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Les gisements d’uranium (U) français ont été exploités de 1948 à 2001 dans le but d’assurer l’autosuffisance pour le développement des activités nucléaires civiles et militaires. Ces gisements d’uranium présentent souvent un mélange de minéraux primaires et secondaires qui contiennent également d’autres éléments chimiques en traces (ET), potentiellement toxiques. Bien que l’exploitation et le traitement des minerais d’uranium aient cessé en France, les environnements à proximité des sites miniers ont pu être affectés, entraînant une contamination par des radionucléides dépassant les niveaux naturels de fond géochimique. L’objectif de cette thèse a été de comprendre l’importance de la présence des contaminants chimiques stables, en plus de l’U, dans ces environnements, afin d’en améliorer leur gestion.
L’U a été étudié conjointement aux ET sur deux sites d’études : le premier site était le réservoir artificiel de Saint-Clément, situé dans l’Allier (Auvergne-Rhône-Alpes), dont les sédiments ont été influencés par l’ancienne mine d’U des Bois-Noirs-Limouzat et l’ancienne mine de cuivre-étain de Charrier. Le deuxième site était une zone humide située en aval des anciens sites d’extraction et de traitement de minerais d’U à Rophin, également en Auvergne-Rhône-Alpes. Différentes approches analytiques, notamment la microscopie électronique à balayage (MEB), la microsonde électronique à dispersion d’énergie (EPMA), la spectroscopie de rayons X (XAS), la microdiffraction de rayons X (µ-DRX), des essais de lixiviation (TCLP, NFEN 12457-2) et des extractions parallèles et séquentielles (BCR) ont été déployées afin d’étudier la spéciation solide des ET et de l’U dans des échantillons de sédiments et de sols réoxydés, et d’identifier les processus géochimiques régissant leur mobilité dans ces conditions.
Pour le site de Saint-Clément, les résultats révèlent un enrichissement significatif en cuivre (Cu), étain (Sn) et bismuth (Bi) dans les sédiments lacustres, lié aux anciennes activités d’extraction de Charrier. La réoxydation et le séchage des sédiments, initialement anoxiques, ont conduit à une spéciation métallique solide dominée par i) des minéraux de Cu et Bi sulfurés hérités tels que la chalcopyrite (CuFeS2), ii) des métaux associés à la matière organique (MO) naturelle et iii) des grains de cassitérite réfractaire (SnO2). De plus, les résultats du TCLP ont indiqué une remobilisation limitée des métaux, confirmant ainsi la stabilité de l’U, du Cu et du Bi associés à la MO naturelle.
Pour le site de Rophin, les résultats montrent des apports anthropiques en U, plomb (Pb) et Cu dans les sols de la zone humide. Les niveaux de contamination les plus élevés sont liés à une couche blanchâtre héritée des anciennes activités minières uranifères. Le long d’un profil de sol hydromorphe, la spéciation solide du Pb semble principalement liée aux phosphates stables (plumbogummite – PbAl3(PO4)(PO3OH)(OH)6). Dans les couches anciennes et récentes riches en MO, les processus de sorption sur celle-ci régissent principalement la spéciation des ET. Dans le dépôt blanchâtre, la spéciation solide de U, Cu et Pb semble être influencée par l’adsorption à la surface des particules et, dans une moindre mesure, par la précipitation de phases authigènes et/ou le dépôt de phases héritées (e.g., oxydes d’U, chalcopyrite, plumbogummite, anglésite – PbSO4, hokutolite – (Ba,Pb)SO4). L’essai NFEN 12457-2 et le protocole BCR ont révélé une certaine mobilité des contaminants (tels que Cu et U) pouvant être impactante pour l’environnement. In fine, l’ensemble de ces résultats souligne des réactivités contrastées des phases porteuses très variées en ET dans des conditions oxydantes.
Cette thèse a mis en évidence l’importance de considérer le comportement des contaminants, en particulier dans des conditions oxydantes, ainsi que toutes les sources de contaminants dans les futurs projets de gestion des environnements contaminés.
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