Rétention chimique du Cs par échange d'ions sur l'illite, la vermiculite et la montmorillonite.
Résumé
Dans le contexte de la surveillance et d'évaluation de l'impact environnemental des sites nucléaires, le comportement des radionucléides dans les sols, les sédiments et les aquifères doit être appréhendé. La migration des éléments en trace est en partie régie par des phénomènes de rétention chimique sur les surfaces minérales, en particulier sur les minéraux argileux connus pour avoir des charges de surface négatives compensées par des cations. Suite aux accidents de Tchernobyl et de Fukushima, de nombreuses études ont été dédiées à la compréhension et à la modélisation du comportement du Cs dans les milieux naturels. Dans ce but, les modèles thermodynamiques de sorption considèrent les processus de sorption comme des phénomènes d'échange d'ions ou de complexation de surface [1-4]. Un modèle d'échangeur d'ions multi-sites [1] utilisant la propriété d'adsorption de phases pures comme la montmorillonite et l'illite, a permis de décrire avec succès l'adsorption du Cs dans un grès argileux dans des conditions statiques [2]. Les données des expériences d'adsorption sont exprimées en courbes de saturation et en isothermes de concentration et de pH. Dans cette approche macroscopique, les sites de sorption sont décrits par leurs capacités de sorption (exprimées en mol/kg de phase solide) et leur affinité vis-à-vis des éléments majeurs et en traces. Des sites de sorption spécifiques sont reconnus pour leur grande affinité pour le Cs sur la smectite, l'illite [2-4] et la vermiculite. Toute affectation structurale des sites de sorption est cependant impossible par cette seule approche. Par ailleurs, cette approche thermodynamique permet d'évaluer la réversibilité du processus d'adsorption. Cette réversibilité de l'équilibre chimique est cependant peu étudiée. Elle fait fréquemment référence à une désorption dans un contexte physico-chimique différent des conditions d'adsorption [5]. De ce fait, la réversibilité d'adsorption du Cs sur l'illite et sur la vermiculite reste controversée.
Au regard de résultats récents d'adsorption/ désorption du Cs sur l'illite et la vermiculite calciques ainsi que de mesures de la distance de la raie (001) par DRX, la réversibilité d'adsorption du Cs sur ces deux minéraux est discutée. Les comportements du Cs sur l'illite, la vermiculite et la smectite sont comparés.