Interactions et transfert de macromolécules organiques et de colloïdes dans l'argile nanoporeuse du Callovo-Oxfordien

Interactions and transfer of organic macromolecules and colloids through the Callovo-Oxfordian nanoporous clay rock

• Auteur / Autrice : Delphine Durce
• Direction : Bernd Grambow, Catherine Landesman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Radiochimie
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Nantes
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géomicrobiologie

Argile

Argilite

Colloïdes

Adsorption

Percolation dans les sols

Mots clés libres

Callovo-Oxfordien

Résumé

La roche argileuse du Callovo-Oxfordien, peu perméable, est envisagée comme roche hôte d’un stockage de longue durée des déchets nucléaires. Les radionucléides présentent une mobilité très faible au sein de cette roche mais leur complexation avec des espèces colloïdales ou des macromolécules organiques, naturellement présentes dans l’eau de pore ou induites par le stockage, pourraient être un vecteur de leur transport. Afin de comprendre dans quelles mesures ces espèces colloïdales et organiques sont mobiles dans l’argilite, si elles interagissent chimiquement et/ou physiquement (filtration) avec la roche, des expériences d’adsorption en milieu dispersé et de transport en roche intacte (expériences de percolation), ont été menées sur des colloïdes de Se(0) et des acides organiques : acide succinique (118Da), acide citrique (192Da) et acide polymaléique (1900Da). Les études d’adsorption sur les colloïdes de Se(0) mettent en évidence la rétention de cette espèce sur la roche, ses propriétés étant écrantées par la présence nécessaire de protéine pour stabiliser la suspension. Les études d’adsorption sur les acides organiques montrent une rétention de ces espèces (entre 2,2. 10-3 et 4,20. 10-2 mol/kg de roche), fortement irréversible et dépendante de la teneur en solution en ion Ca2+ et des propriétés de complexation des acides organiques avec cet ion. Les expériences de percolation sur les acides succinique et polymaléique mettent en évidence la mobilité de ces espèces au sein de la roche intacte. Ces molécules sont soumises à des interactions similaires à celles identifiées en milieu dispersé et ne subissent aucune filtration par le réseau poral de la roche

Low permeability Callovo-Oxfordian clay rock is under consideration as a possible host rock for long-term disposal of radioactive waste in a deep geological repository. Radionuclides move slowly in the Callovo-Oxfordian rock but complexation with colloidal species or organic macromolecules, naturally present in the pore solution or generated by storage, may enhance their migration. These colloidal and organic species can be retained by the clay through chemical interactions or physical immobilization (filtration). To increase the understanding of their mobility, batch and transport experiments (percolation) were performed on crushed and whole rock samples using Se(0) colloids and the following organic acids: succinic acid (118Da), citric acid (192Da) and polymaleic acid (1900Da). Adsorption studies on Se(0) colloids show the retention of this species on the clay. However, the properties of these colloids are masked by the presence of the protein required for the stabilization of the suspension. Adsorption studies on organic acids highlight the retention of these species (between 2. 2. 10-3 and 4. 20. 10-2 mol/kg of rock) which is strongly irreversible and which depends on the Ca2+ ion concentrations in solution and on the capacity of organic acids to complex with this ion. Percolation experiments performed on succinic and polymaleic acids show that despite their size, these molecules are mobile in the pore water of the compact rock. Filtration was not observed. Interactions rock/organic molecule were similar to those identified on a crushed rock