Brevet FR3128216A1 — publié le 20230421

L’invention se rapporte à un procédé de décontamination en au moins un radionucléide choisi parmi le radium-224, le radium-226, le radium-228, le plomb-210, le plomb-212 et le polonium-210, d’une eau dans laquelle ce radionucléide est présent à une concentration massique correspondant à une activité volumique au plus égale à 50 Bq/L, conjointement avec d’autres éléments métalliques qui sont présents dans cette eau à des concentrations massiques au moins 10 5 fois plus élevées que celle du radionucléide. Ce procédé comprend une filtration de l’eau au moyen d’un matériau zéolitique naturel comprenant au moins 50 % massiques de chabazite, ou d’un matériau zéolitique naturel comprenant au moins 50 % massiques de clinoptilolite, ou d’un mélange de ces matériaux, puis un recueil de l’eau ainsi filtrée. Applications : potabilisation d’une eau souterraine ou superficielle, remédiation d’une eau impactée par des activités industrielles, notamment minières, ... PROCÉDÉ DE DÉCONTAMINATION D’EAUX EN RADIONUCLÉIDES UTILISANT DES MATÉRIAUX ZÉOLITIQUES NATURELS L’invention se rapporte au domaine de la décontamination en radionucléides d’eaux et effluents aqueux. Plus spécifiquement, elle se rapporte à un procédé de décontamination visant un ou plusieurs radionucléides choisis parmi le radium-224, le radium-226, le radium-228, le plomb-210, le plomb-212 et le polonium-210, d’une eau dans laquelle ce ou ces radionucléides sont présents en quantités infinitésimales, conjointement avec d’autres éléments métalliques, au moyen de matériaux zéolitiques particuliers. L’invention trouve notamment application dans : - la potabilisation d’eaux naturelles, souterraines telles que celles de nappes phréatiques, ou de surface telles que celles de lacs naturels ou artificiels, de cours d’eau du type rivières ou fleuves, qui sont naturellement radioactives, et - la remédiation d’eaux impactées par des activités industrielles, notamment minières telles que des eaux de sites miniers uranifères, en réhabilitation ou en exploitation. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les eaux naturelles souterraines traversent des terrains qui peuvent être composés de roches contenant des radionucléides d’origine naturelle. Ces eaux se chargent donc en ces radionucléides lors de leur passage dans ces terrains. Les eaux naturelles superficielles peuvent aussi être naturellement radioactives si elles ont pour réservoir des roches affleurantes anciennes ou des sédiments comprenant des radionucléides naturels. Le radium-226, le radium-228, le plomb-210 et le polonium-210 font partie, avec l’uranium 234 et l’uranium-238, des radionucléides métalliques d’origine naturelle les plus fréquemment retrouvés dans ces eaux. Bien que ces radionucléides soient généralement présents dans les eaux souterraines et superficielles à des teneurs extrêmement faibles, il peut être nécessaire, dans le cas de certaines eaux aux teneurs plus élevées, de soumettre celles-ci à un traitement de décontamination si elles sont destinées à une consommation par l’homme et les animaux. On retrouve également la présence de radionucléides naturels, dont du radium-226, du plomb-210 et du polonium-210, dans des eaux impactées par des activités industrielles et, notamment, minières, passées ou actuelles. Là également, pour limiter l’impact de ces activités sur l’environnement, il est nécessaire de décontaminer ces eaux en ces radionucléides. Actuellement, la décontamination d’eaux en radionucléides et, notamment, en radium-226, fait essentiellement appel à : - un traitement chimique, par exemple pour réaliser la précipitation des radionucléides et leur fixation dans des boues, - un traitement par piégeage sur des oxy-hydroxydes ferriques, et - un traitement par fixation sur des résines échangeuses d’ions. Le traitement chimique a pour inconvénients de consommer des réactifs chimiques (dont du chlorure de baryum qui est un composé toxique) et de l’électricité, de requérir beaucoup de main-d’œuvre et des opérations régulières de gestion et de maintenance et, surtout, de produire des volumes importants de boues qui nécessitent, à leur tour, d’être gérés. Le traitement par piégeage sur des oxy-hydroxydes ferriques présente aussi l’inconvénient de produire des boues. De plus, pour le radium, il ne commence à être efficace qu’à pH alcalin, de l’ordre de 9-10, ce qui implique, pour le traitement de la plupart des eaux, de leur ajouter une base pour obtenir un pH approprié puis, après piégeage du radium, de les soumettre à un traitement de désalcalinisation. Le traitement par fixation sur des résines échangeuses