Etude de la lixiviation dans l'eau d'un minéral "monazite" utilisé pour le confinement des déchets radioactifs de haute activité

Abstract

L’objectif de ce travail est la synthèse et la caractérisation d’un minéral monazite, de formule chimique (Y0.1Pb0.1Ce0.4Gd0.4)PO4. Ce minéral est une céramique phosphatée pour le confinement des éléments transuraniens, dite "analogue naturel". Le plomb est habituellement ajouté dans ce matériau en raison de la barrière radioactive qu’il présente, et le cérium est un simulateur chimique d’actinides. Le minéral est synthétisé par la méthode de co-précipitation externe, appelée "sol-gel". Après optimisation des paramètres de synthèse de cet analogue naturel, une caractérisation physico-chimique du matériau est effectuée. La microstructure de ce minéral est déterminée pour confirmer la réussite de la synthèse. Les propriétés physiques, mécaniques, cristallographiques et microstructurales du minéral ont été déterminées. Une étude détaillée de lixiviation du minéral a été entreprise. Différentes situations radiologiques critiques ont été simulées. Le comportement du matériau dans différents contextes géologiques a été étudié. Les cas d’infiltration d’eau neutre, en présence ou non d’un milieu argileux, le cas d’infiltration d’eau de mer dans un colis de stockage de déchets, ainsi que le cas de contamination sévère par une attaque de pluie acide ont été envisagés. Les résultats obtenus permettent de conclure sur la durabilité chimique de ce minéral lorsqu’il est soumis à des conditions de corrosion diverses. Ce mémoire comprend deux grandes parties: Après une brève introduction générale, le premier chapitre est dédié à l’étude bibliographique. Après avoir défini la notion de déchet nucléaire, nous faisons une description du conditionnement spécifique de certains radioisotopes. Dans le paragraphe qui suit, la description des analogues naturels, et en particulier ceux de la monazite, est effectuée. Les méthodes de synthèse pour leurs obtentions et les tests de caractérisation, qui doivent accompagner tout procédé de synthèse, sont décrits. Le second chapitre relate la partie expérimentale de l’étude, qui comprend la synthèse de la monazite choisie par voie sol-gel ainsi que la caractérisation physico-chimique de ce minéral. Enfin, une conclusion, des perspectives et la liste des références bibliographiques viennent clôturer cette étude