Altération pluriséculaire des systèmes verre/fer en milieu anoxique : apport des analogues archéologiques à la compréhension des mécanismes

Content Provider	Semantic Scholar
Author	Michelin, Anne
Copyright Year	2011
Abstract	La comprehension des mecanismes d'alteration du verre suscite l'interet de la communaute scientifique notamment de l'industrie nucleaire, depuis que la vitrification est utilisee dans de nombreux pays pour stabiliser les dechets radioactifs de haute activite obtenus apres le retraitement des combustibles uses. En France, on envisage de les stocker dans les argilites du Callovo-oxfordien de l'Est du bassin parisien. Il s'agit d'un stockage base sur un concept multi-barriere (matrice vitreuse, conteneur en acier inoxydable, surconteneur en fer non allie et barriere geologique) dans le but de confiner de facon durable les radionucleides. Comme les experiences en laboratoire ne permettent pas de predire directement le comportement de ces materiaux sur des echelles de temps de l'ordre du million d'annees et que l'extrapolation ou la modelisation des phenomenes sur des periodes aussi longues, a partir de donnees a court terme, reste assortie d'incertitudes, la communaute scientifique s'oriente vers des travaux complementaires destines a valider ces differentes approches tels que l'etude d'analogues naturels et archeologiques aux verres nucleaires. Pour cette raison, des laitiers de haut-fourneaux provenant d'un site siderurgique du XVIe (Glinet, Normandie) sont etudies dans le cadre de cette these. Ils comportent en leur sein des zones vitreuses dans lesquelles on observe des inclusions de fonte, corrodees en presence de l'eau qui sature leur milieu d'enfouissement. L'apport de ce travail reside dans la comprehension de l'influence du fer sur les mecanismes et les cinetiques d'alteration du verre. Pour atteindre ce but, une premiere etape a consiste a caracteriser les objets archeologiques, particulierement les interfaces entre le verre et les produits de corrosion, au sein des fissures, en utilisant des techniques d'analyses chimiques et structurales (microspectroscopie Raman, microscopie electronique a balayage ou a transmission, et microscopie par absorption de rayons X sur faisceau synchrotron...) qui permettent de les etudier de l'echelle microscopique a l'echelle nanometrique. Cette etude a permis de proposer un scenario d'alteration comportant differents mecanismes qui seraient a l'origine des facies d'alteration observes. La precipitation d'une phase de ferrosilicate a notamment pu etre mise en evidence. Dans un deuxieme temps, des experiences d'alteration sur des verres de synthese de composition et de structure similaires aux verres archeologiques ont ete menees afin de comprendre les premiers stades de l'alteration en presence ou non de fer. Deux phenomenes ont ete mis en evidence : la sorption du silicium sur les phases a base de fer et la precipitation de ferrosilicates. Ce dernier semble avoir un impact plus important sur les cinetiques d'alteration a court terme. L'ensemble de ces donnees indique que, malgre le colmatage precoce des fissures par des carbonates de fer, la presence de fer dans le milieu, rendu soluble par les conditions anoxiques et reductrices qui regnent dans le site, a conduit a augmenter significativement l'alteration du verre sur le long terme, principalement en raison de la formation de ferrosilicates. Les observations faites sur les laitiers ont ete croisees avec les donnees recentes issues des travaux sur les interactions entre le verre nucleaire, le fer et l'argilite du Callovo-Oxfordien. Il en ressort que la precipitation de ferrosilicates pourrait conduire a des effets similaires a ceux observes sur les laitiers. Une meilleure comprehension du processus en jeu, pourrait permettre d'evaluer l'impact sur la durabilite des colis et, si necessaire, proposer des solutions pour s'affranchir des effets penalisants.
File Format	PDF HTM / HTML
Alternate Webpage(s)	https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00735512/file/these-michelin-vf.pdf
Language	English
Access Restriction	Open
Content Type	Text
Resource Type	Article