d’ions a pour avantages d’être le procédé qui présente le meilleur rendement, de ne pas nécessiter d’ajout de réactifs chimiques aux eaux à traiter et de ne pas produire de boues. Toutefois, il a pour inconvénients d’être le procédé le plus coûteux (chaque résine étant optimisée pour un seul radionucléide) et de nécessiter une régénération des résines une fois saturées, cette régénération étant consommatrice d’eau, de réactifs chimiques (acides par exemple) et d’électricité. Il serait donc souhaitable de disposer d’un nouveau type de traitement de décontamination qui, tout en étant très efficace, soit d’une manière générale exempt des inconvénients présentés par les traitements décrits ci-avant. En particulier, il serait souhaitable que ce traitement soit le plus respectueux possible de l’environnement (sans utilisation de réactifs chimiques, avec une faible consommation énergétique, …), ne produise pas de boues et ait un coût de mise en œuvre bien inférieur à ceux des traitements présentés ci-dessus. Or, dans le cadre de ses travaux, les Inventeurs ont constaté que, contre toute attente, certains matériaux zéolitiques naturels sont capables de piéger très efficacement le radium-226, le plomb-210 et le polonium-210 lorsque ces radionucléides sont présents dans une eau à des teneurs infinitésimales et sont donc en compétition avec d’autres éléments métalliques tels que le sodium, le calcium, le potassium et le magnésium qui, eux, sont présents dans cette eau à des teneurs beaucoup plus élevées. Et c’est sur ces constatations expérimentales qu’est basée l’invention. L’invention a pour objet un procédé de décontamination en au moins un radionucléide choisi parmi le radium-224, le radium-226, le radium-228, le plomb-210, le plomb-212 et le polonium-210, d’une eau dans laquelle ce radionucléide est présent à une concentration massique correspondant à une activité volumique au plus égale à 50 Bq/L, conjointement avec d’autres éléments métalliques qui sont présents dans cette eau à des concentrations massiques au moins 10 5 fois plus élevées que celle du radionucléide, lequel procédé comprend : - une filtration de l’eau au moyen d’un matériau zéolitique naturel comprenant au moins 50 % massiques de chabazite, ou d’un matériau zéolitique naturel comprenant au moins 50 % massiques de clinoptilolite, ou d’un mélange de ces matériaux, puis - un recueil de l’eau ainsi filtrée. On rappelle que le terme « chabazite » désigne une série de cinq espèces zéolitiques naturelles, à structure cristalline trigonale (chabazite-Ca, chabazite-K, chabazite-Na, chabazite-Sr et chabazite-Mg), tandis que le terme « clinoptilolite » désigne une série de trois espèces zéolitiques naturelles, à structure cristalline tétraédrique (clinoptilolite-Ca, clinoptilolite-K et clinoptilolite-Na). On rappelle également que la concentration massique d’un radionucléide dans une eau, par exemple en g/L, peut être déterminée en calculant le rapport entre l’activité volumique du radionucléide dans cette eau, exprimée en Bq/L, et l’activité spécifique de ce radionucléide, exprimée en Bq/g. Ainsi, par exemple, sachant que le radium-226 a une activité spécifique de 3,7.10 10 Bq/g, la concentration massique du radium-226 dans une eau, qui correspond à une activité volumique de ce radionucléide d’au plus 50 Bq/L dans cette eau, est d’au plus 1,351.10 -9 g/L (i.e. d’au plus 1,351 ng/L). Conformément à l’invention, le matériau zéolitique comprend, de préférence, au moins 80 % massiques de clinoptilolite ou de chabazite. Le(s) radionucléide(s) est (sont), de préférence, choisi(s) parmi le radium-226, le plomb-210, le polonium-210 et leurs mélanges, tandis que l’eau est, de préférence, une eau souterraine ou de surface, ou une eau impactée par des activités industrielles, notamment minières. L’invention a également pour objet un procédé de potabilisation d’une eau souterraine ou de surface, et un procédé de remédiation d’une eau impactée par des activités industrielles, notamment minières, qui comprennent la mise en œuvre d’un procédé de décontamination tel que décrit ci-avant. Ces procédés de potabilisation et de remédiation sont susceptibles d’être mis en œuvre à une échelle industrielle dans des stations du même type que celles dans lesquelles des eaux sont actuellement potabilisées ou remédiées par filtration sur un matériau du type sable, charbon actif ou autre. