DE L'EMPLOI DE TRACEURS RADIOACTIFS DANS ?· Tenant compte des exigences de la technique des mesures…

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<ul><li><p>DE L'EMPLOI DE TRACEURS RADIOACTIFSDANS L'EXAMEN DES COURANTS</p><p>DES EAUX SOUTERRAINES</p><p>I. MEDGYESIEntreprise de Godsie et de Golechnique, Budapest</p><p>RSUM</p><p>En vue de chosir le meilleur parmi les traceurs employs dans la mesure descourants d'eau nous avons excut des examens de chimie physique et de la chimiedes collodes. Nous avons constat que le traceur qui convient est l'isotope radioactifde l'anion prsent dans l'eau souterraine en grande quantit, mais au moins en lmentde trace, dos sans sels inactifs.</p><p>Tenant compte des exigences de la technique des mesures et de la protection contreles rayons, nous estimons que l'emploi du J m est le plus avantageux.</p><p>Pour l'apprciation des rsultats de la mesure directe de la direction et de lavitesse du courant excute avec traceur radioactif (avec plusieurs puits tmoins)nous avons labor une mthode empirique. Avec le calcul propos l'on peut estimerla vitesse relle (statistique) du courant, malgr qu'au cours de nos mesures nousobservions la vitesse de l'eau coulant avec la plus grande vitesse.</p><p>Avec des mesures comparatives nous avons prouv que l'applicabilit du procdemployant des isotopes radioactifs n'est pas limite, rencontre des procds utilisantdes colorants ou sels comme traceur, resp. de la mthode golectrique, par la teneuren colodes du sol.</p><p>Comme rsultat de nos oprations dans la pratique nous prsentons les conditionsdes courants des eaux souterraines du bassin de la ville de Pcs.</p><p>1. INTRODUCTION</p><p>Les conditions des courants d'eaux souterraines peuvent tre dtermines entreautres par divers procds employant des traceurs. Ceux-ci peuvent tre classs, enfonction du principe de la mesure en trois groupes.</p><p>L'examen des eaux phratiques prs de la surface se fait le plus souvent par ladtermination directe, l'aide de plusieurs trous de sonde des conditions de mouve-ment de l'eau. Dans un"puits de situation centrale sont doss les divers matriauxtraceurs marquant l'eau phatique et se mouvant avec elle. Autour de ce puits d'ali-mentation nous descendons sur la priphrie d'un ou au besoin de deux, trois cerclesde rayons diffrents, plusieurs suivant les possibilits tous les 45 puits-tmoinsafin de dmontrer le traceur. Sur la base de la distance entre puits d'alimentation etd'observation et du temps s'coulant entre l'introduction et l'apparition se calculela vitesse du courant et du lieu de l'apparition sa direction aussi peut tre dtermineapproximativement.</p><p>Beaucoup de diffrents traceurs et mthodes de dtermination (de mesure) sontemploys O"6). Nous avons rsum les traceurs les plus rpandus au Tableau 1 enexposant les particularits physico-chimiques des composs, leur besoin en matriaux titre d'indication pour de l'eau se mouvant avec une vitesse de 10~3 m/sec dans dusable fin avec teneur d'argile moindre de 2%. Distance d'observation 5-6 m.</p><p>Dans le procd golectrique on mesure la variation sous l'effet du mouvementde l'eau phratique, de l'espace de potentiel lectrique form par le salage, le plussouvent avec plusieurs kgs de chlorure de sodium. Pour l'examen il suffit de descendreun seul trou de sonde. Pour de petites vitesses de courant resp. de profondeurs plusgrandes le procd ne peut pas servir cause des incertitudes de la technologie desmesures.