URANIUM(VI) SPECIATION: MODELLING, UNCERTAINTY AND RELEVANCE TO BIOAVAILABILITY MODELS. APPLICATION TO URANIUM UPTAKE BY THE GILLS OF A FRESHWATER BIVALVE

SPECIATION DE L'URANIUM(VI), MODELISATION, INCERTITUDE ET IMPLICATION POUR LES MODELES DE BIODISPONIBILITE. APPLICATION A L'ACCUMULATION DANS LES BRANCHIES CHEZ UN BIVALVE D'EAU DOUCE

Francis Denison (1, 2)

1 PMSE - Pôle méditerranéen des sciences de l'environnement
2 IRSN/DEI/SECRE/LRE - Laboratoire de Radioécologie et d'Ecotoxicologie

The effects of varying solution composition on the interactions between uranium(VI) and excised gills of the freshwater bivalve Corbicula fluminea have been investigated in well defined solution media. A significant reduction in the uptake of uranium was observed on increasing the concentrations of the uranium complexing ligands citrate and carbonate. Saturation kinetics as a function of uranium concentration at a pH value of 5.0 were observed, indicating that the uptake of uranium is a facilitated process, probably involving one or several trans-membrane transport systems. A relatively small change in the uptake of uranium was found as a function of pH (factor of ca. 2), despite the extremely large changes to the solution speciation of uranium within the range of pH investigated (5.0 – 7.5). A comprehensive review of the thermodynamic data relevant to the solution composition domain employed for this study was performed. Estimates of the uncertainties for the formation constants of aqueous uranium(VI) species were integrated into a thermodynamic database. A computer program was written to predict the equilibrium distribution of uranium(VI) in simple aqueous systems, using thermodynamic parameter mean-values. The program was extended to perform Monte Carlo and Quasi Monte Carlo uncertainty analyses, incorporating the thermodynamic database uncertainty estimates, to quantitatively predict the uncertainties inherent in predicting the solution speciation of uranium. The use of thermodynamic equilibrium modelling as a tool for interpreting the bioavailability of uranium(VI) was investigated. Observed uranium(VI) uptake behaviour was interpreted as a function of the predicted changes to the solution speciation of uranium. Different steady-state or pre-equilibrium approaches to modelling uranium uptake were tested. Alternative modelling approaches were also tested, considering the potential changes to membrane transport system activity or sorption characteristics on varying solution composition. Finally the effect of uncertainty on the use of thermodynamic equilibrium modelling for interpretation of uranium(VI) bioavailability was assessed.

Les effets de différentes compositions de solution sur les interactions entre l'uranium(VI) et des branchies disséquées du bivalve d'eau douce Corbicula fluminea ont été étudiés dans des milieux de solution bien définis. Une réduction significative de l'accumulation de l'uranium a été observée en augmentant les concentrations de citrate et carbonates, ligands complexants de l'uranium. Des cinétiques de saturation en fonction de la concentration d'uranium ont été observées à pH 5,0, ce qui indique que l'accumulation d'uranium est un processus facilité, impliquant probablement un ou plusieurs systèmes de transport transmembranaire. Une modification relativement réduite de l'accumulation d'uranium a été constatée en fonction du pH (facteur de 2 environ), en dépit de modifications extrêmement importantes apportées à la spéciation en solution de l'uranium sur la plage de pH étudiée (5,0 – 7,5). Une revue exhaustive des données thermodynamiques relatives au domaine de composition de solution utilisé pour cette étude a été réalisée. Les estimations des incertitudes pour les constantes de formation des espèces aqueuses d'uranium(VI) ont été intégrées dans une base de données thermodynamiques. Un programme informatique a été élaboré afin de prévoir la distribution à l'équilibre de l'uranium(VI) dans les systèmes aqueux simples, à l'aide des valeurs moyennes des paramètres thermodynamiques. Le programme a été étendu afin de réaliser les analyses d'incertitude avec les méthodes de Monte Carlo et Quasi Monte Carlo, en intégrant les estimations des incertitudes de la base de données thermodynamiques, afin de prévoir de manière quantitative les incertitudes inhérentes à la prévision de la spéciation en solution de l'uranium. L'utilisation de la modélisation de l'équilibre thermodynamique en tant qu'outil d'interprétation de la biodisponibilité de l'uranium(VI) a été étudiée. Le comportement d'accumulation d'uranium(VI) observé a été interprété en fonction des modifications prédites de la spéciation en solution de l'uranium. Différentes approches d'état stationnaire ou de pré-équilibre pour la modélisation de l'accumulation d'uranium ont été testées. D'autres approches de modélisation ont également été testées, en prenant en considération les modifications potentielles de l'activité du système de transport membranaire ou des caractéristiques de sorption pour des compositions de solution variables. Enfin, l'effet de l'incertitude sur l'utilisation de la modélisation de l'équilibre thermodynamique pour interpréter la biodisponibilité de l'uranium (VI), a été évalué.

Mots clés: thermodynamic database; uncertainty; bioavailability; ecotoxicology

Mots clés: base de données thermodynamiques; incertitude; biodisponibilité; uranium; spéciation

Domaines: Autre [q-bio.OT]; Autre; Géochimie

Francis Denison. SPECIATION DE L'URANIUM(VI), MODELISATION, INCERTITUDE ET IMPLICATION POUR LES MODELES DE BIODISPONIBILITE. APPLICATION A L'ACCUMULATION DANS LES BRANCHIES CHEZ UN BIVALVE D'EAU DOUCE. Autre [q-bio.OT]. Université de Provence - Aix-Marseille I, 2004. Français. ⟨NNT : 2004AIX11023⟩. ⟨tel-00009927⟩