Thèse soutenue

Développement d’un procédé super-absorbant pour la décontamination nucléaire en profondeur de matériaux poreux
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Auteur / Autrice : Mohamed Nidal Ben abdelouahab
Direction : Philippe Coussot
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des fluides
Date : Soutenance le 14/10/2019
Etablissement(s) : Paris Est
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est)
Jury : Président / Présidente : Olivier Pitois
Examinateurs / Examinatrices : Philippe Coussot, Benjamin Dollet, Ludovic Pauchard, Noushine Shahidzadeh, Alban Gossard
Rapporteurs / Rapporteuses : Benjamin Dollet, Ludovic Pauchard

Résumé

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Dans le cadre des opérations de démantèlement d’installations nucléaires, diverses opérations de décontamination sont nécessaires. Une des problématiques principales rencontrées concerne la décontamination des matériaux cimentaires du fait de l’incorporation des contaminants dans leurs structures poreuses. Dans ce travail, nous étudions la possibilité d’utiliser un procédé de décontamination de matériaux cimentaires basé sur la méthode de « compresses » qui est principalement utilisée de nos jours pour le dessalement des bâtiments. L’adaptation de cette technique passe d’abord par l’étude des mécanismes physiques qui contrôlent les différentes phases du procédé. Pour ce faire, nous utilisons des systèmes modèles, composés de compresses (pâtes formulées à base de kaolin ou de fibres de cellulose) appliquées sur la surface d’un substrat modèle (empilement de billes de verre), dans le but de comprendre le déroulement du procédé dans son intégralité, et en particulier les transferts hydriques impliqués. Des techniques d’Imagerie par Résonance Magnétique sont donc utilisées pour suivre la distribution de l’eau à l’intérieur de ces systèmes fournissant ainsi des informations originales très complètes. La démarche adoptée consiste à décomposer notre étude en trois axes. Tout d’abord, nous montrons que l’imbibition du substrat à partir de la compresse est rendu possible grâce à sa capacité à se contracter sous l’effet des contraintes capillaires imposées par le substrat. L’état d’équilibre atteint à la fin du processus d’imbibition peut ainsi être contrôlé en ajustant les caractéristiques de la compresse. Ensuite, nous décrivons les différents mécanismes observés lors du séchage de systèmes compresses/substrat en fonction de leur distribution de tailles des pores. Nous montrons que l’extraction d’une grande partie de l’eau (~ 85 %) du substrat par une compresse est assurée par les rééquilibrages capillaires qui permettent une désaturation homogène et simultanée des deux composants du système jusqu’à de très faibles saturations. Enfin, le procédé de décontamination du substrat (initialement contaminé en césium inactif) est évalué pour différents systèmes. Nous montrons que la formation des cristaux de sel (nitrate de césium) lors du séchage des systèmes compresse/substrat peut, dans certaines configurations, limiter le transport des contaminants depuis le substrat vers la compresse diminuant ainsi son efficacité de décontamination.