Apport des verres basaltiques à la validation du modèle GRAAL sur le très long terme

Contribution of basaltic glasses for GRAAL model validation

• Auteur / Autrice : Thomas Ducasse
• Direction : Stéphane Gin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/11/2017
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'étude du Comportement à Long Terme des matériaux de conditionnement (CEA Marcoule - DTCD/SECM/LCLT)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Dacheux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Gin, Nicolas Dacheux, Laurence Galoisy, Delphine Neff, Jérôme Sterpenich
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Galoisy, Delphine Neff

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lixiviation

Verre

Mots clés libres

Verre

Altération

Modélisation

Glass

Leaching

Modeling

Résumé

Cette thèse adapte le modèle GRAAL, initialement dédié à la prédiction du comportement à long terme des verres nucléaires type R7T7, à l’étude de l’altération des verres basaltiques, matériaux considérés comme des analogues naturels des verres nucléaires. Cette thèse cherche à valider les hypothèses fondatrices du modèle GRAAL et évaluer sa robustesse en l’appliquant aux verres basaltiques. Pour ce faire, deux axes de recherche sont suivis. Le premier consiste à reparamétrer le modèle GRAAL pour le verre basaltique. Le travail de description de la couche amorphe qui se forme durant l’altération du verre, a été entrepris aux moyen d’expériences de lixiviation de verres basaltiques simplifiés à 90°C et différents pH (7 ; 8,5 et 10). Des fortes analogies observées sur le comportement des éléments ont permis de conserver une partie du paramétrage du modèle GRAAL dédié aux verres nucléaires. Des expériences ont également été conduites pour affiner la compréhension des mécanismes d’altération à long terme du verre basaltique. A fort progrès de réaction, l’altération du verre basaltique n’est pas limitée par un mécanisme diffusif, comme c’est le cas pour le verre nucléaire, mais par une très lente hydrolyse du réseau vitreux entretenue par la précipitation de phases secondaires. Ainsi une modification de la loi cinétique de dissolution du verre a été réalisée.Le modèle, reparamétré avec la même méthodologie que celle employée pour le paramétrer pour le modèle de verre nucléaire parvient à rendre compte avec justesse de l’altération du verre basaltique pour les pH faiblement basiques, renforçant ainsi la confiance que l’on peut accorder au modèle sur les prédictions liées au verre nucléaire.

This thesis adapts the GRAAL model, initially dedicated to the prediction of the long-term behavior of nuclear glasses, to basaltic glasses.This thesis intends to validate the relevance of the founding hypotheses of the GRAAL model as well as to assess its robustness. To achieve this, two lines of research were carried out simultaneously. The first was to re-parameterize the GRAAL model for basaltic glass compositions. To describe the amorphous layer formed during glass alteration, simple basaltic glasses were leached at 90 ° C and various pH (7, 8.5 and 10). Strong analogies observed on the behavior of the elements allowed to preserve a part of the parameterization of the GRAAL model. Experiments have also been conducted to improve the understanding of the mechanisms of basaltic glasses alteration in silica saturated conditions. It is shown that alteration of the basaltic glass is not limited by a diffusive mechanism like nuclear glass, but by a very slow hydrolysis of the vitreous network sustained by the precipitation of secondary phases. Thus, a modification of the kinetic law of the model controlling the dissolution of the glass was carried out.The model, then, accurately accounts for the alteration of basaltic glass in slightly alkaline conditions, thus reinforcing the confidence that can be given to the model on the predictions related to nuclear glasses.