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture du complément de description qui suit et qui se rapporte à des essais visant à filtrer une eau d’exhaure d’un ancien site minier uranifère, comprenant de l’uranium, du radium-226, du plomb-210, du polonium-210 et d’autres éléments métalliques, au moyen, d’une part, d’un matériau zéolitique à base de chabazite et, d’autre part, d’un matériau zéolitique à base de clinoptilolite. Il va de soi que ce complément de description n’est donné qu’à titre d’illustration de l’objet de l’invention et ne constitue en aucun cas une limitation de cet objet. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES illustre l’évolution du rapport, noté C/C 0 , de la concentration de l’uranium dans une eau après filtration à la concentration de l’uranium dans cette eau avant filtration en fonction du volume d’eau filtré, exprimé en BV, telle qu’observée au cours d’un essai de filtration sur un matériau zéolitique à base de chabazite. illustre l’évolution du rapport, noté C/C 0 , de l’activité en radium-226 dans une eau avant filtration à l’activité en radium-226 dans cette eau avant filtration en fonction du volume d’eau filtré, exprimé en BV, telle qu’observée au cours d’un essai de filtration sur un matériau zéolitique à base de chabazite. illustre l’évolution du rapport, noté C/C 0 , de l’activité en plomb-210 dans une eau après filtration à l’activité en plomb-210 dans cette eau avant filtration en fonction du volume d’eau filtré, exprimé en BV, telle qu’observée au cours d’un essai de filtration sur un matériau zéolitique à base de chabazite. illustre l’évolution du rapport noté C/C 0 , de l’activité en polonium-210 dans une eau après filtration à l’activité en polonium-210 dans cette eau avant filtration en fonction du volume d’eau filtré, exprimé en BV, telle qu’observée au cours d’un essai de filtration sur un matériau zéolitique à base de chabazite. illustre l’évolution du rapport, noté C/C 0 , de la concentration de l’uranium dans une eau après filtration à la concentration de l’uranium dans cette eau avant filtration en fonction du volume d’eau filtré, exprimé en BV, telle qu’observée au cours d’un essai de filtration sur un matériau zéolitique à base de clinoptilolite. illustre l’évolution du rapport, noté C/C 0 , de l’activité en radium-226 dans une eau avant filtration à l’activité en radium-226 dans cette eau avant filtration en fonction du volume d’eau filtré, exprimé en BV, telle qu’observée au cours d’un essai de filtration sur un matériau zéolitique à base de clinoptilolite. illustre l’évolution du rapport, noté C/C 0 , de l’activité en plomb-210 dans une eau après filtration à l’activité en plomb-210 dans cette eau avant filtration en fonction du volume d’eau filtré, exprimé en BV, telle qu’observée au cours d’un essai de filtration sur un matériau zéolitique à base de clinoptilolite. illustre l’évolution du rapport, noté C/C 0 , de l’activité en polonium-210 dans une eau après filtration à l’activité en polonium-210 dans cette eau avant filtration en fonction du volume d’eau filtré, exprimé en BV, telle qu’observée au cours d’un essai de filtration sur un matériau zéolitique à base de clinoptilolite. Procédé de décontamination en au moins un radionucléide choisi parmi le radium-224, le radium-226, le radium-228, le plomb-210, le plomb-212 et le polonium-210, d’une eau dans laquelle ce radionucléide est présent à une concentration massique correspondant à une activité volumique au plus égale à 50 Bq/L, conjointement avec d’autres éléments métalliques qui sont présents dans cette eau à des concentrations massiques au moins 10 5 fois plus élevées que celle du radionucléide, lequel procédé comprend : - une filtration de l’eau au moyen d’un matériau zéolitique naturel comprenant au moins 50 % massiques de chabazite, ou d’un matériau zéolitique naturel comprenant au moins 50 % massiques de clinoptilolite, ou d’un mélange de ces matériaux, puis - un recueil de l’eau ainsi filtrée. Procédé de décontamination selon la revendication 1, dans lequel le matériau zéolitique comprend au moins 80 % massiques de clinoptilolite ou de chabazite. Procédé de décontamination selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le(s) radionucléide(s) est (sont) choisi(s) parmi le radium-226, le plomb-210, le polonium-210 et leurs mélanges. Procédé de décontamination selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’eau est une eau souterraine ou de surface, ou une eau impactée par des activités industrielles, notamment minières. Procédé de potabilisation d’une eau souterraine ou de surface, comprenant la mise en œuvre d’un procédé de décontamination selon l’une quelconque des revendications 1 à 3. Procédé de remédiation d’une eau impactée par des activités industrielles, notamment minières, comprenant la mise en œuvre d’un procédé de décontamination selon l’une quelconque des revendications 1 à 3.