Transfert de radioéléments en zone non saturée : étude expérimentale et modélisation appliquées au Site Pilote de Tchernobyl

Thèse de doctorat de Stéphanie SZENCKNECT - Soutenue le 07/10/2003- Ecole Nationale Supérieure d'Hydraulique et de Mécanique de Grenoble - Université Grenoble I. 303 p

Notre étude est dédiée à l’identification et à la quantification des mécanismes prépondérants impliqués dans la migration, en régime d’écoulement d’eau permanent, du césium et du strontium dans le sol non saturé du Site Pilote de Tchernobyl. Le transport de radioéléments dans la zone non saturée des sols résulte de la contribution de plusieurs mécanismes élémentaires couplés : la diffusion, l’advection, l’échange de matière entre fluides et phases solides. La réalisation d’expériences au laboratoire et l’utilisation d’un traceur de l’écoulement et de marqueurs des éléments réactifs, permettent d’isoler les contributions de chacun des phénomènes et de travailler dans des conditions physico-chimiques contrôlées. Avec un souci de représentativité des conditions de terrain, nous nous sommes orientés vers la réalisation d’expériences en colonne de sol non saturée en eau. Des expériences en réacteurs agités nous ont permis de caractériser les lois d’interactions radioéléments/sol.

Les essais de traçages en colonne de sol homogène et en régime d’écoulement d’eau permanent, associés à de la modélisation, nous ont permis d’observer et de caractériser les propriétés hydrodynamiques du sol ainsi que le comportement des deux éléments en mouvement, pour différentes valeurs de la teneur en eau. Nous nous sommes placés dans les conditions d’écoulement d’eau les plus simples de façon à mettre en évidence l’influence de la diminution moyenne de teneur en eau sur les paramètres effectifs du modèle de transport et du modèle géochimique élaboré en milieu poreux saturé. Dans ces conditions, nous avons décrit la migration d’éléments fortement retenus en non saturé en utilisant, pour l’essentiel, des outils dédiés classiquement à la modélisation du transport de soluté en nappe. Dans nos conditions expérimentales, les paramètres géochimiques ne sont pas modifiés par une diminution de la teneur en eau. En revanche, les paramètres du modèle de transport par convection-dispersion varient. Sur la base des résultats obtenus, nous avons établi les relations liant d’une part la vitesse microscopique moyenne de l’eau, et d’autre part la dispersivité du sol étudié, avec la teneur en eau moyenne dans la colonne.