Rétention de l’europium par la calcite : de l’adsorption à l’incorporation dans le matériau

Les mécanismes d’interaction entre cations et minéraux peuvent inclure des processus d’adsorption, de (co-)précipitation de surface, et aller jusqu’à l’incorporation au sein du matériau, ce qui peut entraîner l'irréversibilité de certaines réactions de sorption. Le minéral choisi pour cette étude est la calcite, présente dans les argilites du Callovo-Oxfordien et également produit d’altération des ciments sur des échelles géologiques, ce qui justifie son intérêt pour l’évaluation de la sûreté d’un site de stockage de déchets radioactifs en site géologique profond. Le cation étudié est l’europium, en tant qu’analogue de certains actinides. La démarche adoptée est la combinaison de données macroscopiques de rétention avec une étude spectroscopique : SLRT pour tenter d’élucider les mécanismes de sorption, et RBS pour confirmer la précipitation de surface ou l’incorporation au sein du matériau et obtenir les profils de diffusion.
Les expériences en réacteur fermé ont été menées sous conditions atmosphériques (pCO2 = 10-3.5 atm) en milieu NaCl 0,1 mol.L-1, pour des concentrations d’europium variant de 10-6 à 10-3 mol.L-1 et des temps de contact variant de quelques heures à 1 mois. Les analyses ICP-AES des surnageants montrent une rétention très forte par la calcite quelles que soient les conditions expérimentales.
Les résultats de SLRT montrent un comportement différent de l’europium en fonction de la concentration initiale et du temps de contact. Pour chacune des concentrations, deux espèces sont mises en évidence, leurs temps de vie augmentant lorsque la concentration initiale diminue, et lorsque le temps de contact augmente, ce qui correspond à une perte progressive des molécules d’eau entourant l’europium.
Pour les concentrations les plus fortes, les espèces identifiées semblent correspondre à un (co-)précipité de surface et un complexe de surface ayant conservé deux molécules d’eau en sphère interne. Les mesures RBS effectuées pour ces concentrations, montrent une accumulation de l’europium à la surface de l’échantillon, ce qui confirme l’hypothèse du précipité de surface. Pour les concentrations plus faibles, les temps de vie observés sur l’une des espèces, beaucoup plus longs, et proches de ceux obtenus par Fernandes et al. [1] qui ont effectué des synthèses directes par coprécipitation, semblent indiquer une incorporation de l´europium au sein du matériau.