Approche physico-chimique et structurale des effets de l'irradiation sur la durabilité des verres
par Amine Haddi
Thèse de doctorat en Géomatériaux
Sous la direction de François Farges et de Patrick Trocellier.
Soutenue en 2007
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Résumé
Des verres alumino-borosilicatés alcalins ont été soumis à des tests d'altération aqueuse après avoir été ou non pré-irradiés par des ions lourds de basse énergie. Nous avons mis en oeuvre un ensemble de techniques de caractérisation physico-chimique et structurale afin de décrire l'évolution de la morphologie et de la composition superficielle de verres simples dopés avec un ou plusieurs éléments de transition (Fe, Mo, Nd, Cs, Ce, Th) ainsi que la cinétique de relâchement des éléments dans la solution. Dans quelques cas (verres simples, couches d'altération et verres complexes), nous avons également cherché à préciser l'éventuelle évolution de l'environnement chimique des dopants au moyen de l'absorption X. Il apparaît clairement que la vitesse de dissolution d'un borosilicate alcalin pré-irradié augmente d'un facteur 2 à 4 par rapport à celle de son homologue non irradié et lixivié dans les mêmes conditions. L'irradiation affecte surtout les distributions superficielles du bore et du sodium. Elle conduit à la formation de couches hydratées plus morcelées. En outre, elle favorise l'enrichissement superficiel en éléments réputés difficilement solubles comme A1 et Fe dans la mesure où l'hydratation de la surface du verre est accentuée. Enfin, l'irradiation semble avoir pour effet de retenir des éléments mobiles comme le molybdène dans la couche altérée et notamment quand il se trouve associé au fer
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Titre traduit
Physico-chemical and structural approach of the irradiation effects on the durability of glasses
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Résumé
Alkali alumino-borosilicate glasses have been submitted to aqueous leaching tests alter being irradiated or not with low energy heavy ions. A series of physico-chemical or structural characterization techniques has been used to describe the evolution of both the morphology and the surface composition of simple glasses doped with one or several transition elements (Fe, Mo, Nd, Cs, Ce, Th) together with the kinetics of the elemental release in the leachates. In some cases, we have investigated using appropriate structural methods (XAFS) the modifications of the chemical environment of the dopants. We have can show that the dissolution rate of any alkali borosilicate glass is increased by a factor 2 to 4 when it has been first irradiated with low energy heavy ions. The ion irradiation mainly affects boron and sodium surface distributions. It leads to much more divided hydrated layer. It enhances the tendency for insoluble elements as Al and Fe to be surface enriched due to the increase of glass hydration. Then, ion irradiation seems to retained soluble elements as Mo in the hydrated layer especially when it is associated with iron
