Les systèmes intensifs de monoculture de maïs ont conduit à une contamination importante des eaux souterraines et superficielles par les pesticides sur le bassin versant Adour-Garonne. Dans une logique de gestion de ce risque environnemental, l'objectif général de cette thèse est d'apporter des éléments de compréhension de la dynamique de l'eau et du devenir de molécules herbicides sous différentes conduites culturales du maïs. Les molécules herbicides étudiées sont l'isoxaflutole et son produit de dégradation possédant l'action herbicide, le dicétonitrile, qui représentent une solution de remplacement de l'atrazine dans les programmes de désherbage. Quatre systèmes de culture du maïs, croisant deux techniques de travail du sol (technique conventionnelle avec labour vs. technique de conservation avec travail superficiel) avec deux modes de gestion de la période d'interculture (sol nu vs. sol couvert par une culture intermédiaire), sont conduits sur une parcelle agricole située sur un sol limoneux hydromorphe de la vallée alluviale de la Garonne. Les dynamiques de l'eau et des herbicides ont été suivies durant deux années (2005 et 2006) en conditions de plein champ à partir d'un dispositif instrumenté. En complément, une caractérisation détaillée de l'hétérogénéité des propriétés physiques du sol et des mécanismes impliqués dans la dissipation des pesticides, notamment la rétention et la dégradation des pesticides par le sol, a été menée en s'appuyant sur une description morphologique des compartiments de sol créés par les opérations culturales successives. Certains des paramètres obtenus ont ensuite été utilisés dans un travail de modélisation des dynamiques de l'eau et des solutés sur les modalités les plus contrastées (i.e. technique conventionnelle / sol nu et technique de conservation / sol couvert), à l'aide du modèle HYDRUS 2D. Les résultats de suivi au champ montrent un fonctionnement hydrodynamique différencié entre les systèmes de travail du sol en 2005. Un drainage plus important sous les modalités en technique conventionnelle durant la période de culture est mesuré mais demeure sans conséquence significative sur les pertes d'herbicide. En 2006, en revanche, aucun effet lié au travail du sol sur le drainage n'a été mis en évidence. Sur cette année là, les pertes d'eau et d'herbicide ont été plus faibles sous les modalités ayant reçu au préalable un couvert végétal en période d'interculture ce qui peut s'expliquer par un ralentissement de la migration de l'eau et des solutés consécutifs à un assèchement du sol par le couvert. L'étude des capacités d'infiltration en surface dans les différentes modalités a permis de mettre en évidence l'importance de la variabilité temporelle des propriétés hydrodynamiques du sol travaillé qui, selon la période à laquelle les mesures sont conduites, peut induire un biais dans l'estimation de ces propriétés. Les mesures de conductivité hydraulique réalisées dans les profils culturaux indiquent des capacités de conduction de l'eau globalement plus faibles mais plus homogènes en technique de conservation qu'en technique conventionnelle. Le travail du sol à la charrue est en effet à l'origine d'une importante variabilité verticale et latérale des propriétés physiques, variabilité que nous identifions également dans les mesures de teneur en eau immobile du sol, à l'origine d'un transport préférentiel des solutés. Au niveau des pesticides étudiés, la rétention des deux composés est corrélée à la teneur en carbone organique des compartiments de sol concernés, se traduisant par une rétention supérieure en technique de conservation. La dégradation de l'isoxaflutole étant essentiellement abiotique, le travail du sol n'a que peu d'effet sur elle et ce sont principalement les conditions du milieu qui influencent la cinétique de dégradation. En revanche, la dégradation du dicétonitrile, d'origine biologique, est plus rapide en technique de conservation et reste sensible aux conditions d'incubation. Là-encore, une variabilité verticale et latérale des propriétés de dégradation en technique conventionnelle lié au travail du sol à la charrue a été mise en évidence, alors qu'en technique de conservation, la variabilité de la dégradation du dicétonitrile est associée à la stratification verticale des matières organiques. La modélisation des phénomènes observés a tout d'abord permis de souligner une déconnection importante entre les mesures physiques réalisées en laboratoire (rétention en eau) et le fonctionnement du sol non perturbé. L'utilisation de mesures de terrain du potentiel matriciel et de la teneur en eau du sol, couplée à une étape de modélisation inverse, a abouti à une bonne représentation de la dynamique de l'eau et des solutés sous les deux modalités étudiées. Les représentations numériques ainsi obtenues indiquent des pertes en herbicide plus faibles en technique de conservation / sol couvert mais soulignent également la nécessité d'une prise en compte simultanée de l'hétérogénéité du milieu sol et du développement racinaire de la plante.

