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Un procédé français de flottation testé près de Fukushima

Par Sylvie Latieule

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Une équipe constituée par le CEA, Orano et Veolia s'est rendue au Japon pour tester avec les sociétés japonaises Anadec et Atox un nouveau procédé de « mousse de flottation » sur des terres contaminées par l'accident de Fukushima. Sa validation par les autorités japonaises pourrait conduire à la construction d'une unité de démonstration de taille industrielle à l'horizon 2024.

Traiter des terres argileuses contaminées par des éléments radioactifs comme le césium 137 (137Cs) par un procédé physico-chimique de flottation, c'est l'idée qui a germé en 2011 dans l'esprit de Sylvain Faure, chercheur au CEA à Marcoule, avant de faire l'objet d'un brevet en 2012. La flottation était alors un procédé parfaitement décrit dans la littérature, notamment dans le désencrage des papiers ou le traitement des minerais. L'originalité de cette proposition était alors de l'appliquer à la dépollution de sols contaminés. C'est le genre d'innovation que l'on préfèrerait conserver dans un placard, juste à titre préventif. Mais l'accident de la centrale nucléaire Fukushima, le 11 mars 2011 au Japon, en a décidé autrement. Quelque 22 millions de mètres cube de terres agricoles et résidentielles contaminées par du césium radioactif ont dû être retirés de la surface des sols après l'accident dans le but de restaurer au plus vite l'accessibilité de la zone à ses habitants. Cette terre est toujours entreposée dans des big bags (de 1m3) sur plusieurs sites dédiés proches de la centrale de Fukushima-Daichii. Les autorités japonaises cherchent aujourd'hui les meilleures technologies pour supprimer ou réduire la présence d'éléments radioactifs dans les terres, essentiellement du césium.

Réduire le volume de terres radioctives

Les autorités japonaises s'attachent actuellement à trouver dessolutions efficaces pour réduire le volume final de ces terres radioactives et en recycler une partie. Dans ce contexte, une équipe constituée par le CEA, Orano (ex-Areva) et le groupe Veolia a répondu, en 2017, avec l'aide d'Anadec et Atox, à un appel d'offre japonais intitulé « Plan de démonstration testant les technologies de réduction du volume des terres contenant des matières radioactives Cs générées par des travaux de décontamination » du Ministry of Environment (MoE) japonais pour tester au Japon ce procédé dit de « mousse de flottation » sur des terres stockées à Okuma près de la centrale. Il consiste à faire mousser une suspension de terre contaminée dans une colonne de flottation. La terre est préa- lablement dispersée en suspension dans l'eau avec l'ajout d'une molécule tensioactive. Le mélange est introduit de haut en bas d'une colonne verticale dans laquelle on injecte des bulles d'air de bas en haut. Les particules fines d'argile chargées en césium s'attachent sélectivement aux bulles d'air qui remontent et sont entraînées à la surface. Elles forment alors une mousse qui s'accumule en tête de colonne. Ainsi, on récupère, en tête de colonne, une mousse contenant des particules enrichies en césium radioactif. En pied de colonne, la terre débarrassée de ses fines particules et d'une grande partie de la radioactivité est récupérée. « On ne peut pas séparer toute la radioactivité », explique Sylvain Faure, mais on parvient à la concentrer dans un volume plus faible. « Sur la plupart des terres testées, on atteint un facteur de décontamination de 2 à 3 avec une concentration volumique de la radioactivité d'un facteur 3 à 7 », ajoute-t-il. Certaines terres en bas de colonne, selon leur activité initiale (16 à 24 kBq/kg), pourraient alors être déclassées en-dessous du seuil de 8 kBq/kg fixé par la réglementation japonaise en vue d'une possible revalorisation. Pour améliorer encore le rendement d'extraction du césium, des optimisations futures de la préparation de la terre (séchage, émiettage, prétamisage et dispersion dans l'eau) ont été proposées.

Demeterres, un projet à 19 ME

Avant d'être testée au Japon, la technologie a été développée dans le cadre du projet de recherche Demeterres. Ce programme d'un coût de 19 millions d'euros sur cinq ans, initié fin 2013, a été lancé dans le cadre de l'action « Recherche en sûreté nucléaire et radioprotection » (RSNR). Il bénéficie d'une aide de l'État (5,2 ME) gérée par l'Agence nationale de la recherche au titre du programme des Investissements d'avenir. Il a pour ambition de développer en France un ensemble de technologies innovantes de remédiation des sols et des effluents contaminés, sélectives des radionucléides (principalement 137Césium et 90Strontium) non intrusives et optimisées en matière de déchets secondaires, qui touchent conjointement au domaine des biotechnologies (bio-remédiation et phyto-extraction) et des technologies physico-chimiques dites éco-compatibles. Il regroupe des équipes de recherche du CEA à la DRF (BIAM à Cadarache) et à la DEN (DPC, DE2D, DMRC et ICSM), de l'IRSN à Cadarache ainsi que de l'INRA et du CIRAD à Montpellier. Les partenaires industriels sont Orano et Veolia.

Des essais du procédé de flottation à l'échelle pilote, dans une colonne de 2 m de hauteur et de 20 cm de diamètre, avaient même été réalisés au CEA de Marcoule en 2016, sur différentes terres non contaminées. Des paramètres clés tels que le débit d'air, l'agent moussant, le temps de résidence... avaient pu être optimisés pour extraire un maximum de particules d'argile, et optimiser le fonctionnement du procédé. « Le verrou technologique à faire sauter était que les argiles sont des terres hydrophiles. Il fallait rendre les particules hydrophobes pour pouvoir les accrocher aux bulles d'air et les évacuer en tête de colonne », résume Sylvain Faure.

Les autorités japonaises doivent maintenant se positionner sur l'intérêt de la technologie au regard des essais réalisés par l'équipe française au Japon et en comparaison avec les 9 autres technologies (3 à des fins de réduction du volume et 6 de recyclage) qui leur ont été proposées en provenance du monde entier. Néanmoins, si la technologie française est retenue, l'étape suivante consistera à la développer à plus grande échelle afin qu'elle puisse être mise en oeuvre dans les communes japonaises hébergeant des centres de stockage. Dans ce cas, le procédé serait exploité sous licence par les deux partenaires industriels du projet, Orano et Veolia, dans le cadre d'une unité de traitement de taille industrielle construite sur le sol japonais. ?

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