</p><p>302</p></li><li><p>TABLEAU 1Quantits ncessaires des divers traceurs et comparaison de leur caractre physico-</p><p>chimique en cas d'un sol de sable farineux une distance de 5m</p><p>Matire employe,mthode de constatation</p><p>Colorant :comparaison de couleurs</p><p>Selsmesure microchimique de (a variation dela rsistance ou du dplacement duchamp de potentiel</p><p>Quantit nces-saire de la matire</p><p>100-400 g fluores-cine o uranine</p><p>2-5 kg sulfate dezinc ou de cuivre,1-5 kg iodure desodium,3-10 kg chloride desodium</p><p>Caractrephysiqo chimique</p><p>macro-molcule depoids moyen</p><p>ions bivalents</p><p>ions univalents</p><p>ions univalents</p><p>Gaz,microchimique</p><p>Procd biologique,</p><p>Isotopes radioactifs, procd pur, mesurede l'activit</p><p>I</p><p>plusieurs kg d'am- imoniac (dans l'eaude l'hydroxided'ammonium se 'produit) '</p><p>bacillus prodigiosus</p><p>base univalente</p><p>Procd de prsalage d'isotopes radioactifs,mesure de l'activit</p><p>5-10 mC isotoperadio actif(J131,Na24, Ca47 etc.)</p><p>en cas de J131</p><p>0,04-0,1 gammaJ131 et 1-5 kg NaJ</p><p>macromolcule dedimensions micro-scopiques</p><p>en fonction ducaractre de l'iso-tope radioactifCation actif univa-lent (Na24)Cation actif univa-lent (Ca47)Anion actif univa-lent (J131)</p><p>ions univalents etbivalents</p><p>Pour les eaux de profondeur, tant donn que le cot de forage est trs lev, lamesure de la dilution avec emploi d'isotopes radioactifs se rpand tout rcemment la suite des recherches de la firme MOSER et Cie et de MILDE (7 9). Toutefois, avec ceprocd ce n'est que la vitesse du courant qui peut tre dtermine mais pas sa direc-tion.</p><p>303</p></li><li><p>2. EXIGENCES AUXQUELLES LES TRACEURS DOIVENT SATISTAIRE</p><p>La qualit et la quantit du traceur peut trs fort influencer l'exactitude de l'exa-men du courant. En vue d'obtenir des rsultats dignes de confiance il faut choisirparmi les traceurs ceux qui donnent le plus de satisfaction en tenant compte de cequi suit :</p><p>1. Exigences de la chimie physique et de la chimie des collodes :le traceur doit se mouvoir dans le sol uni l'eau, avec la mme vitesse;il ne doit pas prcipiter le compos dissous dans l'eau;il ne doit pas se faire lier par le sol, ne pas se faire absorber;il ne doit pas modifier la structure du sol, resp. sa permabilit.</p><p>2. Exigences sanitaires :il ne doit pas rester de souillure dans l'eau aprs l'examen.</p><p>3. Exigences de la technique des mesures :l'eau souterraine ne peut contenir le traceur en un dosage dpassent celui que</p><p>l'on peut dmontrer avec la mthode de mesure demande;le traceur fort dilu doit tre facilement dmontrable avec une mthode simple,</p><p>si possible par un examen direct dans le trou de sonde.</p><p>2.1. Les conditions du choix du traceur satisfaisant, relevant de la chimie physique etde la chimie des collodes</p><p>Parmi les effets physico-chimiques et de la chimie des collodes nous nous occu-pons en dtail de la diffusion, de ['adsorption et du changement de la permabilit dusol se produisant du fait de la modification de sa structure (1O'U).</p><p>2.1.1 Diffusion</p><p>L'apprciation des examens effectus avec des traceurs est rendue difficile parle mouvement de sels resp. de couleur se produisant sous l'effet de la diffusion ind-pendamment du mouvement de l'eau. Nous pouvons dterminer la quantit de matirepartant sous l'effet de la diffusion sur la base de la loi de FICK</p><p>dedm -- Dq dt (1)</p><p>dxodm quantit de matriaux partis, gdt dure de l'observation, secq superficie, cm-x distance, cmde acroissement de la concentration par rapport la concentration origniale du</p><p>traceur dans Peau souterraine, g/cm3</p><p>dc/dx gradient de la concentrationD constante de la diffusion; pour les sels resp. couleurs employs (1, 2-2, 3).</p><p>10""1 cm"/sec.Si nous prenons comme donnes de base : trou de sonde d'alimentation 0 55 mm,</p><p>longueur du tube 1 m, dure d'observation 1 jour et en calculant le gradient de laconcentration 1 m, l'quation (l) sera :</p><p>A m = .-- 29,4 A c (2)La concentration de la couleur ou de la solution de sel, dans le trou de sonde</p><p>aprs le dosage est d'au moins 100 g/1. Donc d'aprs (2) la quantit de matire partieest de 2,94 g, c'est--dire presque le 3-\0~2-ime du traceur.