O fertilizante fosfatado brasileiro é obtido pela reação por via úmida da rocha fosfática de origem ígnea com ácido sulfúrico concentrado, obtendo como produto final, o ácido fosfórico e como resíduo, o fosfogesso, que é estocado em pilhas, a céu aberto, junto às instalações produtoras. Parte do fosfogesso vem sendo utilizada na agricultura como condicionador de solos, devido a sua alta solubilidade, podendo melhorar a estrutura do solo, reduzir a erosão do solo, aumentar os níveis de enxofre e fósforo disponíveis e melhorar a composição dos fertilizantes. Mas a presença de radionuclídeos e metais no fosfogesso impõem restrições sobre o uso na agricultura. Para garantir uma utilização segura, é importante estimar a lixiviação dos radionuclídeos e metais presente no fosfogesso. O objetivo deste trabalho foi estudar a disponibilidade dos radionuclídeos relevantes do ponto de vista radiológico (238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb e 210Po) e dos metais (As, Cd, Cr, Ni, Se, Hg e Pb) presentes no fosfogesso de procedência brasileira, levando em consideração sua aplicação em solo agricultável. Para esta finalidade, foi desenvolvido um protocolo experimental em escala de laboratório, no qual colunas foram preenchidas com misturas de solos arenosos e argilosos típicos brasileiros condicionados com fosfogesso. A essas colunas foi adicionada água, a fim de se alcançar uma extração branda desses elementos. Foi implantado um procedimento analítico para a determinação sequencial dos radionuclídeos de interesse na solução obtida na lixiviação. As frações disponíveis foram obtidas utilizando-se a razão entre as concentrações dos radionuclídeos no lixiviado e as concentrações dos radionuclídeos nas amostras de solo, solo condicionado com fosfogesso e fosfogesso. Os valores de concentração dos radionuclídeos 238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb e 210Po obtidos no fosfogesso das duas procedências variaram de 86 Bq kg-1 a 352 Bq kg-1. As concentrações de 226Ra e 228Ra obtidas no fosfogesso ficaram abaixo do limite máximo permitido pela resolução da Comissão Nacional de Energia Nuclear, atendendo às condições necessárias para o seu uso na agricultura. Os resultados obtidos para os metais As, Cd, Cr, Ni, Pb, Se e Hg no fosfogesso foram inferiores ao limite máximo para condicionador de solo e para fertilizantes estabelecidos pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, atendendo às condições necessárias para o seu uso na agricultura. Os radionuclídeos 226Ra, 210Pb, 210Po e 228Ra apresentaram frações disponíveis nos solos e solos condicionados com fosfogesso variando de 0,05% a 1,2%; para o 238U e 232Th as frações disponíveis apresentaram valores inferiores a 0,05%. Os metais apresentaram frações disponíveis nos solos e solos condicionados com fosfogesso variando de 0,05% a 1,07%. Os resultados obtidos para a fração disponível de metais e radionuclídeos no solo condicionado com fosfogesso demostraram que mesmo utilizando concentrações de fosfogesso dez vezes acima da dose recomendada, a disponibilização foi desprezível. Pode-se concluir que a utilização do fosfogesso como condicionador de solos é viável, no que concerne a disponibilidade dos metais e radionuclídeos estudados. / The Brazilian phosphate fertilizer is obtained by wet reaction of the igneous phosphate rock with concentrated sulphuric acid, giving as final product, phosphoric acid, and dehydrated calcium sulphate (phosphogypsum) as by- product. The phosphogypsum is stored in stacks at open air. Part of this phosphogypsum has been used in agriculture as soil amendment, mainly due to the characteristics of CaSO4, which improves the root penetration in soil. It provides calcium in the soil depth, reduces the aluminium saturation, contributes to the deepening of the plant root system and favours the absorption of water and nutrients. However, the presence of radionuclides and metals put restrictions on the use of phosphogypsum in agriculture. To assure a safe application of phosphogypsum, it is important to estimate the lixiviation of radionuclides and metals present in phosphogypsum. The main objective of this thesis is to study the availability of natural radionuclides, important in terms