Contexte général

I.1. L’eau : du solvant pur à l’effluent industriel

L’eau occupe une place essentielle dans l’histoire du développement industriel. L’implantation des manufactures et usines s’est toujours effectuée à proximité d’un fleuve ou plan d’eau pour plusieurs raisons, comme :

- le transport des matières premières ou des produits manufacturés par voie d’eau - la source de solvant ou de réactif dans les procédés industriels

- l’exutoire pour les effluents

L’eau est ainsi nécessaire car elle offre un panel de propriétés physiques et chimiques très complet qui est exploité par les industries de l’agro-alimentaire, de l’énergie, du bois et papier ou encore l’hydrométallurgie. Toute activité industrielle utilisant de l’eau engendre nécessairement des effluents polluants qui doivent alors être traités ou recyclés avant leur rejet dans l’environnement. Ainsi les normes concernant les eaux résiduaires industrielles deviennent de plus en plus drastiques et les industriels doivent alors s’adapter et proposer de nouveaux procédés physico-chimiques pour le traitement des rejets. Il convient alors de connaître les différents polluants et leurs effets sur l’environnement pour développer des procédés de traitement efficaces.

I.2. Les différentes pollutions et leurs effets sur l’environnement

Le ministère du développement durable et de l’environnement dresse une liste non exhaustive des différents types de pollutions des eaux habituellement rencontrés dans les effluents industriels, associés à leurs risques toxicologiques sur l’Homme et l’environnement.

· Les matières organiques : la pollution organique comme les insecticides ou les pesticides est très dangereuse pour les milieux aquatiques. Selon leurs formes et leurs natures chimiques, ces substances présentent des effets toxiques, mutagènes et cancérogènes.

· Les matières en suspension (MES) : les matières en suspension augmentent la turbidité (opacité) d’une eau impactant sur la photosynthèse, la respiration des poissons et colmatant les milieux aquatiques. Les particules peuvent également transporter différentes formes de pollutions qu’elles soient minérales ou organiques.

· Les matières azotées et phosphorées : l’azote et le phosphore causent une eutrophisation des milieux aquatiques par excès de matières nutritives pour les végétaux et conduisent à l’asphyxie des milieux. L’ammoniaque et les nitrites sont toxiques pour la faune aquatique. Les nitrates peuvent engendrer chez les nourrissons un empoisonnement du sang par blocage de l’hémoglobine interdisant le transport de l’oxygène.

· Les métaux et les radioéléments : certains métaux sont indispensables à la faune et la flore où ils sont communément appelés oligo-éléments. Mais, à des concentrations élevées, ils

35 peuvent se révéler très nocifs. De plus les métaux sont non biodégradables et ont donc tendance à s’accumuler dans les organismes vivants. Leurs effets toxicologiques varient suivant le métal et sa forme chimique mais de façon générale, des troubles d’ordre respiratoire, digestif, nerveux ou cutané sont observés.

I.3. La pollution à traiter dans le domaine du nucléaire

Comme toute activité industrielle, l’industrie nucléaire génèrent des effluents qu’il convient de traiter. Ces effluents existent dans l’ensemble des étapes du cycle du combustible nucléaire. Le cycle du combustible actuel peut être résumé en trois étapes : la fabrication du combustible, son utilisation en réacteur, puis la gestion du combustible usé. La Figure 1 ci-après fournie par l’IRSN (Institut de Radioprotection et de Sureté Nucléaire) représente l’ensemble du cycle :

Figure 1: Cycle du combustible (Site de l’IRSN)

Il débute par une étape d’extraction du minerai d’uranium qui est concentré, enrichi pour ensuite être converti en combustible nucléaire. Ces opérations constituent l’amont du cycle. Après utilisation pendant 3 à 5 ans dans un réacteur nucléaire, le combustible usé est dissous dans l’acide nitrique, puis l’uranium (U) et le plutonium (Pu) sont séparés des autres produits de fissions et actinides par un procédé d’extraction liquide-liquide à l’aide d’un solvant organique aux propriétés extractives et sélectives, généralement le phosphate de tri-n-butyle (TBP). Le TBP est utilisé depuis le procédé PUREX mis au point en 1945 aux Etats-Unis et a été installé industriellement en France en 1985 dans l’usine de La Hague. Ce procédé et le TBP sont représentés sur la Figure 2.

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Figure 2 : Représentation du procédé PUREX

Après cette séparation, les produits de fissions (déchets) sont confinés dans une matrice vitreuse en vue de leur stockage. L’U et le Pu sont retraités et réutilisés dans un nouveau combustible nucléaire appelé le MOX. Le retraitement du combustible permet une diminution du volume des déchets et une meilleure utilisation des ressources. Ces opérations constituent l’aval du cycle.

Ainsi, tout au long du cycle du combustible, des solvants organiques sont utilisés et peuvent alors contaminer les canalisations et les appareils métalliques des différents ateliers puisque ils possèdent une forte affinité pour ces surfaces. De plus ces solvants organiques appelés souvent « graisses » peuvent contenir en faible teneur certains composés possédant une radioactivité résiduelle permanente et former alors en surface des pièces métalliques une fine couche organique polluée par des radionucléides.

L’utilisation du TBP contenant des radionucléides constitue alors la principale cause de contamination organique et inorganique des canalisations ou des appareils utilisés pour le traitement du combustible usé. C’est cette pollution qui sera traitée au cours de cette thèse.

Le procédé adapté pour le traitement de cette pollution doit permettre d’une part d’extraire les graisses adsorbées en surface des pièces métalliques, mais également de traiter les radionucléides libérés lors de la dissolution de ces graisses. Par la suite, ce procédé doit permettre la concentration de cette pollution avant son confinement dans une matrice adéquate.