de l'emploi de traceurs radioactifs dans .tenant compte des exigences de la technique des mesures

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  • DE L'EMPLOI DE TRACEURS RADIOACTIFSDANS L'EXAMEN DES COURANTS

    DES EAUX SOUTERRAINES

    I. MEDGYESIEntreprise de Godsie et de Golechnique, Budapest

    RSUM

    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.

    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.

    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.

    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.

    Comme rsultat de nos oprations dans la pratique nous prsentons les conditionsdes courants des eaux souterraines du bassin de la ville de Pcs.

    1. INTRODUCTION

    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.

    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.

    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.

    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.

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  • TABLEAU 1Quantits ncessaires des divers traceurs et comparaison de leur caractre physico-

    chimique en cas d'un sol de sable farineux une distance de 5m

    Matire employe,mthode de constatation

    Colorant :comparaison de couleurs

    Selsmesure microchimique de (a variation dela rsistance ou du dplacement duchamp de potentiel

    Quantit nces-saire de la matire

    100-400 g fluores-cine o uranine

    2-5 kg sulfate dezinc ou de cuivre,1-5 kg iodure desodium,3-10 kg chloride desodium

    Caractrephysiqo chimique

    macro-molcule depoids moyen

    ions bivalents

    ions univalents

    ions univalents

    Gaz,microchimique

    Procd biologique,

    Isotopes radioactifs, procd pur, mesurede l'activit

    I

    plusieurs kg d'am- imoniac (dans l'eaude l'hydroxided'ammonium se 'produit) '

    bacillus prodigiosus

    base univalente

    Procd de prsalage d'isotopes radioactifs,mesure de l'activit

    5-10 mC isotoperadio actif(J131,Na24, Ca47 etc.)

    en cas de J131

    0,04-0,1 gammaJ131 et 1-5 kg NaJ

    macromolcule dedimensions micro-scopiques

    en fonction ducaractre de l'iso-tope radioactifCation actif univa-lent (Na24)Cation actif univa-lent (Ca47)Anion actif univa-lent (J131)

    ions univalents etbivalents

    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.

    303

  • 2. EXIGENCES AUXQUELLES LES TRACEURS DOIVENT SATISTAIRE

    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 :

    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.

    2. Exigences sanitaires :il ne doit pas rester de souillure dans l'eau aprs l'examen.

    3. Exigences de la technique des mesures :l'eau souterraine ne peut contenir le traceur en un dosage dpassent celui que

    l'on peut dmontrer avec la mthode de mesure demande;le traceur fort dilu doit tre facilement dmontrable avec une mthode simple,

    si possible par un examen direct dans le trou de sonde.

    2.1. Les conditions du choix du traceur satisfaisant, relevant de la chimie physique etde la chimie des collodes

    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).

    2.1.1 Diffusion

    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

    dedm -- Dq dt (1)

    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

    traceur dans Peau souterraine, g/cm3

    dc/dx gradient de la concentrationD constante de la diffusion; pour les sels resp. couleurs employs (1, 2-2, 3).

    10""1 cm"/sec.Si nous prenons comme donnes de base : trou de sonde d'alimentation 0 55 mm,

    longueur du tube 1 m, dure d'observation 1 jour et en calculant le gradient de laconcentration 1 m, l'quation (l) sera :

    A m = .-- 29,4 A c (2)La concentration de la couleur ou de la solution de sel, dans le trou de sonde

    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.

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  • 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%.

    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.

    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.

    La quantit totale des J~ ions partant sous l'effet de la diffusion est de 2,9.10~4

    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

    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.

    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

    ime partie du Na24 radioactif.Des calculs ci-dessus nous constatons que la perte par diffusion est la plus petite,

    si nous employons l'isotope radioactif des ions, prsent en grande quantit dans leseaux souterraines sans ajouter des sels inactifs.

    La vitesse de mouvement des colorants respectifs des sels se produisant sousl'effet de la diffu