of radiological protection (238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb and 210Po), and metals (As, Cd, Cr, Ni, Se, Hg and Pb), present in the Brazilian phosphogypsum used in agriculture. For this purpose, an experimental protocol was conducted in the laboratory, in which columns filled with Brazilian typical sandy and clay soils and phosphogypsum were percolated with water, to achieve a mild extraction of these elements. The availability of the radionuclides and metals was evaluated by measuring the total concentration in the soil amended with phosphogypsum and the concentration in the leachate, to establish the ratio between the available fraction and the total one. An experimental procedure was established for the sequential determination of the radionuclides in the leachate. The concentration of the radionuclides 238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb and 210Po in phosphogypsum from the two provenances varied from 86 Bq kg-1 to 352 Bq kg-1. The concentration of the radionuclides 226Ra and 228Ra showed compliance with the limits adopted by Comissão Nacional de Energia Nuclear, for the safe use of phosphogypsum in agriculture. The concentration of As, Cd, Cr, Ni, Se, Hg and Pb in phosphogypsum were below the limits adopted by Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, for the safe use of phosphogypsum in agriculture. The available fractions of the radionuclides 226Ra, 210Pb, 210Po and 228Ra in soils and soil amended with phosphogypsum varied from 0.05% to 1.2%. For 238U and 232Th, the available fractions were lower than 0.05%. The metals showed available fractions in soils and soil amended with phosphogypsum from 0.05% to 1.07%. The results obtained for the concentration of the radionuclides and metals in the available fractions were low; giving evidence that, even when these elements are present in the phosphogypsum, they do not contribute to an enhancement of their content in water. It can be concluded that the utilization of Brazilian phosphogypsum as soil amendment is viable, concerning the availability of the metals and radionuclides studied.

O fertilizante fosfatado brasileiro é obtido pela reação por via úmida da rocha fosfática de origem ígnea com ácido sulfúrico concentrado, obtendo como produto final, o ácido fosfórico e como resíduo, o fosfogesso, que é estocado em pilhas, a céu aberto, junto às instalações produtoras. Parte do fosfogesso vem sendo utilizada na agricultura como condicionador de solos, devido a sua alta solubilidade, podendo melhorar a estrutura do solo, reduzir a erosão do solo, aumentar os níveis de enxofre e fósforo disponíveis e melhorar a composição dos fertilizantes. Mas a presença de radionuclídeos e metais no fosfogesso impõem restrições sobre o uso na agricultura. Para garantir uma utilização segura, é importante estimar a lixiviação dos radionuclídeos e metais presente no fosfogesso. O objetivo deste trabalho foi estudar a disponibilidade dos radionuclídeos relevantes do ponto de vista radiológico (238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb e 210Po) e dos metais (As, Cd, Cr, Ni, Se, Hg e Pb) presentes no fosfogesso de procedência brasileira, levando em consideração sua aplicação em solo agricultável. Para esta finalidade, foi desenvolvido um protocolo experimental em escala de laboratório, no qual colunas foram preenchidas com misturas de solos arenosos e argilosos típicos brasileiros condicionados com fosfogesso. A essas colunas foi adicionada água, a fim de se alcançar uma extração branda desses elementos. Foi implantado um procedimento analítico para a determinação sequencial dos radionuclídeos de interesse na solução obtida na lixiviação. As frações disponíveis foram obtidas utilizando-se a razão entre as concentrações dos radionuclídeos no lixiviado e as concentrações dos radionuclídeos nas amostras de solo, solo condicionado com fosfogesso e fosfogesso. Os valores de concentração dos radionuclídeos 238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb e 210Po obtidos no fosfogesso das duas procedências variaram de 86 Bq kg-1 a 352 Bq kg-1. As concentrações de 226Ra e 228Ra obtidas no fosfogesso ficaram abaixo do limite máximo permitido pela resolução da Comissão Nacional de