Une étude confirme que le nitrate peut attirer l'uranium dans les eaux souterraines

Jul 13, 2023

22 mars 2023 · 5 min de lecture

Il y a huit ans, les données étaient solides mais seulement suggestives, les preuves solides mais circonstancielles.

Maintenant, Karrie Weber et ses collègues de l'Université du Nebraska-Lincoln ont confirmé expérimentalement que le nitrate, un composé courant dans les engrais et les déchets animaux, peut aider à transporter l'uranium naturel du sous-sol vers les eaux souterraines.

La nouvelle recherche soutient une étude dirigée par Weber en 2015 montrant que les aquifères contaminés par des niveaux élevés de nitrate - y compris l'aquifère des hautes plaines résidant sous le Nebraska - contiennent des concentrations d'uranium dépassant de loin un seuil fixé par l'Environmental Protection Agency. Il a été démontré que les concentrations d'uranium supérieures à ce seuil de l'EPA provoquent des lésions rénales chez l'homme, en particulier lorsqu'elles sont régulièrement consommées via l'eau potable.

"La plupart des Nébraskiens dépendent des eaux souterraines comme eau potable", a déclaré Weber, professeur agrégé à l'École des sciences biologiques et au Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère. "À Lincoln, nous en dépendons. De nombreuses communautés rurales dépendent des eaux souterraines.

"Ainsi, lorsque vous avez des concentrations élevées (d'uranium), cela devient un problème potentiel."

La recherche avait déjà établi que le carbone inorganique dissous pouvait détacher chimiquement des traces d'uranium des sédiments souterrains, les préparant finalement pour le transport dans les eaux souterraines. Mais l'étude de 2015, qui a révélé que certaines zones de l'aquifère des hautes plaines contenaient des niveaux d'uranium jusqu'à 89 fois le seuil de l'EPA, avait convaincu Weber que le nitrate y contribuait également.

Ainsi, avec l'aide de 12 collègues, Weber a entrepris de tester l'hypothèse. Pour ce faire, l'équipe a extrait deux noyaux cylindriques de sédiments - chacun d'environ 2 pouces de large et 60 pieds de profondeur - d'un site aquifère près d'Alda, Nebraska. Ce site contient non seulement des traces naturelles d'uranium, savaient les chercheurs, mais permet également aux eaux souterraines de s'écouler vers l'est dans la rivière Platte adjacente.

Leur objectif? Recréez ce flux dans les échantillons de sédiments, puis déterminez si l'ajout de nitrate à l'eau augmenterait la quantité d'uranium emportée avec elle.

"L'une des choses dont nous voulions nous assurer était de ne pas modifier l'état de l'uranium, des sédiments ou de la communauté (microbienne) lorsque nous avons collecté les échantillons", a déclaré Weber. "Nous avons fait tout ce que nous pouvions pour préserver les conditions naturelles."

"Tout" signifiait immédiatement boucher et sceller à la cire les noyaux extraits, les glisser dans des tubes hermétiques, rincer ces tubes avec de l'argon pour dissiper tout oxygène et les mettre sur de la glace. De retour au laboratoire, Weber et ses collègues finiraient par retirer des segments de 15 pouces de chacun des deux cœurs. Ces segments étaient constitués de sable et de limon contenant des niveaux relativement élevés d'uranium.

Plus tard, l'équipe remplirait plusieurs colonnes avec ce limon avant de pomper l'eau souterraine simulée à peu près au même rythme qu'elle aurait parcouru sous terre. Dans certains cas, cette eau ne contenait rien de plus. Dans d'autres, les chercheurs ont ajouté du nitrate. Dans d'autres cas encore, ils ont ajouté à la fois du nitrate et un inhibiteur destiné à stopper l'activité biochimique des micro-organismes vivant dans les sédiments.

L'eau contenant du nitrate, mais dépourvue d'inhibiteur microbien, a réussi à emporter environ 85% de l'uranium - contre seulement 55% lorsque l'eau manquait de nitrate et 60% lorsqu'elle contenait du nitrate plus l'inhibiteur. Ces résultats impliquaient à la fois le nitrate et les microbes dans la mobilisation supplémentaire de l'uranium.

Ils ont également soutenu l'hypothèse selon laquelle une série d'événements biochimiques, déclenchés par les microbes, transformait l'uranium autrement solide en une forme qui pouvait être facilement dissoute dans l'eau. Premièrement, les bactéries vivant dans les sédiments donnent des électrons au nitrate, catalysant sa transformation en un composé appelé nitrite. Ce nitrite oxyde ensuite - vole des électrons - l'uranium voisin, le transformant finalement d'un minéral solide en un minéral aqueux prêt à surfer sur le filet d'eau qui s'infiltre à travers le limon.

Après avoir analysé les séquences d'ADN présentes dans ses échantillons de sédiments, l'équipe a identifié plusieurs espèces microbiennes capables de métaboliser le nitrate en nitrite. Bien que cette biochimie mobilisant l'uranium ait été connue pour se dérouler dans des zones hautement contaminées - mines d'uranium, sites de traitement des déchets nucléaires - Weber a déclaré que la nouvelle étude est la première à établir que le même processus de mobilisation se produit également dans les sédiments naturels.

"Lorsque nous avons financé ce projet pour la première fois, et nous y pensions, c'était en tant que contaminant primaire entraînant une contamination secondaire", a-t-elle déclaré à propos du nitrate et de l'uranium. "Cette recherche soutient que, oui, cela peut arriver."

Pourtant, comme l'a dit Weber, "le nitrate n'est pas toujours une mauvaise chose." Ses recherches antérieures et certaines études à venir suggèrent que le nitrate ne mobilise l'uranium que lorsque le composé approche son propre seuil EPA de 10 parties par million.

"Si nous réfléchissons à ce que nous avons publié auparavant, ces données suggèrent qu'il y a un point de basculement. L'important", a-t-elle déclaré, "n'est pas d'en avoir trop".

L'équipe a rapporté ses conclusions dans la revue Environmental Science & Technology. Weber est l'auteur de l'étude avec Jeff Westrop du Nebraska, Pooja Yadav, Alicia Chan, Anthony Kohtz, Olivia Healy, Daniel Snow, PJ Nolan et Donald Pan ; Kate Campbell de l'US Geological Survey; Rajesh Singh, de l'Institut national d'hydrologie de l'Inde ; avec Sharon Bone et John Bargar du SLAC National Accelerator Laboratory.