</p><p>304</p></li><li><p>Nous obtenons un rsultat semblable, si nous calculons, en employant la mthodedite prsalage (dosage avec l'isotope radioactif, ou avant lui d'une grande quantitde sel inactif de composition identique) employ par certains auteurs en premier lieden vue de la diminution suppose de la perte par adsorption, la quantit de matriauxpartant sous l'effet de la diffusion. tant donn que l'ion actif marqu prend part dansle phnomne de la diffusion d'une faon analogue comme l'ion inactif, la diminutionde la concentration des ions tant actifs qif inactifs est de 3%.</p><p>Par contre, si nous calculons la quantit de matriaux actifs entrant en diffusionen cas du procd employant des isotopes radioactifs sans dosage de sels inactifs, lersultat sera beaucoup plus favorable. Nous avons excut des calculs approximatifspour l'isotope J131 tenant compte du fait que les eaux souterraines contiennent toujoursd'ions d'iode et pour l'isotope Na24, tenant compte de ce que dans la plupart descas la concentration dans les eaux des ions de sodium inactifs dpasse les 80 mg/1.</p><p>Les 0,04-0,1 gamma d'ions actifs introduits se diluent dans le trou de sonde dansau moins 5-6 1 d'eau, nous pouvons donc considrer l'accroissement de la concentra-tion comme tant d'au moins 0,01 gamma/1.</p><p>La quantit totale des J~ ions partant sous l'effet de la diffusion est de 2,9.10~4</p><p>gamma/1, et puisque la matire active part ensemble avec la matire inactive conform-ment au rapport de concentration, ce n'est que la deux centime part de la quantitprcite qui est des ions J131, c'est--dire sous l'effet de la diffusion partent l,45.10~6</p><p>gamma/1 d'ions J131, donc la /, 45. IO~4-ime partie rfJ131 radioactifintroduit quitte.Cette perte en ions actifs est le deux centime de la diminution de concentration quise produit si l'on emploie la mthode d'examen avec prsalage.</p><p>En excutant le calcul de faon similaire pour l'ion Na24 les rsultats sont encoreplus favorables : le Na24 radioactif quittant est 1,45.10~10 gamma/1, soit la 1,45./0~8</p><p>ime partie du Na24 radioactif.Des calculs ci-dessus nous constatons que la perte par diffusion est la plus petite,</p><p>si nous employons l'isotope radioactif des ions, prsent en grande quantit dans leseaux souterraines sans ajouter des sels inactifs.</p><p>La vitesse de mouvement des colorants respectifs des sels se produisant sousl'effet de la diffusion dpend galement du gradient de la concentration, elle est doncla plus petite galement pour l'examen effectu avec isotopes radioactifs comme tra-ceurs. Toutefois suivant nos expriences ce n'est que pour les vitesses de courantd'eau infrieures 10~4 cm/sec que l'accroissement apparent de celle-ci d la diffu-sion a de l'importance.</p><p>2.1.2 Adsorption</p><p>Au cours de la mesure du courant d'eau nous introduisions dans l'eau des compo-ss modifiant plus ou moins la composition chimique de l'eau. Le sol qui est un sytmede collodes trs sensible dispers dans l'eau viendra en contact avec de l'eau de com-position modifie. En fonction de son caractre, savoir d'autant plus qu'il contientde particules surfactantes (p. ex. argile, tourbe), il entre en,action rciproque avec lesnouveaux composs, l'quilibre d'adsorption s'tant form, se rompt.</p><p>L'adsorption dpend en premier lieu de la concentration de la solution et ducaractre du compos. Les particules surfactantes sont en gnral des anions, doncelles adsorbent le plus les molcules de couleur, puis les cations multivalents, enfinles cations univalents. Si un cation quelconque est prsent en quantit dominante(p. ex. mthode de salage), il carte de l'adsorbant, donc du sol, indpendamment deleur valence, les autres cations. Les anions se placent dans les couches diffuses d'adsorp-ion, ai nsi leur Quantit lie est essentiellement plus petite que celle des cations.</p><p>Plus la teneur en collodes du sol est grande, plus long est le parcours d'coulementsur lequel Tadsorption des traceurs est complte, que leur concentration diminueen-dessous de la limite infrieure de leur dmontrabilit. D'aprs nos examens sur le</p><p>305</p></li><li><p>terrain dans un sol contenant 10-15% d'argile 150 g de fluorescine se lient sur unparcours d'coulement de 1-2 m, et une distance de 2-3 m on ne peut mme pasdmontrer de faon sre le sulfate de zinc et l'iodure de soude (sodium) doss parplusieurs kg.