Energia Nuclear, atendendo às condições necessárias para o seu uso na agricultura. Os resultados obtidos para os metais As, Cd, Cr, Ni, Pb, Se e Hg no fosfogesso foram inferiores ao limite máximo para condicionador de solo e para fertilizantes estabelecidos pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, atendendo às condições necessárias para o seu uso na agricultura. Os radionuclídeos 226Ra, 210Pb, 210Po e 228Ra apresentaram frações disponíveis nos solos e solos condicionados com fosfogesso variando de 0,05% a 1,2%; para o 238U e 232Th as frações disponíveis apresentaram valores inferiores a 0,05%. Os metais apresentaram frações disponíveis nos solos e solos condicionados com fosfogesso variando de 0,05% a 1,07%. Os resultados obtidos para a fração disponível de metais e radionuclídeos no solo condicionado com fosfogesso demostraram que mesmo utilizando concentrações de fosfogesso dez vezes acima da dose recomendada, a disponibilização foi desprezível. Pode-se concluir que a utilização do fosfogesso como condicionador de solos é viável, no que concerne a disponibilidade dos metais e radionuclídeos estudados. / The Brazilian phosphate fertilizer is obtained by wet reaction of the igneous phosphate rock with concentrated sulphuric acid, giving as final product, phosphoric acid, and dehydrated calcium sulphate (phosphogypsum) as by- product. The phosphogypsum is stored in stacks at open air. Part of this phosphogypsum has been used in agriculture as soil amendment, mainly due to the characteristics of CaSO4, which improves the root penetration in soil. It provides calcium in the soil depth, reduces the aluminium saturation, contributes to the deepening of the plant root system and favours the absorption of water and nutrients. However, the presence of radionuclides and metals put restrictions on the use of phosphogypsum in agriculture. To assure a safe application of phosphogypsum, it is important to estimate the lixiviation of radionuclides and metals present in phosphogypsum. The main objective of this thesis is to study the availability of natural radionuclides, important in terms of radiological protection (238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb and 210Po), and metals (As, Cd, Cr, Ni, Se, Hg and Pb), present in the Brazilian phosphogypsum used in agriculture. For this purpose, an experimental protocol was conducted in the laboratory, in which columns filled with Brazilian typical sandy and clay soils and phosphogypsum were percolated with water, to achieve a mild extraction of these elements. The availability of the radionuclides and metals was evaluated by measuring the total concentration in the soil amended with phosphogypsum and the concentration in the leachate, to establish the ratio between the available fraction and the total one. An experimental procedure was established for the sequential determination of the radionuclides in the leachate. The concentration of the radionuclides 238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb and 210Po in phosphogypsum from the two provenances varied from 86 Bq kg-1 to 352 Bq kg-1. The concentration of the radionuclides 226Ra and 228Ra showed compliance with the limits adopted by Comissão Nacional de Energia Nuclear, for the safe use of phosphogypsum in agriculture. The concentration of As, Cd, Cr, Ni, Se, Hg and Pb in phosphogypsum were below the limits adopted by Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, for the safe use of phosphogypsum in agriculture. The available fractions of the radionuclides 226Ra, 210Pb, 210Po and 228Ra in soils and soil amended with phosphogypsum varied from 0.05% to 1.2%. For 238U and 232Th, the available fractions were lower than 0.05%. The metals showed available fractions in soils and soil amended with phosphogypsum from 0.05% to 1.07%. The results obtained for the concentration of the radionuclides and metals in the available fractions were low; giving evidence that, even when these elements are present in the phosphogypsum, they do not contribute to an enhancement of their content in water. It can be concluded that the utilization of Brazilian phosphogypsum as soil amendment is viable, concerning the availability of the metals and radionuclides studied.

