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UNIVERSITE MOHAMED V
FACULTE DES SCIENCES RABAT
DEPARTEMENT DE CHIMIE
Mmoire fn dtude
Prent !"r #
FOUAD EL MEKNASSI
M"ter # C$imie Fond"ment"%e et A!!%i&ue
P"r'our # S'ien'e An"%(ti&ue et En)ironnement
T$*me #
Etude de linteraction dune impuret
mtallique avec
lhydroxyde de fer(III)
Soutenu %e +, -ui%%et ./+0 de)"nt %e -ur( 'om!o de#
Mr1 MOHAMED EL 2AH2AOUI: Professeur, Facult des sciences- a!at"""""#
Encadrant
Mme1 SOUADEL HA33A3I: Professeur, Facult des sciences $a!at"""""""##
Modrateur
: Professeur, Facult des sciences $a!at"###"## E%a&inateur
: Professeur, Facult des sciences $a!at""""## E%a&inateur
# Professeur, Facult des sciences $a!at"""""""""#E%a&inateur
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Anne uni)erit"ire# ./+04./+5
Seion de !rintem!
REMERCIEMENT
Je remercie Dieu en premier lieu, quil soit lou pour
mavoir donn la force et la patience ncessaires pour
accomplir ce travail.
Les travaux prsents dans ce mmoire ont t eectus
au laboratoire de radiochimie et chimie nuclaire de la
Facult des Sciences de abat.
Jexprime ma profonde reconnaissance ! ". "ohamed #L
$%&$%'(), professeur ! la Facult des Sciences de abat. )lma clair de leurs conseils et ma fait bn*cier de sa
+rande exprience dans le domaine de la recherche
exprimentale applique ! ltude des phnomnes
dadsorption. Je suis trs sensible ! lhonneur quil me fait
en acceptant de mencadrer pour faire sortir cet -uvre !
lexistence.
Je voudrais exprimer mes vifs remerciements ! ".
Je prie ". et ". et ". professeurs ! la facult des Sciences
abat da+rer mes respectueux remerciements davoir
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accept dexaminer ce pro/et *n dtude
#n *n /e remercie tous les ensei+nants ainsi que tous mes
coll+ues du laboratoire de radiochimie et chimie
nuclaire, qui ont contribu par la bonne ambiance et leur
d0namisme au plaisir que /1ai eu ! venir au laboratoire.
ommaire
INTRODUCTION 6ENERALE
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!"
#artie $i$lio%raphique
2hapitre ) 3 )mpuret 4 pollution
I1 INTRODUCTION
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 7
II1 LA POLLUTION RADIOACTIVE
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 7
II# '#
(ENEALI)E #########################################################################################################################
########################## *
II# +# LES SOUES DE POLLU)ION
ADIOA)IE ################################################################################################## *
II# +# '# Les sources
naturelles #############################################################################################################################
## .
II# +# +# Les sources
arti/cielles ###########################################################################################################################
### .
-
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III! THORIUM
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ,
III# '#
0IS)OI1UE #########################################################################################################################
######################## .
III# +# A2ONDANE E)
ESSOUES ######################################################################################################################3
III# 4# POPIE)ES P05SIO-
0IMI1UES ############################################################################################################### 6
III# *#
ISO)OPES #############################################################################################################################
######################### 6
III# .#
U)ILISA)ION #########################################################################################################################
######################## 7
III# 3# IMPA) DU )0OIUM SU LA SAN)E 0UMAIN E)L8ENIONNEMEN) ##################################################### 7
2hapitre )) 3 #xtraction liquidesolide
I1INTRODUCTION 111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
1111111111111111111111111111111111111111111 +/
II1DEFENITION 111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
111111111111111111111111111111111111111111111 +/
III1PRINCIPE DE L8E9TRACTION LI:UIDE;
SOLIDE 111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 ++
IV1S2STEME DE9TRACTION LI:UIDE;
SOLIDE 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 ++
V1CHOI9 DE LA PHASE
SOLIDE 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
1111111111 ++
VI1MECANISMES DE LE9TRACTION LI:UIDE;
SOLIDE 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 ++
2hapitre ))) 3 %dsorptionI 1INTRODUCTION 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
1111111111111111111111111111111111111111111 +.