</p><p>En employant des ions radioactifs si du sel inactif n'est pas dos la con-centration n'augmente pratiquement pas, l'quilibre d'adsorption du sol ne se romptgure, ce n'est que l'change d'ions dit dynamique, c'est--dire l'change partiel desions lis par adsorption contre des ions actifs qui se produit.</p><p>MOSER et ses co-autcurs ont dmontr (7&gt;8) aux alentours du trou d'alimentationl'enrichissement en matires actives. PETER est ses collaborateurs (12) ont constatau cours de leurs examens de laboratoire que dans un sable vaseux faible teneurd'argile l'on pouvait suivre le Na24 pendant 15-50 heures, dans la vase et l'argile leJ131 pendant 10-12 jours. Cependant nos mesures sur le terrain ont dmontr que l'ioderadioactif pouvait tre suivi pendant 30-50 jours dans de l'argile resp. de la vase.</p><p>2.1.3 Variation de la permabilit du sol sous l'effet de la modification de sa structure</p><p>La structure de la fraction collodale du sol dpend de la qualit des ions adsorbs.Nous basant sur les examens d'auteurs divers ainsi que sur nos propres rsultats nousavons constat qu' l'aide d'un change d'ions l'on pouvait modifier la permabilitdes sols de plusieurs ordres de grandeurs.</p><p>Dans les collodes naturels les ions adsorbs sont en premier lieu bivalents, savoir Ca !+ , Mg1 + et Fc"' . Sous l'effet de ces ions bivalents les grains d'argile s'agr-gent, ont la structure grossire. Sous l'effet d'ions univalents Na+, K.1 les collodesdu sol se peptisent, les grains se dsagrgent (13).</p><p>La teneur en fractions fines d'une argile qui en avait dans l'tat naturel 10% etd'une vase la teneur de 1-2% se sont montes 4.1 et 8% respectivement aprs traite-ment avec une solution de 0,5% de NaJ.</p><p>a.)</p><p>0.02 O,O4 6 3 Q002 aoi mm</p><p>m806040200</p><p>Sable</p><p>\</p><p>Fan nede sable</p></li><li><p>Sous l'cfl'et de grandes quantits d'ions bivalents p. ex. Zn++, Cu++ le sol s'agrgeencore davantage. Sous l'effet d'un traitement avec une solution 0,5% de Zn SO4un sol argileux perd sa teneur originale en argile et sa teneur en vase diminue aussi.La vase examine continue aussi devenir plus rude (Fig. 1).</p><p>Pareille modification de la structure granulomtrique s'accompagne naturelle-ment de la variation du coefficient de permabilit k aussi. Les examens de per-mabilit excuts de faon continue au laboratoire avec 0,5% de iodure de sodiumet 0,5% de sulfate de zinc dmontrent la diminution continue de plusieurs ordres degrandeur du coefficient de permabilit, resp. son accroissement d'un ordre de gran-deur plus tard, ceci en fonction de la quantit de solution que l'on a fait passer. Lavariation est moindre dans la vase, le coefficient k diminue son dixime resp.s'accrot son double (Fig. 2).</p><p>vooo\ 1r</p><p>so heuresSurpress/on o/mosphenque</p><p>0 1 2 3 4 - 5 6 7 S 9 heures</p><p>Surpression o/znospfter/-ue '</p><p>Fig. 2 Variation de la permabilit de l'argile (a) et de la vase (b) sous l'effet desolution 0,5% de NaJ et de ZnSO4</p><p>1) solution 0,5% de ZnSO42) solution 0,5% de NaJ.</p><p>307</p></li><li><p>Il rsulte de ce qui prcde que si l'on introduit dans la nappe phratique du selen grande quantit, on doit compter non seulement avec des pertes par l'adsorption,mais en premier lieu avec la variation de la vitesse du courant duc la modificationde la structure du sol.</p><p>En connaissance des effets physico-chimiques et de ceux de la chimie des collodeson peut constater sans quivoque que le meilleur traceur est l'isotope radioactif, ouplus exactement l'isotope radioactif de l'anion prsent dans la nappe phratique sinonen grande quantit, au moins comme lment de traces, ceci sans dosage de sels inac-tifs (procd pur).</p><p>Les observations de MILDL (3) faites en...</p></li></ul>