La mobilité de l’uranium tétravalent dans les zones humides a été étudiée en France, dans le nord-ouest du Massif central (Limousin). Cette région était l’une des plus productives de notre territoire. Depuis 2001, plus aucune extraction d’uranium n’est réalisée en France. © EPFL, 2011

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L’uranium est très mobile dans certaines zones humides

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Les zones humides contaminées retiennent moins bien l'uranium que prévu, surtout si elles sont riches en matière organique, en fer et en bactéries. Ces conclusions sont basées sur l'étude d'un milieu marécageux français contaminé durant l'exploitation d'une mine toute proche. Il va peut-être falloir revoir quelques programmes de bioremédiation. Heureusement, la solution de secours est déjà connue.

Dans le monde, une vingtaine de pays abrite des mines d’uranium en cours d'exploitation, notamment pour alimenter la filière du nucléaire en combustible. De nombreux efforts y sont faits pour réduire tout risque de contamination de l'environnement, mais cela n'a pas toujours suffi. La France compte aujourd'hui environ 210 anciens sites d'exploration ou d'extraction, dont certains se trouvent au centre de milieux pollués parfois composés de zones humides.

Cette particularité se veut justement rassurante, car elle limiterait la progression de la contamination. Deux types d'uranium sont habituellement extraits des mines : l'U(IV) tétravalent et l'U(VI) hexavalent, sachant que le chiffre romain reflète le nombre de liaisons qu'ils peuvent établir. L'hexavalent a la particularité d'être soluble et donc transporté par l’eau. Ainsi, il peut se propager sur de longues distances. Cependant, des processus chimiques et bactériens ayant cours dans les milieux humides le transforment rapidement en uranium tétravalent, qui est lui insoluble. En d'autres mots, il précipite et se retrouve emprisonné dans le sol, ce qui met fin à son voyage.

Selon une nouvelle étude publiée dans Nature Communications, les choses ne sont pas toujours aussi simples. Sous certaines conditions, l'U(IV), bien que toujours insoluble, peut être remis en suspension et donc se déplacer. Yuheng Wang (École polytechnique fédérale de Lausanne ; Suisse) et ses collaborateurs s'en sont rendus compte en étudiant une zone marécageuse située près d'une ancienne mine dans le Limousin (France). En effet, les eaux d'un cours d'eau qui en sort sont plus riches en U(IV) qu'à leur entrée. Comment est-ce possible ?

Leia Falquet et Manon Frutschi, de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (Suisse), découpent une carotte de forage prélevée dans la zone marécageuse contaminée en uranium. © EPFL, 2011

Le fer : l’élément clé de la mobilité de l’uranium

Le site en question contient environ 14.000 parties par million d'uranium. Par ailleurs, il rassemble toute une série de conditions qui permettent la remobilisation de l'U(IV). Le milieu est riche en bactéries, en microparticules organiques filamenteuses et en fer. En revanche, il est pauvre en sulfites. Reste à savoir comment ces éléments s'assemblent. Pour le déterminer, la composition du sol et des eaux interstitielles a été étudiée en détail selon un gradient de profondeur. Grâce à ces observations, les processus géochimiques en jeu ont clairement été identifiés.

De manière simplifiée, les bactéries oxydent le fer ferreux présent dans le milieu en fer ferrique pour s'alimenter en énergie. Les produits de cette réaction s'associent alors avec les microparticules organiques pour former des « colliers de perles ». Ces colloïdes se déplacent ensuite dans l'eau interstitielle jusqu'à rencontrer des agrégats composés d'aluminium, de phosphore, de fer et de silicium qui retiennent l'U(IV) dans le sol. Lorsque cela survient, l'uranium tétravalent change d'hôte et se fixe alors sur les « perles de fer ». Autrement dit, il devient mobile, puisque transporté par les colloïdes, et peut ainsi aisément quitter le milieu où on le croit emprisonné.

Ainsi, la mobilité de l'uranium pourrait avoir été sous-estimée, ce qui remet en cause l'efficacité de certains programmes de bioremédiation (c'est-à-dire l'utilisation de procédés biologiques pour dépolluer des sites, comme la création de marais artificiels). Cependant, une solution relativement simple existerait pour stopper la chaîne des événements : enrichir le milieu en sulfates. En effet, les bactéries les transforment en sulfites, donc en des composés qui emprisonnent le fer.