II1
DEFINITION 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
11111111111111111111111111111111111111111 +.
III1T2PES
DADSORPTION 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
11111111111111111111111111111 +.
IV1FACTEURS INFLUENCANT LE PHENOMENEDADSORPTION 111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 +7
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V1DESCRIPTION DU MECANISME
DADSORPTION 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 +7
VI1CLASSIFICATION DES ISOTHERMES
DADSORPTION 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 +,
2hapitre )5 3 %r+ile 4 h0drox0des
I1 INTRODUCTION!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! +!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! +????????????????????????????????????11???1.III1.1 REACTIONS DE LARSENA@O=III>
????????????????????????????????????????11.
#artie Exprimentale
2hapitre ) 3 7rotocole exprimentale
I1INTRODUCTION 111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
1111111111111111111111111111111111111111111 +II1DEFENITION 111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
111111111111111111111111111111111111111111111 +
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III1PRINCIPE DE L8E9TRACTION LI:UIDE;
SOLIDE 111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 +
2hapitre )) 3 sultats 4 Discussion
I1 ETUDE DE Lo=D> =PH>!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! .0II1 ETUDE DE n =PH>??????????????????????????????????????1.0
Je ddie ce modeste
travail tous ceux quiont particip de prs
ou de loin sa
ralisation
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Introduction
gnrale
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Introduction %nrale
Introduction %nrale
L9enironne&ent re;rsente ce ale&ent de
rec?erc?er @ ;rot>er l9enironne&ent aec des solutions d9cono&ie
d9ner>ie# L9intrt ;ort @ l9enironne&ent s9est considra!le&ent
delo;;, et la ;rotection de l9enironne&ent est @ ;rsent inscrite
dans l9action continue des ad&inistrations et des industriels# La ;risede conscience de la >rait des ;ro!lB&es ;oss ;ar les dc?ets
solides sur l9enironne&ent en >nral et sur les ressources en eau
en ;articulier est une ralit# Les ar>iles Couent un >rand rle dans
une >a&&e arie de ;ro!lB&es enironne&entau% et les
a;;lications au>&entent sans cesse: - Dans le trans;ort des ;olluants
or>aniiles d;end des ;ro;rits et de la
concentration du ractant# Les ar>iles interiennent suites @ leurs
;ro;rits d8a!sor;tion ileuse#
L8o!Cectif de notre traail consiste en une tude d8e%traction li
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utilis co&&e ;?ase solide e%tractant les o%Hdes de fer# e traail
s8articule autour de trois ;arties:
Une ;artie !i!lio>ra;?ilo!ant l8ense&!le des
d/nitions ncessaires @ la co&;r?ension du traail eJectu#
Une ;artie e%;ri&entale dcriant les ta;es et e%;riencessuiies lors de l8tude des diJrents ;ara&Btres inuant l8e%traction#
Une ;artie rsultats et discussion dont lanrale#
Partie bibliographique
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#artie $i$lio%raphique
Chapitre I & Impuret' #ollution
I# IN)ODU)ION
La ;ollution de l8enironne&ent cause ;ar les &tau% solides con/ns
dans les sites d8enfouisse&ent est un ;ro!lB&e asse r;andu et de
no&!reuses tudes lui ont t consacres#
e ;rsent traail s8intresse surtout @ l8utilisation des o%Hdes de fer @ tre
utilise dans la construction de !arriBres destines au con/ne&ent de ces
dc?ets#
Les ;olluants enironne&entau% de tous >enres conta&inent l8eau, l8air etla terre &ettant en ;ril les ?u&ains et les cosHstB&es# De ;lus, ils sont
souent sources de conit entre ;o;ulations et industrie#
Dans le sol, les &tau% @ cause de leurs c?ar>es ;osities, sont
troite&ent lis au% structures anioni
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II# LA POLLU)ION ADIOA)IE