Au vu de leurs différentes propriétés, les matériaux cimentaires sont largement considérés dans les différents projets de gestion de déchets radioactifs. Leurs propriétés mécaniques, leurs faibles coefficients de transport ainsi que leur capacité à fixer les principaux radionucléides sont les principaux avantages qui en font un des meilleurs choix pour la conception des barrières ouvragées.Pour les études de sûreté, leur durabilité est capitale. Au cours de la vie d’un tel dépôt,via l’infiltration d’eau ou les interfaces chimiquement agressives avec les argiles, les différents matériaux vont subir des perturbations physicochimiques qui vont altérer leurs structures et potentiellement compromettre leurs fonctions de sûreté. L’étendue de ces perturbations, fondamentale pour l’étude de sûreté, est contrôlée par les propriétés de transport de ces matériaux.Pour modéliser proprement ces phénomènes, il faut pouvoir coupler les évolutions géochimiques des matériaux tout en évaluant le transport à travers ceux-ci. C’est le but de différents codes de transport réactif, qui utilisent une loi de rétroaction pour modifier les propriétés de transport lors d’une modification de microstructure. Le problème est qu’il n’existe pas de loi de rétroaction adaptée aux matériaux cimentaires, qui possèdent une structure poreuse complexe du nanomètre jusqu’à plusieurs micromètres. En général, des lois empiriques de type Archie sont utilisées. Toutefois, même l’utilisation de lois plus sophistiquées ne permet pas de reproduire sensiblement les évolutions liées à la structure porale. Cette loi de rétroaction est probablement la principale raison pour laquelle les résultats de simulation ont du mal à reproduire lesrésultats expérimentaux. Le but de cette thèse est de proposer une meilleure loi de rétroaction et de l’intégrer dans un code de transport réactif.Pour ce faire, trois approches complémentaires ont été mises en oeuvre. La première, expérimentale,consiste en la réalisation des matériaux cimentaires les plus simples possibles :des phases C-S-H pures et une pâte de ciment modèle. Ces matériaux sont ensuite caractérisés finement :leurs propriétés de transport sont évaluées et une description fine de leur microstructure est obtenue. L’approche expérimentale consiste ensuite en la dégradation (par lixiviation et carbonatation sous eau) de la pâte de ciment modèle, afin de comprendre l’impact de ces dégradations sur la microstructure et les propriétés de transport.La deuxième partie, numérique, consiste en l’obtention d’un volume élémentaire représentatif de la pâte de ciment modèle, basée sur les caractérisations expérimentales. Différentes analyses de sensibilité et de propriétés de transport permettent de comprendre les liens entre les différents paramètres et les propriétés effectives. Ensuite, l’approche numérique modélise les dégradations.Ces approches numériques démontrent pourquoi les approches empiriques fonctionnent dans certains cas, et pas dans d’autres.La dernière partie dédiée à la modélisation mathématique développe une approche d’homogénéisation statistique de la diffusion, basée sur une description du phénomène à l’échelle du pore. Cette étude met en évidence des paramètres clés qui contrôlent les propriétés effectives de diffusion.C’est ce pour quoi il est démontré que cette approche, en plus d’être très adaptée aux matériaux cimentaires, est applicable à un large spectre de microstructures. Les paramètres mis en évidences ont intrinsèquement sensibles aux propriétés de percolation et de connectivités de la structure poreuse, qui sont centrales pour la compréhension des propriétés effectives de transport ainsi que l’impact des dégradations. La finalité de la thèse consiste en le couplage de ces différentes approches et en l’incorporation de celles-ci dans un code de transport réactif. Les résultats obtenus en utilisant différentes lois de rétroaction sont comparés entre eux. L’utilisation de lois de rétroaction basée sur l’étude tri-dimensionnelle de la microstructure améliore la comparaison aux résultats expérimentaux. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Orientador: Jorge Akutsu / Banca: Jorge Hamada / Banca: Bernardo Arantes do Nascimento Teixeira / Resumo: A "serragem cromada" é um tipo de resíduo sólido gerado em grandes quantidades nas indústrias de processamento de couro e nos curtumes do Brasil. Do ponto de vista ambiental é um resíduo considerado muito problemático, pois o mesmo se enquadra segundo a legislação brasileira na classe dos resíduos perigosos, devido à presença de concentrações lixiviáveis relativamente altas do elemento cromo trivalente utilizado no processo de curtimento. O destino da "serragem cromada" vinha tendo de maneira quase que generalizada seu simples lançamento em "lixões" sem nenhum tipo de controle. Mais recentemente, em função de pressões por parte dos órgãos de controle ambiental às indústrias de processamento de couro e curtumes, a "serragem cromada", vem sendo estocada nas mesmas, constituíndo enormes pilhas de armazenamento nos pátios dessas indústrias. Mediante o exposto, a presente pesquisa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The "tanned leather waste" is a type of solid waste generated in great amounts in tanneries and industries of leather processing in Brazil. From tehe environmental point of view it is considered to be a very problematic waste, since its classification is "hazardous waste", according to the Brazilian rules, due to the presence of relatively high lixiviable concentrations of the element trivalent chromium used in the tanning process. "The tanned leather waste" destination tended to be the simple dropping on rubbish landfills without any type of control. More recently, due to pressures of the environmental control organs on the industries of leather processing and tanneries, "the tanned leather waste" has been stored inside the manufacturing facilities, becoming enormous strorage piles in those industries courtyards. By the exposed, this research proposes an appropriate way to the destination for... