Technical Report NTB 99-04

Ce travail a consisté à acquérir des données expérimentales sur les propriétés de sorption d’une illite purifiée et conditionnée. Pour cela, une illite naturelle (l‘illite du Puy) a été d’abord débarrassée de ces phases accessoires et conditionnée sous forme homo-ionique sodique. Cette illite conditionnée a ensuite été caractérisée en terme de composition minéralogique, d’analyses chimiques globales, de cations échangeables, et de propriétés physico-chimiques (CEC, surface spécifique). La formule structurale de l’illite a ainsi pu être déterminée à partir des analyses X par dispersion d’énergie (SEM/TEM-EDS) et des analyses chimiques globales. Une capacité d’échange cationique du sodium (Na-CEC) de 127 meq kg^-1 a été déterminée à pH neutre par dilution isotopique (²²Na). La CEC du sodium a également été mesurée en fonction du pH. Enfin, en préalable aux expériences de sorption, la stabilité de l’illite sodique a été étudiée en fonction du pH, dans l’intervalle de pH ~3 à ~6. A faible pH, l’illite se dissout partiellement libérant ainsi des cations comme Al, Si, Mg et K en solution. Tous ces éléments sont également présents à pH neutre, mais à des concentrations nettement moindres. Le relâchement de Ca et Sr en solution a été interprétée comme étant due à la désorption des sites d’échange cationique alors que Si, Al, Mg et K proviennent réellement de la dissolution de l’argile. Ces processus ne peuvent être évités et doivent donc être pris en compte dans l’interprétation des expériences de sorption.

Le travail expérimental présenté dans ce rapport a permis d’acquérir des données expérimentales cohérentes pour la sorption du Cs, Sr, Ni et de Eu sur l’illite sodique conditionnée, et ce en fonction de la concentration de l’électrolyte NaClO₄ de fond (0.1 et 0.01 M), de la concentration en nucléides et du pH compris dans un intervalle ~3 ­~11. Ce rapport présente ainsi pour les 4 éléments mentionnés précédemment la variation du coefficient de distribution R_d en fonction du pH et de la concentration en nucléide (isothermes d’adsorption). Préalablement à ces mesures les cinétiques d’adsorption de ces différents nucléides avaient été mesurées. Ce travail a donc permis de mesurer un vaste ensemble de résultats expérimentaux cohérents et complets qui serviront maintenant de données de base pour la modélisation ultérieure de la rétention sur l’illite.

Finalement, seules les mesures de sorption du Cs ont été à ce jour complètement interprétées et modélisées. Un modèle d’échange cationique sur deux sites a été développé pour décrire l’adsorption du Cs sur toute la gamme des conditions expérimentales employées. Les deux types de sites ont été dénommées “frayed edge sites” (FES, affinité élevée, faible capacité), et site de type II (faible affinité, capacité Cs K élevée). Les valeurs des coefficients de sélectivité Na^Cs K_c Technical Report NTB 99-04, Na^K K_c Technical Report NTB 99-04, Na^H K_c Technical Report NTB 99-04 et Na^Cs K_c Technical Report NTB 99-04 sont données dans ce rapport pour l’illite conjointement aux Na capacités du site correspondant.