II# '# (ENEALI)E
Par&i les diJrents tH;es de ;ollution du &ilieu, la ;ollution radioactie est
incontesta!le&ent celle
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Dans les conditions actuelles, la ;ollution radioactie du &ilieu a deu%
ori>ines ;rinci;ales ie nuclaire, les cHcles ont d9a!ord tfonds sur la /liBre uraniu&-;lutoniu& car l9uraniu& est le seul l&ent
c?i&irations, il s9a>it
du +4+)?#
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Dans les annes 3 @ 6, dans un conte%te d9cono&ie des ressources
naturelles en uraniu&, un if intrt ;our l9utilisation de co&!usti!le
t?oriu& aait dC@ conduit @ la construction de ;lusieurs racteurs# L9arrt
des tudes dans les annes 6-7 est ;rinci;ale&ent d au% diGcults
lies @ l9installation du cHcle @ cause des &issions >a&&a et au%&oindres ;erfor&ances en ter&e de r>nration en cHcle fer& en
co&;araison du cHcle uraniu
Dans les annes , des ;u!lications ;rouant la &ini&isation des dc?ets
@ ie lon>ue du cHcle t?oriu& ont relanc cette /liBre# .T
III# +# A2ONDANE E) ESSOUE
La crote terrestre co&;rend en &oHenne de l9ordre de 3 ;;! '
;;! R ' ;;& en &asse de t?oriu& contre '7 ;;! d9uraniu& 3T#
Le t?oriu& est ;rsent sous dierses for&es &inrales dont la ;lus
courante est l9o%Hde de t?oriu& t?orite# Les rseres de t?oriu& sont
;rinci;ale&ent situes en Australie, en Inde, en NorB>e, au% Etats-Unis,
au anada, en Afri
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*Source: USGS Mineral Commodities Summaries, Janvier 2011, tonnes!
III# 4# POPIE)ES P05SIO-0IMI1UES
Les ;ro;rits ;?Hsico-c?i&i 75Ent$"%!ie de uion =K3 mo%;+> + + *re 4 . *me 4 *me47 *me0/05 4 ++< 4 ./
E%e'trone")it +
R"(on "tomi&ue =AJ> +5
Aec :
T$=IV> "d:la teneur du )?oriu& adsor!#
T$=IV> : la teneur du )?oriu& rest en solution#
D ;eut tre o!tenir @ ;artir du ;ourcenta>e d8li&ination P, ;ar la relation
DP4+;P
Aec : PT$=IV>"d4T$=IV>tot"%e
T$=IV> "d:la teneur du )?oriu& adsor!#
T$=IV> tot"%e # la teneur du )?oriu& totale#
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Et ;our &ettre en idence le &canis&e d8adsor;tion &is en Ceu dans
ce cas, nous aons dduit @ ;artir des allures lo>DRf ;0, les
ariations nRf;0#
n R log (D )
pH
#artie exprimentale
Chapitre II + R'ultat' 9i'cu''ion
Sur la !ase des rsultats o!tenus ;ar Mr# ac?id QarWi sur la
co;rci;itation du )?I et UI ;ar l8?Hdro%Hde de FerIII QarWi, +4#
I# E)UDE DE lo>D R fP0
Nous aons e%a&in les ariations de lo>DRf ;0 durant une ;?ase
d8adsor;tion nrale&ent @ des te&;s entre +? et *+? et
;our une teneur initiale du FerIII utilise entre '&>XL et '+&> XL#
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I#'# AS &R ' &>
. .#. 3 3#. 6 6#. 7 7#. #. ' '#. '' ''#.
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3?
7?
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'+?
/i%ure B3 5ariation lo+ ?DB@f ?p&B pour des temps constant compris entre =h et
=h
En $onstate une augmentation de log>4 ave$ le temps pour pA O&, un ma:imum est obtenu; pA5, pour t512& l .aut indiquer aussi que lorsque t est plus #lev# que h un re$oupementdes $ourbes est observ# en $e point, ainsi ; $e pA l9adsorption de Ih4 devient ind#pendantedu temps, deu: autres re$oupements des variations sont obtenus tQRh ; des valeurs de pAvoisines de R,O et N,B&
@n outre on $onstate un ma:imum d9adsorption au voisinage de pAO,O pour des temps de$onta$t plus .aibles ou #gau: ; 10h , alors que le point PA5N, est bien parti$ulier par $e qu9ilsont un point d9 in.le:ion pour toutes les $ourbes $onsid#r#es&
@n e..et, log>4 pr#sente en $e point un minimum pour t52h et un ma:imum pour t5Rh, ainsile s"st?me passe p#riodiquement par des valeurs minimales est ma:imales de 8og>4 tousquatre heures lorsque le pA devient sup#rieure ; R,O
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+#.
