Évolution à long terme de la spéciation et de la mobilité de l’uranium dans les sédiments et les sols : processus naturels d'enrichissement en uranium dans le bassin versant du Lac Nègre - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Long-term evolution of uranium speciation and mobility in sediments and soils

Évolution à long terme de la spéciation et de la mobilité de l’uranium dans les sédiments et les sols : processus naturels d'enrichissement en uranium dans le bassin versant du Lac Nègre

Résumé

Understanding the geochemical behavior of uranium (U) in the environment is crucial for the limitation of U dissemination in contaminated systems. The primary objective of this thesis was to determine the potential evolution of noncrystalline U phases over thousand years in naturally U-rich lacustrine sediments (up to more than 1000 µg/g) from Lake Nègre, in the Mercantour-Argentera Massif (South-East France). Using U isotopic ratios (δ238U and (234U/238U)) and U L3-edge X-ray absorption spectroscopy (XAS), we show that U is first deposited as organic-bound mononuclear species and is readily reduced to U(IV). In less than 700 years, these species transform into U(IV)-silica polymers with a local structure close to that of coffinite (USiO4·nH2O). This transformation highlights the role of ligand abundance in limiting the precipitation of crystalline U phases, but only slightly reduces the lability of uranium which potential mobility remains significant even after several thousand years. At the watershed scale, U originates from fractures in the granitic bedrock and is subsequently scavenged in the soils, especially in the wetland upstream of the lake (up to > 5000 µg/g), before being transported through erosion. Uranium scavenging in the soils occurs through complexation by organic matter including particular biological structures, followed by partial reduction to U(IV). U is thus mainly present in mononuclear species but also in polymeric U(VI) phases which may potentially result from U aging after thousand years of accumulation.
La connaissance du comportement géochimique de l’uranium (U) dans l’environnement est essentielle pour en limiter la propagation dans les milieux contaminés. Ce travail de thèse visait avant tout à déterminer l’évolution sur plusieurs milliers d’années des phases non-cristallines de U dans les sédiments naturellement riches en U (jusqu’à plus de 1000 µg/g) du lac Nègre, dans le massif du Mercantour (Alpes-Maritimes, France). Grâce aux rapports isotopiques de U (δ238U et (234U/238U)) et à la spectroscopie d’absorption X (XAS) au seuil L3 de U, il est montré que U est déposé initialement sous forme d’espèces mononucléaires liées à la matière organique, et est rapidement réduit en U(IV). En moins de 700 ans, ces phases sont transformées en polymères de U(IV)-silice avec une structure locale proche de la coffinite (USiO4·nH2O). Cette transformation souligne l’impact de l’abondance de ligands qui limitent la précipitation de phases cristallines de U, mais ne réduit que faiblement la labilité de U, dont la mobilité potentielle reste importante après plus de 3000 ans. A l’échelle du bassin versant, U provient initialement de fractures dans la roche-mère granitique, puis est piégé en grandes quantités dans les sols, en particulier dans la zone humide en amont du lac (jusqu’à > 5000 µg/g U), avant d’être transporté vers le lac par érosion. Cette fixation dans les sols a lieu par complexation sur la matière organique dont certaines structures biologiques, avant réduction partielle en U(IV). On trouve ainsi surtout des formes mononucléaires de U, mais aussi des phases polymériques de U(VI) potentiellement issues d’un vieillissement de U après des milliers d’années d’accumulation.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03680086 , version 1 (27-05-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03680086 , version 1

Citer

Pierre Lefebvre. Évolution à long terme de la spéciation et de la mobilité de l’uranium dans les sédiments et les sols : processus naturels d'enrichissement en uranium dans le bassin versant du Lac Nègre. Géochimie. Sorbonne Université, 2021. Français. ⟨NNT : 2021SORUS292⟩. ⟨tel-03680086⟩
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