Effet des terres rares sur la structure et l’altération des verres borosilicatés

par Estelle Molières

Thèse de doctorat en Physique et Chimie des Matériaux

Sous la direction de Philippe Barboux.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .


  • Résumé

    Ce travail s’inscrit dans la problématique du stockage en formation géologique profonde des verres borosilicatés de confinement des déchets de Haute Activité à Vie Longue (HAVL). Ces derniers contiennent des produits de fission et actinides mineurs issus des combustibles usés. Les terres rares font partie des produits de fission et peuvent simuler les actinides mineurs. De nouvelles formulations de verres pourraient conduire à une augmentation des teneurs en produits de fission. Dans ces conditions, il est particulièrement important de bien connaitre à la fois l’influence des terres rares sur la structure du verre, que leur évolution au cours de l’altération par l’eau et leur influence sur les cinétiques d’altération du verre. Cette étude porte sur des verres borosilicatés simplifiés afin de limiter les effets de synergie entre les terres rares et d’autres éléments. Différentes approches complémentaires ont été mises en œuvre pour caractériser le verre sain et les pellicules d’altération (RMN haute résolution solide, spectroscopie Raman, fluorescence, SIMS, diffusion des RX aux petits angles …). Le rôle structural de la terre rare est dans un premier temps discuté et a été comparé à celui du calcium. L’environnement local des terres rares a également été sondé. Dans un deuxième temps, l’effet des terres rares (nature et concentration) a été observé sur différents régimes d’altération (vitesse initiale et chute de vitesse). Enfin, suite à l’altération, les terres rares étant retenues au sein de la couche altérée, l’impact structural des terres rares (et leur environnement local) au sein de cette pellicule a aussi été investigué.

  • Titre traduit

    Rare earth impact on glass structure and alteration kinetics


  • Résumé

    This work is related to the question of the geological deep repsitory of high-level waste glass. These wastes include fission products and minor actinides, elements which can be simulated by rare earths. As new glass compositions could enable increased rare earth concentrations, it is crucial to know and understand rare earth impact on glass structure on the one hand, and on glass alteration kinetics or their incorporation into an altered layer. This work studied simplified borosilicate glasses in order to limit synergetic effects between rare earths and other elements. Various complementary techniques were used to characterize pristine and altered glasses (solid-high resolution NMR, Raman spectroscopy, fluorescence, SIMS, SAXS). Firstly, the structural role of a rare earth is discussed and is compared to a calcium cation. The local environment of rare earths is also probed. Secondly, rare earth (nature and concentration) impact on several alteration regimes was studied (initial rate, rate drop). Then, after alteration, rare earth elements being retained within the altered layer, the structural impact of rare earth elements (and their local environment) in this alteration layer was also investigated.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (243 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.203-217. 200 réf. bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
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  • Cote : T Paris 6 2012 254
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