Étude de la spéciation de l'uranium d'origine anthropique dans un sol naturel par approche multitechnique

Study of the speciation of anthropogenic uranium in a natural soil using : a multi-technique approach

• Auteur / Autrice : Simon Bayle
• Direction : Christophe Den Auwer, Pier Lorenzo Solari, Pierre Crançon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 13/09/2022
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie (Nice)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Briois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Den Auwer, Pier Lorenzo Solari, Pierre Crançon, Valérie Briois, Gilles Montavon, Thierry Allard, Delphine Vantelon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gilles Montavon, Thierry Allard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrométrie EXAFS

Spéciation

Uranium

Mots clés libres

Uranium

Spéciation

Environnement

EXAFS

SLRT

Comportement

Sol

Craie

Speciation

Uranium

Environment

EXAFS

SLRT

Behavior

Soil

Chalk

Résumé

Les travaux de thèse présentés dans le présent manuscrit ont porté sur l'étude de la spéciation et du comportement de l'uranium d'origine anthropique ayant été dispersé sur un sol naturel. Une approche multitechnique groupant des techniques d'analyse réalisée au synchrotron SOLEIL tel que l'EXAFS (Extended X-raies Absorption Fine Structure), le XANES (X-raies Absorption Nearl Edge Structure), la cartographie XRF (X-Raie Fluorescence) ou plus conventionnelle tels que la SLRT (Spectrofluorimétrie Laser à Résolution Temporelle) à permis de mettre en évidence l'évolution de la forme chimique de l'uranium au fur et à mesure de sa migration dans le sous-sol du site étudié. L'utilisation de la combinaison linéaire des spectres EXAFS obtenus sur des échantillons prélevés à différentes profondeurs s'est avéré être un outil puissant des traitements de données. Ainsi, une forte corrélation a pu être établie entre l'évolution de la spéciation de l'uranium, son profil de concentration, et la composition chimique et minéralogique du sol et du substrat du site, suggérant dès lors de la pertinence de l'approche analytique choisie.En parallèle de l'étude du site, des expérimentations ont été réalisées en laboratoire afin d'améliorer nos connaissances sur le comportement dynamique de l'uranium. Pour ce faire, des colonnes modèles composées d'un terme source en uranium et d'une phase stationnaire ont été lixiviées durant plusieurs mois afin d'étudier la migration et l'évolution de la spéciation de l'uranium. Les résultats obtenus montrent l'impact des acides humiques sur le comportement de l'uranium. En effet, la présence de matière organique engendre des observations jusqu'ici jamais réalisées. Lorsqu'elle est présente dans l'eau de lixiviation, celle-ci se sorbe et migre au cœur du terme source d'uranium utilisé. Lorsqu'elle est présente dans la matrice composant la colonne, des phénomènes de diffusion importants sont observés, corrélés avec une réduction de l'uranium.Ces travaux auront également servi à développer la technique de cartographie de la fluorescence X sur la ligne MARS du synchrotron SOLEIL, qui, au fur et à mesure des différentes sessions d'analyses et des essais/erreurs inhérents, a permis de rendre l'analyse routinière et fiable. De plus, certaines approches, notamment celle de la cartographie XANES, ouvrent de nombreuses possibilités d'étude, notamment sur les systèmes présentant des transitions de phases et des changements de spéciation à l'interface entre deux milieux.

The thesis work presented in this manuscript focused on the study of the speciation and behavior of anthropogenic uranium dispersed on natural soil. A multi-technique approach combining analytical techniques carried out at the SOLEIL synchrotron, such as EXAFS (Extended X-rays Absorption Fine Structure), XANES (X-rays Absorption Nearl Edge Structure), XRF (X-Ray Fluorescence) mapping, or more conventional techniques such as SLRT (Laser Spectrofluorimetry at Temporal Resolution), has made it possible to highlight the evolution of the chemical form of uranium as it migrates through the subsoil of the site studied. The use of the linear combination of EXAFS spectra obtained on samples taken at different depths has proven to be a powerful tool for data processing. Thus, a strong correlation was established between the evolution of uranium speciation, its concentration profile, and the chemical and mineralogical composition of the soil and substrate at the site, suggesting the relevance of the analytical approach chosen.In parallel with the study of the site, experiments were carried out in the laboratory to improve our knowledge of the dynamic behavior of uranium. To do this, model columns composed of a uranium source term and a stationary phase were leached for several months in order to study the migration and evolution of the speciation of uranium. The results obtained show the impact of humic acids on the behavior of uranium. Indeed, the presence of organic matter leads to observations never before made. When it is present in the leaching water, it sorbs and migrates to the heart of the uranium source term used. When it is present in the matrix that makes up the column, significant diffusion phenomena are observed, correlated with a reduction of the uranium.This work was also used to develop the X-ray fluorescence mapping technique on the MARS line of the SOLEIL synchrotron, which, as the various analysis sessions and the inherent trials and errors were carried out, made the analysis routine and reliable. Moreover, some approaches, notably XANES mapping, open many possibilities of study, especially on systems presenting phase transitions and speciation changes at the interface between two media.