Mise au point et validation du protocole expérimental

Afin d’étudier la distribution du polonium-210 dans les différentes fractions géochimiques des sols, la méthode de l’extraction séquentielle a été choisie. Un protocole modifié en se basant sur les travaux de Tessier (Tessier et al., 1979) et des modifications ultérieures de Popic (Mrdakovic Popic et al., 2012) a été élaboré pour cette étude. Le nom et l’ordre des fractions d’extraction sont maintenus selon le protocole de Tessier (Tessier et al., 1979). Les six étapes d’extractions ainsi que la validation du protocole avec l’échantillon standard IAEA- 385 seront détaillées ci-dessous.

1. Protocole d’extraction séquentielle appliquée pour le polonium

En raison de la tendance à la volatilisation à haute température du polonium-210, toutes les extractions ont été réalisées à la température ambiante sauf la dernière étape, qui a été effectuée à l’aide d’un four micro-onde en système fermé.

Protocole d’expérience : 1g d’échantillon de sol a été introduit dans un tube à centrifuger de 50 mL en polypropylène. Le mélange du sol et de la solution d’extraction a été agité mécaniquement. Après chaque étape, la suspension a été centrifugée (SigmaTM 10223) à 4000 t/min pendant 20 minutes. Le surnageant a été retiré et filtré avec un filtre en cellulose de 0,45 µm. Le résidu dans le tube à centrifuger a ensuite été extrait par les réactifs des étapes suivantes en suivant la procédure ci-dessous :

Fraction 1 : Hydrosoluble

Les échantillons ont d’abord été extraits à l’aide de 20 mL d’eau déminéralisée pendant 24 h pour libérer le 210Po soluble.

Fraction 2 : Echangeable

Fraction 3 : Liée aux carbonates

Le résidu de la fraction 2 a été mis en contact avec 20 mL d’une solution tamponnée HOAc/NaOAc (pH 5,2 ± 0,1) pendant 6 h. A ce pH, les éléments précipités ou co-précipités avec les carbonates, ainsi que ceux qui se lient aux surfaces des solides par des liaisons dépendantes du pH, sont libérés en solution.

Fraction 4 : Liée aux oxydes de fer et de manganèse

Le résidu de la fraction 3 a été mis en contact avec 20 mL de NH2OH.HCl à 0,04 mol/L

pendant 24 h afin de libérer le 210Po, qui était lié aux oxydes de fer et de manganèse.

Fraction 5 : Liée à la matière organique

Le résidu de la fraction 4 a été mis en contact avec 15 mL de H2O2 à 30% acidifiés à pH 2 par

HNO3 à 0,02 mol/L pendant 24 h. Ensuite, 5 mL de NH4OAc à 3,2 mol/L ont été ajoutés

ensuite avant la séparation pour éviter la sorption. Cette extraction détruit a matière organique afin de libérer les métaux complexes ou adsorbés.

Fraction 6 : Fraction résiduelle

Une fois que les cinq premières fractions ont été éliminées, le résidu est constitué des minéraux primaires et secondaires, les plus difficiles à extraire. Le résidu de la fraction 5 a été transféré dans un tube en téflon et minéralisé par le même mode opératoire utilisé pour déterminer la concentration en activité totale du 210Po dans la partie « II. Détermination du polonium-210 total dans les sols » (page 80) du Chapitre 3.

A l’issue de chaque extraction, le traceur 209

Po a été ajouté à la solution obtenue avant de l’évaporer à sec à 50 °C. Le résidu obtenu a ensuite été dissous avec de l’acide chlorhydrique à 0,5 mol/L. L’activité du 210

Po dans chaque fraction a été déterminée par spectrométrie alpha après un dépôt spontané du polonium sur un disque d’argent dont la procédure a été décrite dans le paragraphe « 1. Spectrométrie alpha (page 62) du Chapitre 2.

La procédure d’extraction séquentielle pour déterminer la distribution du polonium-210 dans les sols a été résumée dans le schéma synoptique de la Figure 4-1.

Figure 4-1 : Schéma synoptique de la procédure d’extraction séquentielle.

2. Validation du protocole par l’échantillon standard IAEA-385

L’échantillon standard IAEA-385 a été utilisé afin de valider le protocole d’extraction séquentielle. L’activité et la teneur en 210

Po (en Bq/kg et en % respectivement) dans chaque fraction sont présentées dans le Tableau 4-2. Des échantillons ont été préparés en triplicata pour assurer la répétabilité du protocole expérimental.

Tableau 4-2: Activité en 210Po dans les fractions d’extraction séquentielle pour l’échantillon

standard IAEA-385.

Fraction Activité du 210Po (Bq/kg) Teneur du 210Po (%)

Hydrosoluble 0,32±0,03 1,2±0,2

Echangeable 0,43±0,09 1,7±0,4

Liée aux carbonates 1,4±0,2 5,6±0,9

Liée aux oxydes de Fe/Mn 0,72±0,06 2,8±0,4

Liée à la matière organique 0,28±0,06 1,1±0,3

Résiduelle 22±2 87±9

La somme de 6 fractions 25±2 100±11

210

La somme des activités en 210Po dans les six fractions d’extraction séquentielle individuelles est égale à 25 ± 2 Bq/kg. Ceci est en accord avec l’activité totale du 210Po mesurée indépendamment dans l’échantillon de 27 ± 3 Bq/kg. Six étapes d’extraction séquentielle permettent donc de récupérer totalement le 210Po contenu dans l’échantillon IAEA-385. Il n’y a donc pas eu de pertes au cours des étapes d’extraction des sols. De plus, les résultats obtenus à partir de triplicata montrent la répétabilité du protocole. Il est à remarquer que la répartition du 210Po est de 1,24% dans la fraction hydrosoluble, 1,71% dans la fraction échangeable, 5,62% liée aux carbonates, 2,85% liée aux oxydes de fer et de manganèse, 1,10% lié aux matières organiques et 87,48% restant dans la fraction résiduelle. Le 210Po a été majoritairement trouvé dans la fraction résiduelle, ce qui indique une association de ce radionucléide avec des phases minérales insolubles.

3. Bilan

Le protocole de l’extraction séquentielle, avec six étapes, basé sur les travaux de Tessier et al. a été utilisé afin de déterminer la distribution du 210Po dans les différentes fractions géochimiques du sol (Tessier et al., 1979). L’échantillon standard IAEA-385 a été utilisé comme référence pour valider ce protocole. Après les six étapes d’extraction, le 210Po a été récupéré totalement. La répétabilité de la procédure d’extraction séquentielle a été confirmée par les résultats répétables des échantillons en triplicata.