L'expression exclusion anionique désigne dans le domaine de l'hydrogéologie et des sciences des sols un phénomène de réduction de la « porosité accessible » aux anions (mais non à l'eau) dans les milieux poreux dont les interfaces avec l'eau sont négativement chargés. Autrement dit ; dans les milieux à pores très fins (argiles par exemple) la diffusion des anions dans les pores d'un substrat poreux est limitée ou interdite alors que l'eau peut circuler (dans une argile ou argilite par exemple) ; Dans d'autres cas, au contraire (pores plus larges, dans la craie par exemple) l'exclusion anionique chasse les anions en les accélérant par rapport à l'eau.

C'est un phénomène qui n'a que récemment été mesuré et mieux compris, mais qui est encore en cours d'exploration pour certains de ses aspects. Il peut avoir des conséquences importantes en hydrogéologie, et pour la bonne compréhension et modélisation de la circulation des anions (diffusivité effective) dans certains sols, sous-sols et nappes phréatiques.

Explication L'exclusion anionique résulte des charges électriques négatives portées par la surface des minéraux naturels (craies, argiles...). Ces charges tendent à repousser (force électrostatique) les anions vers le centre des pores et empêchent éventuellement leur entrée dans les micropores ou dans les nanopores, modifiant la répartition des anions, par rapport à ce qu'elle serait dans un milieu électrostatiquement neutre. À titre d'exemple, dans certaines argilites (argilites du Callovo-Oxfordien de Bure)Voir Thèse, p 122/283 de la version PDF, tout se passe comme si la « tortuosité » du réseau de pore et la « constrictivité » des pores était augmentée, pour les anions uniquement.

Parmi les facteurs intervenant a priori dans l'amplitude du phénomène d’exclusion anionique figurent : le coefficient de diffusion moléculaire lié aux caractéristiques minéralogiques du substrat (incluant hétérogénéités internes plus ou moins importantes) la taille des anions hydratés considérés la charge de l’anion des effets particuliers dans certains substrats prenant la consistance de gels

Enjeux et implications Ce phénomène qui n'est pris en compte par les modèles que depuis peu a une grande importance dans certains cas : suivi de polluants et de leur chemin diffusif (« transport diffusif »)dans une nappe phréatique, suivi de « panache » de diffusion d'un polluant dans le sol, mur, paroi de réservoir…, stockage de produits toxiques ou radioactifs dans les argiles études ou modélisation de phénomènes de sorption prévision ou modélisation du comportement de solutés dans le sol ou certaines nappes.

Dans les milieux nanoporeux ou poreux compactés (argiles non expansées), les anions ne peuvent accéder à tout ou partie de la porosité, ce qui a été observé à l'occasion d'études avec radiotraceurs dans les argilites ou argiles compactes de Bure, de Boom (Put et De Cannière, 1994) ou dans les argiles à Opalinum du Mont Terri (Tevissen et al., 2004 ;Van Loon et Soler, 2004 ; Wersin et al., 2004). Selon la taille des pores la circulation des ions peut être fortement accélérée ou au contraire fortement réduire (par rapport à de l'eau tracée au moyen d'un radiotraceur (tritium sous forme d'eau tritiée)Frédéric Bazer-Bachi (École Nationale Supérieure des Industries Chimiques Laboratoire des Sciences du Génie Chimique), Thèse de doctorat de l'INPL (Spécialité : Génie des Procédés) ; [Étude de l’influence de la rétention chimique sur la diffusion d’espèces anioniques dans les milieux argileux compacts], Soutenue 2005-12-09.

Le phénomène d'exclusion anionique peut lui-même être influencé par des facteurs tels que la force ionique (qui l'amplifie, comme le prévoyait la théorie dite de la double couche), la température, des hétérogénéités minéralogiques, etc.

Les études de ce phénomène montrent que la mesure de la diffusion de l'eau tritiée (HTO) dans un substrat (craie, argile) ne peut en aucun cas être considérée comme prédictive ou indicative du transport des anions. Ainsi dans l'argilite du Callovo-Oxfordien étudiée par le laboratoire de Bure, pour Thèse citée en Bibliographie, page 125/283 de la version PDF. Dans ce cas, l'auteur a conclu que (...)P173/283 de la thèse de F Bazer-Bachi citée en bibliographie.

Voir aussi Articles connexes

Porosité soluté Solution tension superficielle Théorie de Gouy-Chapman ou Théorie de Gouy force ionique permittivité diélectrique viscosité (de l'eau)

Liens externes

CEA, Coordination de la Formation par la Recherche, Présentation de projet de thèse Étude de l'influence des propriétés électrostatiques des interfaces solide/Liquide sur la modélisationdu couplage chimie-transport (Pôle DEN, ref N° : SL-DEN-09-470)

Bibliographie

Thèse de doctorat de Frédéric Bazer-Bachi, intitulée Étude de l’influence de la rétention chimique sur la diffusion d’espèces anioniques dans les milieux argileux compacts, Soutenue 2005-12-09.

Références

Catégorie:Mécanique des milieux non homogènes