Synthèse d'oxydes d'actinide(s) dédiés à la fabrication de MOx (GEN IV) par dénitration thermique avancée en présence d'additifs organiques.

par Martin Leblanc

Projet de thèse en Chimie Séparative, Matériaux et Procédés

Sous la direction de Xavier Deschanels et de Gilles Leturcq.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques Balard , en partenariat avec ICSM - Institut de Chimie Séparative de Marcoule (laboratoire) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    Dans le cadre du recyclage des matières valorisables (actinides U, Pu) issues du combustible nucléaire irradié, la conversion des matières (ou « fin matières ») est une étape charnière qui intervient à l'interface entre les procédés de séparation/purification (en aval) et les étapes de (re)fabrication de combustible MOx (en amont). Elle consiste à convertir de façon quantitative et à l'état solide les produits de purification présents en solution. La conversion doit donc pouvoir intégrer avec le minimum d'ajustements possibles les flux tout en conduisant à des oxydes ou mélanges d'oxydes adaptés à la mise en forme de combustibles. Ces besoins sont d'autant plus marqués avec le déploiement des réacteurs de 4ème génération qui implique le développement de nouveaux procédés de conversion qui prendront en compte les problématiques propres à cette rupture technologique (eg. cadence plus élevée, isotopie et teneur Pu, absence d'ajustement redox U, Pu, gestion des effluents liquides et gazeux, etc.). Pour répondre à ces besoins futurs, de nouvelles voies de synthèse ont été identifiées par le CEA allant de l'adaptation à court terme de voies existantes déjà éprouvées basées sur la conversion oxalique à des voies plus innovantes nécessitant une R&D plus longue mais offrant une réponse plus adaptée aux besoins industriels. C'est dans ce dernier axe de recherche que s'inscrit ce travail de thèse avec le développement d'une voie de conversion dite « directe » basée sur la dénitration thermique avancée. Les procédés de dénitration consistent à décomposer thermiquement la solution nitrique contenant les actinides recyclés en oxyde. Cependant, en général, ces voies de synthèses – pour certaines passées au stade industriel - nécessitent une étape de concentration préalable, peuvent faire intervenir des espèces réactionnelles instables et potentiellement dangereuses, voire obligent à recourir à des étapes préalables à la mise en forme du combustible. Afin de lever ces verrous technologiques, l'option proposée dans le cadre de cette thèse consiste à modifier la dénitration en ajoutant un ou plusieurs additifs organiques, en présence de complexants, au flux d'extraction pour permettre une conversion continue en oxyde(s) tout en respectant les spécifications industrielles à la fois en termes de rentabilité que de sûreté/sécurité. Cette solution devrait permettre de créer un « template » ou matrice organique structurée amenant à mieux contrôler la dénitration thermique lors de la conversion en oxyde, et ainsi à bénéficier d'une poudre d'oxyde à morphologie et degré d'agglomération contrôlés vis-à-vis des étapes ultérieures de mise en forme.

  • Titre traduit

    Oxide synthesis actinide(s) dedicated to the fabrication of MOX (GEN IV) by thermal denitration advanced in the presence of organic additives.


  • Résumé

    The nuclear French option consists to recycle spent fuel in order to separate valuable materials (U and Pu) from waste (fission products and minor actinides) and to fabricate new MOX fuel. MOX with higher Pu content is currently envisaged as nuclear fuel for Generation IV (Fast Neutron Reactor) transition. To perform this transition and synthesis MOX precursor with higher Pu content, new chemical routes (conversion processes) are required. In this way, alternative synthesis routes based on different co-conversion processes have been selected and are under development. There are four major types of co-conversion routes based on: (i) thermal denitration; (ii) precipitation or crystallization; (iii) impregnation of a support such as ion exchange resin; (iv) gelation. Among them, the denitration method is of interest due to its high yield. However, in general, these route require a preliminary step of actinide solution concentration which may involve unstable and potentially dangerous reaction species and the resulted oxides require additional steps before the pelletization one. To overcome these technological challenges, the option proposed in the context of this thesis is to modify the denitration process by adding one or more organic additives, in the presence of complexing agent. These additives are expected to create a "template" or a structured organic matrix leading to better control of the thermal denitration leading to the targeted oxide synthesis.