Influence de la corrosion du fer sur les processus d’altération du verre : approche analytique multi-échelle

Influence of iron corrosion on glass alteration processes : a mutli-scale analytical approach

• Auteur / Autrice : Charly Carrière
• Direction : Philippe Dillmann, Delphine Neff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 13/11/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (Gif sur Yvette)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Gin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurélie Verney-Carron, Franck Bourdelle, Ludovic Bellot-Gurlet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Bouquillon, Nicolas Dacheux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détérioration

Verre

Smectites

Phyllosilicates

Mots clés libres

Verre nucléaire

Phyllosilicate

Corrosion

Altération du verre

Smectites

Serpentines

Nuclear glass

Corrosion

Glass alteration

Résumé

La gestion des déchets produits par l’industrie nucléaire est un enjeu majeur de nos sociétés. En France, l’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra), est chargée de la mise en œuvre du projet Cigéo, centre industriel de stockage géologique, un concept de stockage profond en milieu argileux des déchets radioactifs HA et MAVL. Dans ce concept, le verre a été choisi comme matrice de confinement pour les déchets radioactifs de haute activité et la prédiction du comportement du colis de déchet sur le long terme est l’un des éléments essentiels de sureté. Afin d’identifier les mécanismes d’altération du verre en présence de fer issu du conteneur de stockage, différents systèmes verre/fer/argilite ont été altérés dans des conditions proches du probable site de stockage géologique. Un couplage de techniques de caractérisation post-mortem de l’échelle micro à nanométrique a permis de caractériser les systèmes et d’identifier les silicates de fer qui se forment dans la couche d’altération du verre SON68 et dans les produits de corrosion du fer. A 50°C, les smectites dioctaédriques de FeIII (assimilées à de la nontronite) se forment préférentiellement, tandis que des serpentines trioctaédriques riches en FeII (greenalite, berthierine) ne sont détectées que pour une température de 90°C. Ces phyllosilicates nanométriques ont un impact macroscopique sur l’altération du verre nucléaire. En effet les interactions silicium/fer entretiennent l’altération du verre et retardent l’atteinte du régime d’altération en vitesse résiduelle.

Management of waste generated by the nuclear industry is a major challenge for our societies. In France, the French national radioactive waste management agency (Andra) is responsible for the implementation of the Cigéo project, an industrial geological storage center planning to use deep storage in clay medium for high level and intermediate-level long lived waste. Glass has been chosen in this project as a containment matrix for high-level radioactive waste. Understanding the long-term expected evolution of the waste package's behavior is critical for safety purposes.In order to identify the alteration mechanisms of the glass in the presence of iron from the storage container, different glass/iron/argillite systems have been altered under conditions close to those in the probable geological storage site. A coupling of post-mortem characterization techniques from the micrometric to nanometric scale allowed to characterize the systems and to identify the iron silicates formed in the glass alteration layer of the SON68 glass and in the iron corrosion products. At 50°C dioctahedral smectites of FeIII (assimilated to nontronite) are preferentially formed, while FeII-rich trioctaedric serpentines (greenalite, berthierine) are detected only at a temperature of 90°C.These nanometric phyllosilicates have a macroscopic impact on the alteration of nuclear glass. Indeed silicon/iron interactions maintain the alteration of the glass and delay the achievement of the residual rate in its alteration regime.