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Dans un souci de réduction du volume de déchets nucléaires et de revalorisation des matières combustibles, une stratégie de gestion du combustible des réacteurs à haute température (HTR) est développée dans cette étude. La réduction de volume passe par la séparation des particules TRISO hautement radioactives et du graphite faiblement radioactif (les deux étant réunis dans un assemblage de combustible appelé "compact") tandis que le recyclage total nécessite la séparation du coeur de la particule, valorisable, et de sa gangue, déchet ultime. Les méthodes de séparation doivent préserver l'intégrité des TRISO afin d'empêcher la fuite des radioéléments. Ainsi, le traitement de choc thermique entre l'azote liquide et l'eau chaude permet une division partielle des compacts mais ne permet de récupérer que peu de particules. L'érosion du graphite par jet d'eau à haute pression présente le risque de fracturer les particules. La combustion totale du carbone libère toutes les billes. Le traitement des compacts par les ultrasons dans l'eau érode le graphite en fonction de l'intensité de travail, des direction et distance d'attaque, de la température et du gaz de saturation, nettoyant les particules. L'attaque acide des compacts par un mélange H2O2 + H2SO4 provoque l'intercalation du graphite par l'acide, faisant gonfler la structure et libérant ainsi les billes intactes. Les TRISO d'une part et leurs gangues d'autre part ont ensuite été vitrifiées par frittage de manière à obtenir une forte densité, jusqu'à un taux de 25% vol. Enfin, la lixiviation des composites dans l'eau ultrapure à 90°C montre de fortes propriétés de confinement.

Les pratiques industrielles du traitement du bois aux CCA (Cr, Cu et As) conduisent<br />souvent à une forte contamination des sols de ces sites industriels, et leur lixiviation naturelle<br />par les eaux de pluie constitue un risque potentiel pour les nappes phréatiques et pour la<br />chaîne alimentaire. Afin de contribuer à mieux évaluer ce risque, nous nous proposons de<br />quantifier expérimentalement et de modéliser statistiquement les concentrations en CCA<br />lixiviables à partir de ces sols.<br />Dans le but de concilier les conditions du terrain avec les contraintes du laboratoire,<br />nous avons choisi d'expérimenter la lixiviation des CCA sur des colonnes de sols pollués et<br />non déstructurés, prélevées sur des sites industriels ayant connu une longue activité.<br />Toutefois, des prélèvements de sol déstructuré (plus simples) effectués simultanément, ont été<br />expérimentés en batch (plus aisés à mettre en oeuvre que les colonnes), afin d'évaluer la<br />pertinence d'un diagnostic effectué en batch en lieu et place des colonnes. A partir de cinq<br />sites préalablement reconnus, quatorze zones parmi les plus contaminées ont été<br />sélectionnées, représentant quatorze sols différents. Sur chaque zone, nous avons délimité une<br />surface d'environ 800 cm2 pour y échantillonner 3 ou 4 répliques du sol conditionné en<br />colonnes (10 cm de diamètre et de hauteur).<br />La gamme des teneurs initiales en CCA dans ces sols s'étend de quelques dizaines à<br />plusieurs milliers de mg/kg de sol sec, et montre généralement la prépondérance du Cu devant<br />le Cr et l'As (Cu > Cr > As). De fortes variations latérales des teneurs et une atténuation<br />verticale très rapide du signal (> 10 fois) ont été observées. De telles hétérogénéités dans le<br />sol peuvent résulter de l'association d'une fixation rapide le long d'une verticale dans les<br />macropores, et d'une diffusion plus lente dans les micropores opérant dans toutes les<br />directions du sol.<br />Les évènements pluvieux ont été simulés en enchaînant plusieurs cycles de lixiviation<br />en conditions de circulation saturée en eau. Les concentrations en CCA mesurées dans chacun<br />de ces cycles atteignent rapidement un état quasi-stationnaire qui permet de proposer une<br />moyenne des concentrations pour chaque élément, pour chacun des 14 sols.<br />En mesurant les concentrations de différentes espèces de CCA en solution aqueuse<br />(spéciation), nous avons constaté que l'ordre des concentrations en CCA lixiviés est le<br />suivant : Cr(VI) < Cutot / Cu2+ < As(V). La plupart des concentrations en Cr(VI) restent en<br />dessous de la limite de la valeur-guide de 50 μg/l. Les proportions de Cu2+ restant variables<br />suivant les sols (elles peuvent atteindre plusieurs mg/l pour les sols dont les teneurs sont les<br />plus élevées). L'As(V) présente de fortes concentrations (> 50 μg/l) pour la majorité des sols.<br />L'analyse statistique par régressions linéaires multiples nous a permis de relier les<br />concentrations en CCA lixiviés avec certaines des caractéristiques essentielles des sols. Les<br />concentrations en Cu et en As lixiviés sont systématiquement corrélées aux teneurs initiales<br />du sol et aux pH du sol. Le meilleur modèle a été établi pour le Cu, expliquant 96% des<br />variations en commun, alors que le Cr n'a pu être modélisé. Le modèle de l'As explique<br />quant-à lui 94 % des variations en commun avec néanmoins de fortes variations possibles<br />entre les valeurs mesurées et les valeurs calculées par le modèle. Des relations ont aussi pu<br />être proposées pour relier les résultats des batchs à ceux des colonnes. Avec certaines<br />précautions et vérifications, ces modèles pourraient être utilisés pour estimer les quantités de<br />CCA lixiviés par la simple mesure de quelques paramètres du sol.

