Modélisation en géochimie des eaux - Concepts et applications en environnement

1 - Contexte et domaines d’application

2 - Concepts physico-chimiques

• 2.1 - Équilibres chimiques
  Figure 1 - Diagramme de Pourbaix précisant les domaines pH-E h de différents milieux et les limites de stabilité de l’eau Tableau 1 Tableau 2
• 2.2 - Échange ionique et adsorption
  Figure 2 - Représentation simplifiée de la structure d’une argile gonflante Figure 3 - Adsorption de surface : distribution des contre-ions positifs à proximité d’une surface chargée négativement Tableau 3
• 2.3 - Contrôles cinétiques

3 - Résolution mathématique et bases de données

• 3.1 - Méthodes mathématiques et organigramme
  Figure 4 - Exemple d’interface graphique d’un code de modélisation en géochimie des eaux Figure 5 - Organigramme de résolution de l’état d’équilibre d’une solution (en contact avec un assemblage minéralogique) Tableau 4
• 3.2 - Banques de données thermodynamiques

4 - Applications aux problèmes d’environnement

• 4.1 - Eaux naturelles et processus tampons
  Figure 6 - Analogie entre titrage et régulation d’une eau naturelle Figure 7 - Titrage d’une solution de NaOH 10−2 mol/L avec HCl en présence ou pas de 0,1 mol/L de carbonates dissous Figure 8 - Spéciation du système des carbonates en fonction du pH au cours du titrage de la solution de soude Figure 9 - Ajout de NaOH 10−1 mol/L dans une solution neutre de NaCl en système fermé ou ouvert vis-à-vis de l’atmosphère Tableau 5
• 4.2 - Redox et drainage acide
  Figure 10 - Dissolution oxydative de l’arsénopyrite : évolution au cours du temps du pH et de la concentration en As libéré en solution Figure 11 - Dissolution oxydative de l’arsénopyrite : spéciation aqueuse de l’arsenic reportée dans un diagramme de Pourbaix
• 4.3 - Échange ionique et salinisation
  Figure 12 - Évolution des ions échangeables Ca et Na au fur et à mesure de l’intrusion de l’eau de mer et lors du processus de désalinisation sans ou avec épandage de gypse Figure 13 - Diagramme de Piper retraçant l’évolution du chimisme des eaux en cours de désalinisation Figure 14 - Diagramme de Piper précisant les grandes types d’eau rencontrés dans la nature avec quelques exemples de milieux
• 4.4 - Stockage de déchets, K d et solubilité
  Figure 15 - Barrière bentonitique : évolution du K d du neptunium avec le pH et diagramme de spéciation des espèces majoritaires présentes en solution

5 - Conclusion et perspectives

6 - Quelques définitions en géochimie de l’environnement