Etude des mécanismes de compensation de charge dans les solutions solides d’oxalates d’actinides

Study of charge compensation mechanisms of actinides oxalates solid solutions

• Auteur / Autrice : Ana Gil Martin
• Direction : Francis Abraham, Stéphane Grandjean
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 21/10/2013
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermogravimétrie

Rayons X -- Diffraction

Spectroscopie infrarouge

Combustibles nucléaires irradiés -- Traitement

Composés

Néodyme

Thorium -- Composés

Actinides

Oxalates

Mots clés libres

Précipitation oxalique

Co-precipitated solids

Résumé

Dans le cadre du développement des cycles nucléaires du futur, les recherches menées sur le recyclage des combustibles usés sont orientées vers des procédés de synthèse de solides mixtes d’actinides pouvant être utilisés comme matières premières pour la fabrication de nouveaux combustibles ou cibles de transmutation. La co-conversion oxalique figure parmi les voies de synthèse d’oxydes mixtes les plus étudiées. Les oxalates mixtes, composés d’actinides IV et III, sont tout d’abord produits avec de hauts rendements de précipitation compte tenu de leur grande insolubilité. Leur structure cristallographique est bâtie à partir d’un réseau anionique, 2D ou 3D, dans lequel s’insèrent des cations monochargés M+ pour assurer l’électroneutralité du composé. Ce travail vise la compréhension des mécanismes de compensation de charge par les monocations M+, qui rentrent en jeu lors de la co-précipitation oxalique. L’étude a été menée d’abord sur un système modèle à base ThIV et NdIII exempt de toute interaction redox puis sur un système plus complexe purement à base d’actinides, An1IV et An2III. Des techniques de caractérisation du solide par diffraction de RX, spectroscopie infrarouge et UV du solide, thermogravimétrie, MEB, granulométrie laser, ICP-AES, analyse CHN et dosages divers, ont été utilisés comme outil indispensable pour la compréhension des mécanismes de compensation de charge.

Researches on future options for new nuclear cycles are oriented towards the synthesis of mixed actinide solids, which can be employed as precursors for the fabrication of new fuel or transmutation targets. Oxalic co-conversion is one of the most studied options for the synthesis of mixed oxides. Co-precipitated solids are commonly actinides III and IV compounds, because of their high yields of precipitation. They are able to develop 2D or 3D metal-oxalate frameworks, wherein single-charged cations are inserted to ensure the electroneutrality of the compound. The aim of this work is to better understand the charge compensation mechamisms during the oxalic co-precipitation of these mixed oxalates. The study has been first carried out on a model system, ThIV et NdIII, free of redox interactions, then applied to purely based actinides, An1IV and An2III, systems. Characterization techniques as powder X-ray diffraction, infrared spectroscopy, UV-Vis spectroscopy, thermogravimetry, SEM, Laser granulometry, ICP-AES, CHN analysis… have been used as an indispensable tool for understanding charge compensation mechanisms.