Cette these s'interesse au comportement en presence d'eau de poudres de verres borosilicates de composition variable. L'originalit´e de ces travaux reside dans la complementarite<br />entre experiences et simulations num´eriques. Ils s'inscrivent plus generalement dans la problematique du comportement a long terme des verres de confinement des dechets nucleaires.<br /><br />Dans un premier temps, nous avons etudie des verres contenant uniquement un melange d'oxydes de silicium, de bore et de sodium. Les cinetiques d'alteration montrent que la vitesse et le degre final de l'alteration dependent de la teneur initiale en bore selon un mecanisme de percolation. Il a ete observe qu'une pellicule se forme a la surface du verre et que, pour certaines compositions, celle-ci est responsable d'un arret de l'extraction des especes solubles (bore et sodium). Ce < gel d'alteration > est caracterise par resonance magnetique nucleaire (RMN) et diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS).<br /><br />D'autres elements ont ensuite ete ajoute a la composition borosilicatee initiale. Nous montrons ainsi que la presence d'oxydes de calcium, de zirconium et d'aluminium perturbe<br />fortement la vitesse et le degre final d'alteration et qu'il n'est plus possible d'interpreter le comportement de ces verres par la seule percolation du bore. En parallele, nous avons developpe un modele theorique, base sur la dissolution-recondensation des especes peu solubles, pour decrire l'alteration par l'eau des verres borosilicates. L'utilisation de simulations num´eriques de type Monte Carlo sur reseau teste<br />les concepts de percolation du sous-reseau de bore, de reactivite locale des elements peu solubles, ainsi que de murissement de la texture poreuse du gel. Ce modele est valide explicitement<br />sur les verres a trois oxydes (Si, B et Na) par confrontation directe avec les experiences. Il est ensuite etendu au cas des verres de composition plus complexe (verres au zirconium et a l'aluminium). Au moyen d'hypotheses simples, nous parvenons alors a interpreter qualitativement le comportement paradoxal de ces verres a quatre oxydes.<br /><br />Ces travaux montrent principalement qu'il est possible d'expliquer le comportement en presence d'eau d'un verre de composition donnee par la competition entre deux mecanismes<br />primordiaux, qui sont l'extraction des elements solubles et la reconstruction du gel d'alteration.

