Chercheurs permanents : Céline Cannes, Sylvie Delpech, Davide Rodrigues

Post-doctorante : Kim Le

Doctorants : Pauline Bouhier, Gabriel Poras

Description des activités de recherche

L’exploitation et le démantèlement des installations nucléaires produisent de grandes quantités de déchets métalliques, qui sont conditionnés et stockés en fonction de leur activité et de leur période. Le conditionnement des déchets métalliques de faible et moyenne activité à vie longue consiste à les enrober avec un ciment dans un colis pour éviter une corrosion avec l’eau et l’oxygène. Cependant, certains métaux sont réactifs dans les matrices usuelles, telles que les ciments Portland, et produisent de l’hydrogène par corrosion aqueuse. Les quantités admissibles de H2 en stockage correspondent à la concentration limite d’explosivité ou de montée en pression qui peut conduire à l’endommagement du colis et ainsi à la perte de confinement de la radioactivité. De nouvelles matrices de conditionnement, les ciments phosphomagnésiens (MPC) et les géopolymères (GP), sont à l’étude pour évaluer les risques engendrés lors du confinement et pour réduire la production de H2.

Les travaux de ce thème au sein de l’équipe CHIMèNE concernent essentiellement les déchets métalliques massifs générés lors du démantèlement des réacteurs Uranium Naturel Graphite Gaz : Al (bouchon de la gaine de combustible), MgZr (gaine de combustible). Les résultats montrent que les MPC permettent de confiner les déchets Al et les GP de confiner MgZr pollué par le combustible en U métal. Une partie de ce travail est réalisé dans le cadre du projet PREDIS, avec une étude sur la diminution du coût des MPC et sur la corrosion du fût en acier au contact de ces matrices. Plus récemment, un axe de recherche a été développé sur la gestion des déchets métalliques générés par les réacteurs de fusion, notamment le béryllium qui est un toxique chimique fort.

La problématique des déchets nucléaires sous forme de poudres, présentant une réactivité accrue, est également étudiée. Il est envisagé de dissoudre les poudres métalliques dans des hydroxydes fondus à 250°C. La solution obtenue peut ensuite être utilisée pour préparer la matrice de conditionnement.

Collaborations

CEA (Marcoule, Cadarache et Saclay), ORANO

Thèses en cours et soutenues 

  • Pauline Bouhier (Université Paris-Saclay, financement CEA 2019-2021) : Etude comparative du Be et de ses simulants pour son conditionnement en matrice cimentaire.
  • Gabriel Poras (Université de Montpellier, financement CEA 2021-2023) : Etude du conditionnement d’alliages d’aluminium dans une matrice à base de ciment phospho-magnésien.
  • Hugo Lahalle (Université de Bourgogne, financement CEA 2014-2016) : Conditionnement de l’aluminium métallique dans les ciments phospho-magnésiens.

Articles récents

  • C. Cannes, D. Rodrigues, N. Barré, D. Lambertin, S. Delpech, Reactivity of uranium in geopolymers, confinement matrices proposed to encapsulate Mg-Zr waste. J. Nucl. Mater. 518 (2019) 370-379
  • D. Rodrigues, C. Cannes, N. Barre, D. Lambertin, S. Delpech. Role of fluoride ions on the uranium oxidation mechanism in highly alkaline solutions. Electrochim. Acta 266 (2018) 384-394
  • Hugo Lahalle, Céline Cau Dit Coumes, Cyrille Mercier, David Lambertin, Céline Cannes, Sylvie Delpech, Sandrine Gauffinet. Influence of the w/c ratio on the hydration process of a magnesium phosphate cement and on its retardation by boric acid. Cem. Concr. 109 (2018) 159-174
  • S. Delpech, C. Cannes, N. Barré, Q. Thuan Tran, H. Lahalle, D. Lambertin, S. Gauffinet, C. Cau Dit Coumes. Kinetic Model of Aluminum Behavior in Cement-Based Matrices Analyzed by Impedance Spectroscopy. J. Electrochem. Soc. 164 (2017) C717-C727
  • H. Lahalle, C. Cau Dit Coumes, A. Mesbah, D. Lambertin, C. Cannes, S. Delpech, A. Nonat, S. Gauffinet. Investigation of magnesium phosphate cement hydration and its retardation by boric acid. Cem. Concr. Res. 87 (2016) 77-86
  • C. Cau Dit Coumes, D. Lambertin, H. Lahalle, P. Antonucci, C. Cannes, S. Delpech. Selection of a mineral binder with potentialities for the stabilization / solidification of aluminum metal. J. Nucl. Mat. 453 (2014) 31-40