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Comportement de l'interface UO2/eau argileuse. Approche spectroscopique
Séverine Guilbert
Lundi 01/05/2000, 00h00
Thèse de l'Université Paris XI-Orsay, Trocellier Patrick (Directeur de thèse) Cette étude a pour cadre le stockage des combustibles nucléaires usés en couches géologiques profondes. Après trois années d'irradiation, ces combustibles sont constitués à 95% d'UO2. Il est donc indispensable de connaître le comportement à la lixiviation de ce solide car les eaux souterraines représentent l'agent principal de dispersion vers la biosphère des radioéléments contenus dans ces combustibles. Ce travail repose sur des tests d'altération menés au moyen d'un dispositif permettant de synthétiser une eau argileuse équilibrée avec une pression partielle en CO2 en conditions oxydantes ou réductrices. A l'issue des tests, le solide et la solution ont été caractérisés afin d'établir un bilan de l'altération. La matrice UO2 a été caractérisé par spectroscopie de photoélectrons (XPS). L'uranium en solution a été dosé par spectrométrie de masse couplée à une torche à plasma (ICP-MS). En conditions oxydantes, après quelques semaines, la vitesse de dissolution d'UO2 se stabilise autour de 3 10−11 mol/m2.s. Cette vitesse est de 4 10−12 mol/m2.s en milieu réducteur. Les concentrations d'uranium dans l'eau oxydée sont de l'ordre de 2 10−4 mol/L après 2 ans de lixiviation. A l'issue de 33 jours d'altération en milieu réducteur, la teneur en uranium est de 3 10−6 mol/L. L'XPS a révélé une oxydation superficielle et progressive de l'uranium (IV) et la formation de liaisons U-OH en milieu oxydant. Un rapport U(VI)/U(IV) a pu être déterminé par cette technique. Il se stabilise autour de 2 en quelques semaines. En conditions réductrices, ce rapport est stable autour de 0,5. Des outils de modélisation nous ont permis de proposer une classe de solides pouvant potentiellement contrôler la solubilité de l'uranium. En conditions oxydantes, les hydrates d'uranyle (schoepite) évolueront vers les silicates d'uranyle plus stables thermodynamiquement. En conditions réductrices, un contrôle de la concentration d'uranium en solution par U4O9 est probable. Voir aussi l'article : Dissolution of uranium dioxide in simulated Boom clay water S. Guilbert, M.J. Guittet, N. Barré, P. Trocellier, M. Gautier-Soyer, Z. Andriambololona, Radiochimica Acta 90 (2002) 75.

 

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