L'entretien des voies navigables nécessite le curage régulier des cours d'eau. Dans les environnements industriels et miniers, les sédiments peuvent être contaminés par divers polluants. Dans le cas où ces derniers s'avèrent être mobiles, l'entreposage des sédiments de curage peut présenter un risque pour l'environnement. Cette étude a porté sur la caractérisation de la mobilité des métaux et des métalloïdes dans les sédiments mis en dépôt. Dans un premier temps, elle a été menée à l'échelle du laboratoire où des essais de lixiviation, en batch et en colonne, ont mis en évidence que le zinc et le cadmium sont mobilisables. L'interprétation des données a permis de déterminer les principales phases et les mécanismes (dissolution cinétique, échange ionique) susceptibles de contrôler la solution. Ces hypothèses ont permis d'élaborer un système simplifié du sédiment étudié qui, intégré aux codes géochimiques CHESS et HYTEC, a permis de reproduire l'ensemble des essais expérimentaux. La modélisation a souligné le rôle majeur du calcium en solution, sur la mobilité des métaux disponibles sous forme échangeable (Zn, Cd et Mn). La mobilité des contaminants inorganiques a également été appréhendée à l'échelle du terrain. Le site étudié contient des sédiments, fortement contaminés, mis en dépôt il y a 30 ans. Cette étape a consisté à caractériser les interactions eau/sédiment au sein du matériel entreposé, notamment par des calculs de spéciation. Puis la dissémination des métaux (Pb, Zn et Cd) vers les couches et l'aquifère sous-jacents au dépôt a été évaluée. Pour cela, des essais de sorption ont été réalisés et un suivi de la qualité des eaux de la nappe de la Craie a été mis en place autour et sous le site. Cette phase a été complétée par une phase de modélisation hydrogéochimique: en prenant en compte les écoulements en zone saturée et non saturée et les mécanismes géochimiques tels la précipitation et l'échange ionique, il a été possible d'évaluer que les temps de transfert des métaux, entre le dépôt contaminé et l'aquifère de la Craie, sont très lents. Ceci s'explique, notamment, par un pouvoir de rétention important des couches sous-jacentes au dépôt. Cette étude a montré qu'après leur mise en dépôt, les sédiments sont susceptibles de libérer les métaux qu'ils contiennent. Ces métaux, sont rapidement immobilisés sous forme secondaires telles les sulfates, les carbonates, les oxydes mais également sous forme échangeable. Ce mécanisme de rétention est réversible, l'immobilisation des métaux n'est donc pas définitive, mais il contribue cependant à retarder la dissémination des métaux dans l'environnement. Ainsi, à l'heure actuelle, aucune pollution de la nappe phréatique n'a été observée suite à la mise en dépôt de ces sédiments, même fortement contaminés.

Le dispositif d'étanchéité des installations de stockage de déchets est constitué d'une barrière d'argile compactée surmontée d'une géomembrane. En théorie, cette technique permet d'assurer un niveau de protection maximal en prévenant le contact entre les éléments polluants contenus dans les lixiviats et le milieu environnant. Cependant, des défauts existent dans la géomembrane, liés à sa mise en place ou à de l'endommagement postérieur, et ceux-ci forment des passages préférentiels d'écoulement pour les lixiviats. D'autre part, le contact parfait entre la géomembrane et la surface de la barrière minérale n'existe pas car aucun de ces composants n'est parfaitement plan. Il en résulte l'existence d'une interface, qui provoque une surface d'infiltration du lixiviat bien supérieure à la seule aire du défaut dans la géomembrane. Des solutions analytiques et des outils empiriques permettant de quantifier, en régime permanent, les débits de fuite dans les dispositifs d'étanchéité comprenant une interface d'épaisseur uniforme sont disponibles dans la littérature. Cependant, des observations in situ et au laboratoire sont venues invalider le modèle d'un écoulement radial à partir d'un défaut circulaire et d'un écoulement bidimensionnel à partir d'un défaut longitudinal, les écoulements d'interface se révélant d'une nature bien plus complexe et dépendant essentiellement de la non-uniformité de l'épaisseur de l'interface. Les outils bibliographiques disponibles atteignent rapidement leur limite vis-à-vis de la prise en compte de cette non-uniformité de l'épaisseur de l'interface et il apparaît qu'une autre approche doit être suivie pour parvenir à une quantification précise des débits de fuite à travers l'étanchéité composite. Le travail de thèse a consisté à d'abord quantifier la variabilité spatiale de l'interface, puis à adopter un modèle d'écoulement issu des flux dans les milieux poreux fracturés avec lesquels les écoulements d'interface partagent des similitudes. La méthodologie développée consiste à combiner à la fois (1) des observations de terrain qui permettent de connaître les états de surface de la barrière minérale dans des conditions réelles (2) des expérimentations réalisées au laboratoire qui fournissent des mesures de débit de fuite et la géométrie exacte d'une interface reconstituée et (3) des simulations numériques d'écoulement à partir des géométries d'interface fournies, avec une comparaison des flux simulés et mesurés pour évaluer la validité du modèle.Le travail expérimental a été complété par une étude du cas particulier, mais néanmoins courant sur les installations de stockage de déchet françaises, où un géotextile est placé à l'interface. L'impact de cette pratique sur le débit de fuite engendré en cas de défaut dans la géomembrane a été évalué en comparant les données de flux mesurées avec celles obtenues dans les mêmes conditions sans géotextile.