Solubilité et cinétiques de diffusion des sulfates dans différents verres d'oxydes : Application au conditionnelent des déchets nucléaires sulfatés

Sulphate solubility and sulphate diffusion in oxide glasses : Implications for the containment of sulphate-bearing nuclear wastes

• Auteur / Autrice : Marion Lenoir
• Direction : Daniel R. Neuville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Verre

Sulfate

Viscosité

Raman

Diffusion

Résumé

Ce travail porte sur l’étude de la solubilité et des cinétiques de diffusion des sulfates dans différents verres d’oxydes, dans le but de maîtriser leur incorporation et leur volatilisation dans des verres d’intérêt nucléaire. Il est réalisé à partir de compositions verrières simplifiées appartenant aux ternaires SiO2-B2O3-R2O (R = Li, Na, K, Cs), SiO2-B2O3-BaO et V2O5-B2O3-BaO. Le choix de ces compositions permet d’étudier l’influence de la nature des cations modificateurs et des éléments formateurs de réseau, sur la structure et les propriétés des verres. La volatilité des sulfates est étudiée dans des matrices de borosilicates de sodium à l’aide d’une technique innovante de quantification des sulfates par spectroscopie Raman. Cette technique permet d’obtenir des courbes cinétiques de volatilisation des sulfates. En modélisant ces courbes, nous accédons aux coefficients de diffusion des sulfates dans les liquides visqueux et pouvons les comparer aux coefficients de diffusion de différentes espèces disponibles dans la littérature, ainsi qu’aux coefficients représentatifs de la viscosité des matrices vitreuses. En ce qui concerne la solubilité des sulfates dans les verres, elle diffère selon la composition du verre et la nature du sulfate incorporé. Alors que les borosilicates alcalins présentent systématiquement un lac à la surface du verre, les borosilicates et borovanadates de baryum présentent, quant à eux, une cristallisation homogène d’espèces sulfatées au sein de leur matrice, avec une teneur en sulfate soluble sensiblement plus élevée. Des échanges entre les cations du verre et ceux de la phase sulfatée sont également étudiés.