then be used to model Eu(III) speciation in the ternary
system, using the CD-MUSIC and NICA-Donnan models for mineral and organic
complexation, respectively.

Keywords: humic substances, radionuclides, mineral surface, speciation, modelling