Adaptation des technologies conventionnelles de traitement de l’eau pour l’élimination des composants organiques des déchets liquides radioactifs : mécanismes d’adsorption et de coagulation

Pourquoi le nettoyage de l’eau radioactive concerne tout le monde

Les centrales nucléaires, les centres de recherche et les hôpitaux produisent tous des déchets liquides radioactifs qui contiennent souvent des produits organiques tenaces tels que des huiles, des détergents et des solvants. Ces composés organiques rendent le traitement des déchets radioactifs plus difficile et coûteux, et peuvent gêner l’inertage sûr des matières radioactives sous forme solide. Cette étude examine si les mêmes méthodes simples employées pour purifier l’eau potable et les eaux usées pourraient également aider à éliminer ces polluants organiques des liquides radioactifs, offrant une option moins coûteuse et plus pratique — ce qui est particulièrement important pour des pays comme l’Ukraine confrontés à des contraintes liées à la guerre sur les approvisionnements en eau et en énergie.

Des outils anciens pour un nouveau type de déchet

Les installations nucléaires modernes s’appuient souvent sur des technologies avancées telles que les membranes, le plasma ou des oxydants puissants pour traiter les déchets liquides radioactifs. Bien que performantes en laboratoire, ces méthodes sont souvent énergivores, techniquement complexes et pas encore largement disponibles sous forme d’équipements industriels prêts à l’emploi. Parallèlement, les traitements familiers des eaux potables — comme l’adsorption sur charbon actif, la coagulation par sels métalliques et la filtration simple — sont bien éprouvés, relativement peu coûteux et faciles à exploiter. La question centrale de cette recherche était de savoir si ces techniques établies, déjà courantes dans les stations de traitement municipales, pouvaient être adaptées pour éliminer la fraction organique des déchets liquides radioactifs et faciliter la solidification et le stockage final en toute sécurité.

Comment les étapes de traitement fonctionnent ensemble

Les chercheurs ont préparé un modèle de déchet liquide reproduisant le mélange organique typique des installations nucléaires, combinant hydrazine, acides organiques, détergents et autres additifs courants dans l’eau. Ils ont ensuite appliqué un traitement en trois étapes : d’abord, du charbon actif finement pulvérisé a été ajouté et doucement mélangé pour adsorber les molécules organiques dissoutes sur sa vaste surface interne. Ensuite, de la bentonite en poudre provenant d’un important gisement ukrainien a été introduite comme agent d’opacification, suivie d’une solution de chlorure ferrique servant de coagulant. À ce stade, les composés ferreux ont contribué à lier les particules en suspension et la bentonite en flocs plus gros, entraînant d’autres substances organiques dans ces agrégats. Après une courte décantation, l’eau clarifiée a été filtrée sur papier pour retenir la boue formée, laissant un liquide sensiblement plus propre.

Ce que les expériences ont révélé

L’équipe a mesuré la pollution organique à l’aide de trois indicateurs standard : le carbone organique total (COT) et deux versions de la demande chimique en oxygène, DCO(Mn) et DCO(Cr), qui reflètent la quantité d’agent oxydant nécessaire pour dégrader les composés organiques. Avec des doses optimisées de charbon actif, de bentonite et de chlorure ferrique, le procédé a réduit le COT d’environ 2,85 fois, la DCO(Mn) de 2,63 fois et la DCO(Cr) de 4,19 fois — soit une élimination d’environ 75 % des matières organiques dissoutes. L’analyse statistique a montré que le charbon actif et le coagulant à base de fer étaient les principaux moteurs de l’efficacité du traitement, tandis que le rôle de la bentonite était plus subtil. Lorsqu’elle est utilisée en quantités modérées, la bentonite accélère la coagulation et la sédimentation, mais un excès rend en réalité les colloïdes plus stables et réduit la quantité de matière organique éliminée.

Interpréter les différents tests de pollution

Dans le suivi réel, les laboratoires ne mesurent pas toujours la pollution organique de la même manière ; certains utilisent la DCO(Cr), d’autres la DCO(Mn) ou le COT. Pour combler ces écarts, les auteurs ont élaboré des modèles mathématiques de « conversion » permettant d’estimer un indicateur à partir d’un autre à l’aide d’équations simples. Dans l’intervalle de leurs expériences, les valeurs de DCO(Cr) pouvaient être traduites de manière fiable en DCO(Mn) ou en COT, aidant les opérateurs à comparer les résultats, à évaluer les performances du traitement et à prendre des décisions même si un seul type d’analyse est disponible. Cela facilite l’intégration de la méthode dans les systèmes de contrôle existants des usines sans refonte des routines de laboratoire.

De la boue à la sécurité solide

Au-delà du nettoyage de l’eau, l’étude met en évidence le devenir des contaminants capturés. Le processus combiné adsorption–coagulation concentre la matière organique et les radionucléides dans une boue qui peut être incorporée dans des bétons alcalins spéciaux, appelés géobétons. Ces matériaux résistent au lessivage et ne requièrent pas de traitement à haute température, offrant un moyen durable d’enfermer les radionucléides sous forme solide tout en rendant l’eau traitée sûre pour rejet dans l’environnement. Pour l’Ukraine, où l’énergie nucléaire est cruciale, l’eau douce limitée et les infrastructures sous pression en temps de guerre, de telles méthodes peu coûteuses, peu énergivores et robustes pourraient réduire significativement les risques liés aux liquides radioactifs stockés.

Ce que cela signifie en termes concrets

En termes simples, les chercheurs ont montré qu’il n’est pas toujours nécessaire de recourir à des technologies de pointe et gourmandes en énergie pour rendre les eaux usées radioactives plus sûres. En combinant de manière intelligente des étapes bien connues — laisser le charbon actif capter les polluants organiques, utiliser l’argile et les sels de fer pour floculer et faire décanter, puis filtrer le mélange — ils ont obtenu des réductions d’environ trois à quatre fois de la contamination organique. Cela facilite la transformation des déchets radioactifs restants en un solide stable et diminue le volume de liquide dangereux à stocker. Pour le grand public, ce travail ouvre la voie à des solutions plus abordables et déployables pour maîtriser les sous-produits liquides de l’énergie nucléaire, même dans les régions aux budgets et infrastructures contraints.

Citation: Charnyi, D., Zabulonov, Y., Lukianova, V. et al. Adaptation of conventional water treatment technologies for organic component removal from liquid radioactive waste: sorption and coagulation mechanisms. Sci Rep 16, 2626 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36799-2

Mots-clés: eaux usées radioactives, charbon actif, argile bentonite, coagulation et filtration, traitement des déchets nucléaires