'+?
'*?
'3?
'7?
+?
++?
/i%ure": +5ariation lo+ ?DB@f ?p&B pour des temps constant compris entre =h
et ==h
Il ressort de ces rsultats D
di&inu lors&ente, en tenant en considration les rsultats
;rcdents, o!tenus dans le do&aine ;06#*, le te&;s de contact de '+?
est le te&;s o;ti&al# On note aussi dans ce cas un recou;e&ent des
ariations lo>DR f ;0 @ P0p .,4 ;our '*?t+?, lors&ent lo>D di&inue Cus&ente ;our
attendre un &a%i&u& ers P0p7,* et reco&&ence @ di&inue Cusnaler aussi
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+*?+3?
+7?
4?
4+?
/i%ure ""3 5ariation lo+ D@f ?p&B pour des temps constant compris entre ==h
et :=h
es rsultats &ontrent D di&inue
lors&ente# Pour un te&;s de contact co&;ris
entre ++? et 4+?, lo>D di&inue lors&ente et attendre un
&ini&u& er ;0 3,3 co&&e c8est le cas ;our t +? ;uis au>&ente# Un
;oint d8intersection est o!tenu ers ;0 6,6 eniron, alors un seconda;;arait ers 7,*#
. .#. 3 3#. 6 6#. 7 7#. #. '
-'#.
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+
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4+?
4*?43?
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/i%ure "3 5ariation lo+ D@f ?p&B pour des temps constant compris entre :=h
et >=h
Il a;;arait dans ce cas &ente aec le te&;s
lors
. .#. 3 3#. 6 6#. 7
-#.
#.
'
'#.
+
+#.
+?
*?
3?7?
'?
'+?
/i%ure "* 3 5ariation lo+?DB@f ?p&B pour des temps constant compris entre =h et=h
Sur toute la ;la>e du P0 considre lo>D au>&ente aec le te&;s
de contact, il reste @ &entionner ence ers le &&e
lo>D @ P0R6,*
-
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. .#. 3 3#. 6 6#. 7
-N#.
N
N#.
'
'#.
+
+#.
'+?
'*?
'3?
'7?
+N?
++?
/i%ure ". 3 5ariation lo+?DB@f ?p&B pour des temps constant compris entre =h
et ==h
Sur toute la ;la>e du P0 considre lo>D contraire&ent au% te&;s
de contact ;rcdents di&inue aec le te&;s de contact, et on
re&ar
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L8adsor;tion du )?I continue @ c?uter &ent de P0 considr et reco&&ence sa ;ro>ression
@ ;artir de tR4+?
. .#. 3 3#. 6 6#. 7
-'#.
-'
-#.
#.
'
'#.
+
+#.
4+?
4*?
43?
47?
*?
*+?
/i%ure "3 3 5ariation lo+?DB@f ?p&B pour des temps constant compris entre :=h
et >=h
Lo>D continue sa ;ro>ression ds tR4+?, et on note une intersection
@ P0R.,4 les conditions o;ti&ales tR'+? et P0
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. .#. 3 3#. 6 6#. 7
-N#.
N
N#.
'
'#.
+
+#.
+?
*?
3?
7?
'N?
'+?
On o!sere >nrale&ent une ?ausse de lo>D aec le te&;s de
contact Cus
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. .#. 3 3#. 6 6#. 7
-'#+
-'
-N#7
-N#3
-N#*
-N#+
N
N#+
N#*
N#3
++?
+*?
+3?
+7?
4N?
4+?
L8adsor;tion continue sa c?ute @ tR+3? et ds tR+7? au>&ente @
noueau, il8est i&;ortant de si>naler une coner>ence @ P0R.,7 des
cour!es @ ce P0 le te&;s de contact n8a ;as d8inuence sur
l8adsor;tion
. .#. 3 3#. 6 6#. 7
-'
-N#.
N
N#.
'
'#.
+
+#.
4+?
4*?
43?
47?
