Technical Report NTB 92-05

Des colloïdes sont présents dans toutes eaux souterraines. Ils sont dès lors étudiés pour leur rôle potentiel dans le cadre de la migration des radionucléides importants pour la sûreté dans la géosphère. Des campagnes d'échantillonnage et de caractérisation des colloïdes ont donc été menées en Suisse. Sur base des résultats obtenus pour les études réalisées dans la région du Grimsel (laboratoire souterrain du Grimsel, tunnel de la Transitgas AG), dans la région du Nord de la Suisse (Leuggern, Zurzach) et dans la Forêt Noire (Bad Säckingen, Menzenschwand) ainsi que grâce aux résultats d'autres groupes pour les eaux des formations cristallines locales (Canada, Suède, France, Espagne), une image d'ensemble peut être présentée.

Les colloïdes des eaux des formations cristallines sont principalement constitués de phyllosilicates et silice issus des roches de l'aquifère même. Lorsque les conditions hydrogéochimiques du système sont constantes, les concentrations en colloïdes n'excèdent pas les 100 ng·ml^-1 quand la concentration en calcium est supérieure à 10^-4 M. Cependant, dans le cadre de conditions transitoires, observées pour des changements tant physiques que chimiques du système, par exemple lors d'activités géothermiques ou tectoniques, la génération de colloïdes peut être amplifiée et peut atteindre des concentrations supérieures à 10 μg·ml^-1 lorsque la concentration en calcium et sodium est suffisamment faible (par exemple < 10^-4 M et < 10^-2 M respectivement). Pour l'Eau Cristalline de Référence de la Nagra ([Ca] = 3.5 × 10^-4 M, [Na] = 1.4 × 10^-2 M, [TOC] = 3 × 10^-6 M), la concentration en colloïdes escomptée est < 100 ng·ml^-1. Pour l'eau de Zurzach, par exemple, elle est d'environ 10 ng·ml^-1. La faible concentration en colloïdes dans l'eau de référence est la conséquence d'un facteur d'attachement des colloïdes d'argile (montmorillonite) proche de 1.

Un modèle démontre que pour pH 8 les coefficients de partition des nucléides étudiés entre la phase aqueuse et colloïdale, K_p, doivent être inférieurs à 10⁺⁷ ml·g^-1 si la sorption a lieu par complexation à la surface sur des colloïdes recouverts de groupes =AIOH, sites considérés dominants pour la sorption. Ce modèle pragmatique et original est basé sur la compétition entre la formation d'hydroxocomplexes en solution et leur sorption sur les colloïdes. La comparaison de données expérimentales de sorption avec celles obtenues à l'aide de ce modèle est inclue. Pour des concentrations en colloïde faibles (< 100 ng·ml^-1 avec des tailles allant de 10 à 1000 nm), des capacités de sorption de l'ordre de 10^-9 M et la complexation à la surface réversible (K_p < 10⁺⁷ ml·g^-1 à pH 8), la présence des colloïdes dans l'aquifère de la formation cristalline peut être ignorée dans les analyses de sécurité.

Les études du transport de nucléides facilité par les colloïdes ont montré que le modèle classique d'échange d'ion et/ou de complexation à la surface (équilibre) n'est pas «conservatif». En fait, l'attachement réversible des colloïdes sur la roche doit être pris en considération avec la sorption irréversible des radionucléides sur les colloïdes. Certains risques pourraient être évoqués si la sorption se compliquait par une agrégation. Cependant l'agrégation génèrerait une précipitation des particules. L'étude montre que pour les distributions de taille les plus pessimistes, le protocole réactionnel avec agrégation engendrant l'irréversibilité potentielle de la sorption ne peut avoir lieu dans la fracture et pour la chimie de l'Eau Cristalline de Référence.