Spéciation et mobilité des éléments chimiques stables associés aux minéralisations uranifères - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2024

Speciation and mobility of stable chemical elements associated with uranium mineralization

Spéciation et mobilité des éléments chimiques stables associés aux minéralisations uranifères

Louise Darricau

Résumé

French uranium (U) deposits were exploited from 1948 to 2001 to ensure self-sufficiency for the development of civilian and military nuclear activities. These U deposits often contain a mixture of primary and secondary minerals, which also include other trace chemical elements (TEs), potentially toxic. Although U mining and ore processing have ceased in France, environments near mining sites may have been affected, leading to contamination by radionuclides exceeding natural background geochemical levels. The aim of this thesis is to study the mobility of TEs associated with U mineralization, particularly in two systems impacted by past uranium mining activities, to improve their management. U was studied alongside TEs at two study sites located in Auvergne-Rhône-Alpes: the first site was the artificial reservoir of Saint-Clément, , downstream from the former Bois-Noirs-Limouzat U mine and the former copper-tin mine of Charrier. The second site was a wetland downstream from the former U extraction and processing sites of Rophin. For the Saint-Clément site, the results reveal a significant enrichment of copper (Cu), tin (Sn), and bismuth (Bi) in lake sediments, linked to past extraction activities in Charrier. Reoxidation and drying of initially anoxic sediments led to a solid metal speciation dominated by i) inherited sulfide minerals such as chalcopyrite (CuFeS2), ii) metals associated with natural organic matter (NOM), and iii) refractory cassiterite grains (SnO2). Furthermore, limited remobilization of metals was observed, confirming the stability of U, Cu, and Bi associated with NOM. For the Rophin site, the results show anthropogenic inputs of U, lead (Pb), and Cu in wetland soils. The highest contamination levels are related to the legacy deposit from past uranium mining activities. Along a soil profile, the solid speciation of Pb is partly linked to stable phosphates (plumbogummite - PbAl3(PO4)(PO3OH)(OH)6). In ancient and recent layers rich in NOM, sorption processes on NOM mainly govern TE speciation. In the mining deposit, the solid speciation of U, Cu, and Pb appears to be influenced by adsorption on particle surfaces and, to a lesser extent, by the precipitation of authigenic phases and/or the deposition of inherited phases (e.g., U oxides, chalcopyrite, plumbogummite, anglesite - PbSO4- and Pb-baryte (Ba,Pb)SO4). Only a small fraction of these elements is mobilizable (such as Cu and U). In conclusion, these results highlight contrasting reactivities of diverse TE-bearing phases under oxidizing conditions.
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 la présente thèse est d’étudier la mobilité des ET associés aux minéralisations uranifères, en particulier dans deux systèmes impactés par les anciennes activités minières d’U, afin d’en améliorer leur gestion. L’U a été étudié conjointement aux ET sur deux sites d’études localisés en Auvergne-Rhône-Alpes : le premier site était le réservoir artificiel de Saint-Clément, situé en aval de 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 de Rophin. Pour le réservoir 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 la mine 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, une remobilisation limitée des métaux a été observée, confirmant ainsi la stabilité de l'U, du Cu et du Bi associés à la MO naturelle. Pour la zone humide de Rophin, les résultats montrent des apports anthropiques en U, plomb (Pb) et Cu dans les sols de ce site. Les niveaux de contamination les plus élevés sont liés à un dépôt hérité des anciennes activités minières d’U. Le long d’un profil de sol, la spéciation solide du Pb est en partie 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 minier, 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, et Pb-Barytine (Ba,Pb)SO4). Seulement une petite partie de ces éléments est mobilisable (tels que Cu et U). In fine, l’ensemble de ces résultats souligne des réactivités contrastées des phases porteuses très variées en ET dans des conditions oxydantes.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04526103 , version 1 (29-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04526103 , version 1

Citer

Louise Darricau. Spéciation et mobilité des éléments chimiques stables associés aux minéralisations uranifères. Planète et Univers [physics]. Université Paris - Saclay Faculté des sciences d'Orsay, 2024. Français. ⟨NNT : 2024UPASJ001⟩. ⟨tel-04526103⟩
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