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Monteiro, Amélie. Etude des mécanismes de réactivité chimique des précurseurs lors de l'élaboration d'un verre de confinement de déchet de haute activité : de l'expérimentation à la modélisation

Monteiro, Amélie (2012). Etude des mécanismes de réactivité chimique des précurseurs lors de l'élaboration d'un verre de confinement de déchet de haute activité : de l'expérimentation à la modélisation.

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Résumé en francais

Le verre de conditionnement des déchets issus des solutions radioactives de haute activité est le produit des réactions chimiques entre un précurseur vitreux (fritte de verre) et le déchet. Par une succession d'étape, le déchet est séché, dénitré (calcination) puis mélangé à la fritte de verre (vitrification) pour être vitrifié à haute température. Afin d'obtenir un verre monophasé à l'état liquide puis un verre de qualité optimale après refroidissement, les réactions doivent être complètes pour permettre l'incorporation totale du déchet au sein du réseau vitreux. Dans cet objectif, les paramètres physico-chimiques mis en jeu lors de l'étape de calcination et de vitrification sont fixés grâce à des règles empiriques (température, taux d'adjuvant, taux de charge en déchet). Complémentaire à cette approche, ce travail apporte de nouveaux éléments de compréhension de la chimie et des mécanismes réactionnels mis en jeu dans le processus de vitrification, et permet de développer un modèle mathématique simulant les réactions chimiques dans la zone réactive lors de l'élaboration du verre de déchet. Les résultats expérimentaux obtenus permettent de décrire précisément les différentes réactions chimiques en température à l'état solide, liquide et gazeux (thermique, morphologique, microstructurale et structurale), de calcinats simplifiés (NaNO3-Al2O3 ± MoO3/Nd2O3) en l'absence et en présence de fritte de verre (SiO2-Na2O-B2O3-Al2O3). Ils démontrent en particulier que la cristallisation du calcinat en elle-même n'est pas néfaste à la réactivité chimique mais que la nature et la stœchiométrie des phases cristallines formées ainsi que les cinétiques de transformation des calcinats (dénitration, cristallisation) peuvent modifier la réactivité chimique avec le verre et l'avancement des réactions. Ces résultats mettent alors en évidence comment le mode de dispersion des précurseurs, les propriétés physiques de la fritte de verre (viscosité, transition vitreuse) et la composition du calcinat (rapport Al2O3/Na2O) mais aussi sa cristallisation, peuvent modifier le processus de vitrification et l'homogénéité du verre final.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Toplis, Michael
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), UMR 5277
Mots-clés libres :Réactivité chimique - Verre - Calcinat - Cristallisation - Modélisation
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :04 Mar 2013 10:54