Modélisation dynamique de la (bio)disponibilité des radionucléides dans les sols : approche comparative modèles-expériences appliquée au transfert de césium dans la rhizosphère

​Mohamed Amine Cherif a soutenu sa thèse le 18 décembre 2017 au Cerege, Aix-en-Provence.

​Ce travail vise à développer un modèle générique capable de mieux rendre compte et de prédire les transferts de radionucléides dans le système sol/solution du sol/plante. La première partie de ce travail a été consacrée à l’analyse critique des modèles disponibles dans la littérature pour décrire l’adsorption du césium par les minéraux argileux, que l’on considère comme le processus qui contrôle majoritairement sa disponibilité environnementale dans les sols. Cette analyse a débouché sur la formulation d’un nouveau modèle mécaniste combinant deux approches: la complexation de surface et l’échange d’ions, appelée modèle "1-pK DLM/IE". Notre approche, a été testée afin de modéliser l’adsorption du Cs sur trois minéraux argileux de référence et plusieurs matériaux argileux naturels, et ce dans une large gamme de concentrations du Cs et de conditions physico-chimiques différentes. Ce travail a permis de valider le modèle mécaniste proposé et de démontrer qu’il constitue un avantage majeur par rapport aux différents modèles existants, car il permet de rendre compte des niveaux d’interactions variables du Cs avec ces substrats argileux, sans ajustement préalable des paramètres. La deuxième partie du travail a été consacrée, à la réalisation d’une série d’expérimentations, conduite en milieux contrôlés sur des systèmes, et la modélisation de la (bio)disponibilité du Cs dans ces systèmes. Ces expérimentations ont été conduites sur un sol naturel (Auzeville, France), contenant des minéraux argileux, placé dans différents environnements physico-chimiques. A la suite de ces essais, les interactions entre solide et solution observées ont pu être correctement reproduites à partir du modèle mécanistique proposé en prenant en compte la fraction argileuse du sol uniquement. Ces simulations ont également été comparées aux simulations obtenues à partir d’un modèle plus simple (Kd) ou d’un modèle permettant d’estimer l’impact des processus limités par leur cinétique sur les interactions entre solide et solution (approche E-K). Enfin, le développement d’un outil numérique permettant de coupler la description des interactions géochimiques au transfert vers la plante (approche Michaelis-Menten) a permis de reproduire correctement les essais réalisés en Rhizotests couplant sol, solution et plante et de mieux caractériser la fraction du Cs disponible pour les plantes.