Résultats obtenus
pour des échantillons
d'eau de grand volume,
de sol et de filtre d’aérosols
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Dans le cas d’un accident radiologique mineur, d’une situation post-accidentelle ou de la surveillance de l’environnement, la quantification de certains éléments étudiés peut nécessiter des prises d’essai importantes. Les résultats présentés dans le chapitre précédent ont mis en évidence les limites des protocoles mis en place (chapitre V-1.3.5). En effet, ces protocoles ne sont pas adaptés à l’analyse d’échantillons contenant des concentrations élevées en calcium, dans ce cas la résine DGA N est saturée.
Afin de pallier au problème de saturation de la résine DGA N par Ca, plusieurs alternatives ont été étudiées. L’une de ces alternatives consiste à remplacer la résine DGA N par une autre résine qui serait plus sélective vis-à-vis des éléments d’intérêt.
1- Adaptation du protocole
Dans les protocoles mis en place (chapitre V-1.3.5), le rôle de la résine DGA N est de fixer Sr, U et Am. Afin de s’affranchir des limitations de cette résine, elle a été remplacée par deux résines, TRU et Sr. La résine TRU permettrait de retenir U et Am et la résine Sr permettrait de retenir Sr. De plus, aucune de ces résines n’aurait d’affinité pour le calcium. Des prises d’essai plus conséquentes pourraient alors être analysées.
1.1- Protocole final de séparation
La figure VII-1 présente le nouveau protocole mis en place. Comparativement au protocole précédent (chapitre V-1.3.5), ce protocole met en jeu trois colonnes au lieu de deux.
Dans ce chapitre, le protocole mis en place (chapitre V-1.3.5) sera, dans un premier temps, adapté aux prises d’essai plus importantes.
Dans un deuxième temps, le nouveau protocole sera appliqué à différents types d’échantillon de l’environnement (eau de rivière, eau de mer, sol et filtre d’aérosols). Les prises d’essai atteindront 500 mL dans le cadre de l’analyse des eaux de rivière et de mer. La stratégie de quantification de 89Sr et de 90Sr présentée dans le chapitre V sera appliquée à des échantillons d’eau de rivière de 500 mL avec différents rapports d’activités A89Sr/A90Sr.
Le protocole de séparation sera enfin automatisé et couplé en ligne à l’ICP-MS. Les conditions de la séparation automatisée seront optimisées avec un plan d’expérience.
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a) Chargement (colonnes en série)
b) Elution (colonnes en parallèle)
Figure VII-1 : Protocole employant les résines TEVA®, TRU et Sr pour la séparation sélective des éléments d’intérêt. a) étapes de chargement et de rinçage et b) étapes d’élution
(1) Fixation de Sr (1) Chargement HNO3 3M (1) Fixation de Np, Pu et Th T E V A (1) Fixation de U et Am (2) Rinçage HNO3 3M Déchet (1) + (2) Sr T R U (4) (5) Sr (5) HNO3 0,05M. Élution de Sr (3)Am et Cm (7) HEDPA 2,5 mM Élution de Th, Pu et Np (7) Th, Pu et Np (3) HNO3 0,05M. Élution de Am (6) HEDPA 2,5 mM. Élution U (6)U T E V A T R U Sr (4) HNO3 0,5M. Rinçage de U vers la résine TRU
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La figure VII-1 (a) présente les étapes de chargement et de rinçage. Lors de ces étapes, l’échantillon, dans un milieu HNO3 3 M, est percolé sur les trois colonnes placées en série. Th, Np et Pu sont retenus sur la résine TEVA®, U et Am sont retenus sur la résine TRU et Sr est retenu sur la résine Sr.
D’après les données du fournisseur (chapitre III), chacun des éléments, sauf Am, est fortement retenu sur sa résine respective dans un milieu HNO3 3 M. Dans ce milieu, Am est retenu sur la résine TRU avec un facteur de rétention d’environ 100. Ce facteur permet, cependant, de fixer efficacement Am sur la résine.
La figure VII-1 (b) présente les différentes étapes d’élution. La première étape (N° 3) consiste en l’élution de Am et de Cm de la résine TRU avec HNO3 0,05 M. Lors de la deuxième étape (N° 4), la fraction de U fixée sur la résine TEVA® est éluée avec HNO3 0,5 M vers la résine TRU. Dans ce milieu, U est quantitativement fixé sur la résine TRU. Cette étape permet d’augmenter le facteur de décontamination de U de la fraction contenant Pu tout en récupérant cette fraction de U. La troisième étape (N° 5) consiste en l’élution de Sr de la résine Sr avec HNO3 0,05 M. Lors de la quatrième étape (N° 6), U est élué de la résine TRU avec HEDPA 2,5 mM. Enfin, la dernière étape de ce protocole (N° 7) consiste en l’élution de Th, Np et Pu de la résine TEVA® avec HEDPA 2,5 mM.
L’avantage de ce nouveau protocole par rapport à celui précédemment présenté est la possibilité de récupérer la fraction d’élution de Am et de Cm ainsi que celle de Sr et de les précipiter, ou les électro-déposer dans le cas de Am et de Cm, sans aucun traitement chimique supplémentaire. Cette étape permettrait de pouvoir les mesurer par une technique nucléaire adaptée et de diminuer ainsi les limites de détection en vue de l’adaptation du protocole à la surveillance de l’environnement.
1.2- Comportement des éléments stables
Ce protocole présente un second avantage. En effet, aucune des résines utilisées n’aurait d’affinité pour le calcium. Une pré-concentration des actinides et de Sr par une co-précipitation avec les ions phosphate de calcium serait donc possible sans saturer les résines. Une diminution des rendements en Sr pourrait, tout de même, être observée pour des teneurs en Ca supérieures à 300 mg par échantillon (Triskem, fiche résine Sr).
La résine TRU aurait en revanche une affinité pour Fe (III), abondant dans les échantillons de l’environnement et ajouté à l’étape d’oxydo-réduction de Pu et de Np. Lors de l’étape de
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chargement, le fer présent dans l’échantillon est sous la forme de Fe (II) qui est non retenu sur la résine.
Le comportement d’éléments stables, notamment Ca, Zr et Fe, avec ce protocole de séparation a été étudié en appliquant le protocole à des échantillons synthétiques contenant une concentration de 4 µg.L-1 par élément. Le tableau VII-1 présente les résultats obtenus.
Dans un premier temps, le protocole d’oxydo-réduction mis en place a été appliqué à ces échantillons. Les éléments d’intérêt ont, dans un second temps, été co-précipités avec du phosphate de calcium. Enfin, les éléments restants dans l’échantillon ont été séparés en employant le protocole présenté dans la figure VII-1.
Tableau VII-1 : Comportement des cations stables
Etape de chargement (HNO3 3 M / Al(NO3)3 1 M) (vers déchet) Elution de Th, Np et Pu (HEDPA 2,5 mM) Elution de U (HEDPA 2,5 mM) Elution de Am et Cm (HNO3 0,05 M) Elution de Sr (HNO3 0,05 M) Elément(s) stable(s) présent(s) > 95 % de
Ag, Al, As, B, Be, Ca, Cd, Co, Cr,
Cu, Fe, In, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Pb, Sb, Se, Tl, V, Y, Zn et Zr 99 % de Bi 17 % de Rb 4 % de Fe 15 % de Ba ~ 85 % de Rb et Ba ~ 0 % de Bi