*N?
A P0R .,7 le te&;s de contact n8as ;as d8eJet sur l8adsor;tion
ONLUSION
Pour 3&> les conditions o;ti&ales tR'? et .,*qP0q3,3.
I#* AS DE &R &>
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. .#. 3 3#. 6 6#. 7
-'
-N#.
N
N#.
'
'#.
+
+#.
+?
*?
3?
7?
'N?
'+?
On re&ar&ente de +? @ 3? et di&inue a;rBs
Cus
-
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. .#+ .#* .#3 .#7 3 3#+ 3#* 3#3 3#7
-'
-#.
#.
'
'#.
+
+#.
++?
+*?
+3?+7?
4?
Unifor&&ent lo>D !aisse aec le te&;s de contact et on note @
P0R.,7 l8Inde;endence de l8adsor;tion du te&;s de contact
ONLUSION
Pour &> les conditions o;ti&ales tR++? et .,6qP0q3,6
I#. AS DE &R '+ &>
Nous aons e%a&in les ariations de Lo>DRf ;0 durant une ;?ase
d8adsor;tion nrale&ent @ des te&;s entre et +? et
;our une teneur initiale du FerIII utilise est '+&>XL#
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8es valeurs n sont g#n#ralement n#gatives pour pAO, n augmente lorsque pA augmente=usqu9; atteindre une valeur ma:imale de n ; pAR, le n $ommen$e ; baisser =usqu9; l9ordre
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On constate une di&inution de n aec le ;0 Cus
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Par ailleurs les $ourbes obtenues montrent des re$oupements pour les valeurs de pA qui sontpresque #gales ; O, et N,&
Conclu'ion %nrale
ous avons e:amin# au $ours de $e travail l9intera$tion de thorium 4 ave$ l9h"dro:"dede .er4 amorphe lors de la pro$#dure de $oagulation&
89e:amen du $oe..i$ient de distribution >4 de $et #l#ment entre la phase liquide et
solide est .ait en .on$tion de la masse m4 de .er4, du pA et du temps de $onta$t& 89interpr#tation des r#sultats obtenus est .aite par le mod?le de la $omple:ation desur.a$e& 8a r#a$tion mise en =eu entre la phase amorphe TSEA4 et Ih4 est d#$rite par +
T SEA 6 Ih4 6 nA6 SOH Hn Th(IV)
8a valeur des ions A6 nT04 ou EA< n04 d#pend du pA et du temps de $onta$t& @llevarie g#n#ralement entre 1 et 2&
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Rfrence' $i$lio%raphique'
[1] )olendoVsWi& 7, Magaud& A, Migne&, Plus& C, >#termination des $on$entrations pr#ditessans e..et de B0 substan$es potentiellement dangereuses pour le $ompartiment aquatique,'apport te$hnique, neris, 200B&
[] 8a$ourl"&G, 8es pollutions radioa$tives, Xue .aut#partement de la prote$tionsanitaire, $ommissariat ; l9#nergie atomique Paris /ran$e4&
[5] Ialbi& 7, @:tra$tion liquide
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["] J&/& Friesmeister, ZMCP < a General Monte Carlo Parti$le Iransport Code < ersionC,[0eport -123/.415, 878 20004&
[;] Ferad&P, /i$hier radionu$l#ide, Ihorium 2B2 et ses des$endants ; l9#quilibre, >#partementde prote$tion de la sant# de l9homme et de dosim#trie, 2001&
[8] Aenner&P et Gar$iaire$tion de l9environnement et de l9intervention, 2002&[1%] Claverie&M, le thorium en milieu pro.essionnel, mais 2000&
[11] @tude e:p#rimentale et th#orique du pro$#d# d9e:tra$tion et du transport de $ationsm#talliques ; travers une membrane liquide support#e, liquide
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.G# 2ouW?lafa, Doctorat Uniersit Mentouri-onstantine, .//01
.7GP#k#Pretorius et P# _# Linder, k# ?e&ical S;eciation and 2ioaaila!itH ,
ol# ' N^ 4, ;# ''.- '', +
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GKadous#A, t?Bse de doctorat, E%traction de l8ion UranHle ;ar ;rocdsd8e%tractions Solide- Li