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RÉSUMÉ
Cet article présente les mécanismes d’altération par l’eau de verres silicatés avec un focus particulier sur ceux développés pour le confinement des déchets nucléaires. Il détaille l’influence de différents paramètres clés, comme la température, le pH, les variations de composition du verre et de la solution, sur ces mécanismes et explique comment la compétition entre les divers mécanismes d’altération conduit à des cinétiques qui peuvent varier sur plusieurs ordres de grandeur. Sont également présentées les méthodes expérimentales utilisables pour quantifier l’altération des verres.
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Stéphane GIN : Directeur de recherche - Laboratoire d’Étude des Matériaux en Environnement complexe, CEA, Bagnols-sur-Cèze, France
INTRODUCTION
En France, comme dans de nombreux autres pays, le verre constitue la solution de référence pour le conditionnement des déchets radioactifs à vie longue. En effet, c’est un matériau amorphe qui peut incorporer de très nombreux éléments chimiques. Il est donc bien adapté pour les solutions de produits de fission issues du traitement des combustibles usés des centrales nucléaires. De plus, le verre est un matériau relativement facile à élaborer : les procédés de vitrification des déchets solides ou liquides ne nécessitent pas un nombre important d’étapes ni de transferts de matière ; le verre peut être coulé directement dans un conteneur de stockage. C’est le seul procédé de solidification compatible avec des niveaux élevés de radioactivité qui ait abouti sur le plan industriel, quand, dans les années 1960, divers procédés de solidification ont été envisagés. Enfin, le verre est un matériau durable, à la fois vis-à-vis des effets de l’irradiation et de l’altération par l’eau. Sur ce dernier point en particulier, la nécessité de quantifier l’évolution à très long terme des capacités de confinement des produits de fission dans la matrice vitreuse a conduit à développer une solide connaissance des mécanismes d’altération de ces verres malgré la difficulté inhérente à la mesure de très faibles vitesses d’altération.
Après avoir rappelé quelques caractéristiques de base des verres silicatés, et en particulier celles des verres alumino-borosilicatés dont la composition est adaptée au conditionnement des déchets nucléaires, cet article présente la phénoménologie générale observée lors de l’altération aqueuse de ces matériaux, puis détaille les mécanismes en jeu en soulignant l’influence des différents paramètres (température, pH, composition des verres et des solutions altérantes). Il explique enfin comment la compétition entre les divers mécanismes d’altération conduit à des cinétiques d’altération qui, suivant les conditions, peuvent varier sur plusieurs ordres de grandeur. Sont également présentées les méthodes expérimentales utilisables pour caractériser les mécanismes et quantifier les cinétiques d’altération des verres ainsi que les principaux modèles.
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- Version archivée 1 de déc. 2014 par Isabelle RIBET, Nicole GODON
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Phénoménologie générale de l’altération des verres par l’eauArticle inclus dans l'offre
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1. Caractéristiques des verres alumino-borosilicatés
1.1 État vitreux
Le terme de « verre » s’applique aux composés ayant la propriété de pouvoir former, après fusion et refroidissement, un solide non cristallin qui conserve en partie le désordre structural du liquide : le matériau est donc dans un état thermodynamiquement métastable que l’on appelle « état vitreux » . Il en découle deux notions : le verre doit avoir un comportement visqueux et la vitesse de refroidissement du liquide doit être suffisamment élevée pour le « figer » sans laisser au matériau le temps de cristalliser. Le verre est ainsi considéré comme un liquide surfondu figé. Le passage de l’état liquide à l’état solide se produit à la température de transition vitreuse
, dont la valeur dépend essentiellement de la composition du verre. Elle se situe autour de 520 °C pour le verre nucléaire de référence SON68, matériau inactif simulant les verres industriels R7T7 produits à La Hague.
Du point de vue structural, un verre présente un ordre à courte distance (< 1 nm) du fait des unités de base qui le constituent et une perte partielle voire totale d’ordre à plus grande distance (> 1 nm).
HAUT DE PAGE1.2 Rôle structural des éléments chimiques dans un silicate vitreux
Les éléments entrant dans la composition d’un verre à base de silicate sont généralement répartis suivant trois catégories (formateurs, modificateurs et intermédiaires), selon des critères tels que le nombre de coordination, les forces de liaison ou l’électronégativité par rapport à l’oxygène :
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les cations formateurs de réseau forment des liaisons ionocovalentes...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ZARZYCKI (J.) - Les Verres et l’état Vitreux. - Masson, Paris (1982).
-
(2) - GIN (S.), DELAYE (J.), ANGELI (F.), SCHULLER (S.) - Aqueous alteration of silicate glass: state of knowledge and perspectives. - NPJ Mater. Degrad., 5 (2021).
-
(3) - GRAMBOW (B.) - Nuclear waste glasses – How durable? - Elements, 2, p. 357-364 (2006).
-
(4) - BUNKER (B.C.), ARNOLD (G.W.), DAY (D.E.), BRAY (P.J.) - The effect of molecular structure on borosilicate glass leaching. - J. Non-Cryst. Solids, 87, p. 226-253 (1986).
-
(5) - ZAPOL (P.), HE (H.), TAN (X.) - First-principles study of barriers for hydrolysis reactions in silicate minerals and glasses. - Abstr. Pap. Am. Chem. Soc., 245 (2013).
-
(6) - FERRAND (K.), ABDELOUAS (A.), GRAMBOW (B.) - Water...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Caractérisation des déchets — Méthodologie pour la détermination du comportement à la lixiviation d’un déchet dans des conditions spécifiées - NF EN 12920+A1 - 2008
-
Énergie nucléaire — Test de durabilité chimique en mode Soxhlet — Application aux matrices vitrifiées des déchets radioactifs de haute activité - ISO 16797 - 2004
ANNEXES
Logiciels
Logiciels CHESS et HYTEC (code géochimie – transport), développé par l’école des mines de Paris, J. van der Lee, L. De Windt, V. Lagneau, P. Goblet, Comput. Geosci., 29 (2003), p. 265 à 275 https://chess.geosciences.mines-paristech.fr/
Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Service d’Etude des Matériaux et de l’Etanchéité, CEA Marcoule, Bagnols-sur-Cèze, France
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