Le trente-troisième webinaire de l’AFTherMat sera animé par Nicolas Dacheux (Institut de Chimie Séparative de Marcoule, Université de Montpellier) et s’intitule « De la synthèse des silicates d’actinides aux propriétés des phases d’intérêt pour le corium ». Ce webinaire se déroulera le jeudi 19 mars à 13h30.
Les actinides, parmi lesquels le plutonium, sont les principaux contributeurs à la radiotoxicité à long terme des combustibles nucléaires usés. Dans les environnements géologiques, leur mobilité est étroitement liée à leurs interactions avec les espèces silicatées. À ce titre, la formation de silicates d’actinides de formule AnSiO₄ mérite une attention particulière, notamment en raison de l’abondance naturelle de phases analogues telles que ThSiO₄ (thorite) et USiO₄ (coffinite).
En outre, la transformation de UO₂ en USiO₄, connue sous le nom de « coffinitisation », intervient dans des milieux réducteurs riches en ions silicate et soulève des questions importantes concernant le comportement des actinides dans des contextes de stockage géologique. Par ailleurs, la formation de colloïdes d’oxy-hydroxysilicates d’actinides, susceptibles d’influencer significativement leur mobilité, y compris celle du plutonium, a été mise en évidence pour le thorium, l’uranium et le neptunium dans des milieux carbonatés faiblement basiques à température ambiante. Toutefois, les mécanismes et les conditions de formation de certaines phases silicatées, notamment PuSiO₄, demeurent encore mal renseignés.
Depuis une dizaine d’années, ces questions ont été abordées à l’aide d’éléments simulants tels que Th, U et Ce, considérés comme analogues du plutonium(IV) en solution aqueuse et capables de former des phases silicate de structure zircon, i.e. ZrSiO₄.
Pour chacun des éléments simulants, des conditions de synthèse ont été optimisées à partir d’une étude multiparamétrique. Les quatre protocoles ainsi définis ont ensuite été appliqués au plutonium. Si les méthodes mises au point pour ThSiO₄ et USiO₄ n’ont pas permis d’obtenir les phases attendues, des résultats concluants ont été acquis en utilisant des précurseurs solides de silicate de Pu(III), de manière analogue à ce qui avait été observé pour Ce(III). Cette étude a ainsi apporté des informations essentielles sur les mécanismes de formation des phases silicatées et a mis en évidence des différences marquées en termes de réactivité entre les ions silicate et le plutonium.
Dans ce contexte, le cérium apparaît comme le simulant le plus pertinent du plutonium dans des milieux riches en silicate. Par ailleurs, des expériences menées en conditions alcalines ont confirmé la formation d’espèces colloïdales de silicate de plutonium, présentant une structure similaire à celles observées pour le thorium, l’uranium et le neptunium. Sur la base des résultats obtenus pour ces actinides, des travaux ont été engagés afin de synthétiser et de caractériser différentes solutions solides de type zircon associant actinides et zirconium. La formation de composés du type Zr₁₋ₓUₓSiO₄, appelés tchernobylite, a notamment été mise en évidence à la suite d’accidents nucléaires majeurs, en particulier dans les laves issues de Tchernobyl.
Ces phases résultent d’interactions à l’état fondu entre le combustible nucléaire, la gaine en zircaloy et le radier, conduisant à la formation de corium hors de la cuve du réacteur. Dans l’objectif de mieux comprendre les mécanismes de formation de ces phases et d’obtenir des données thermodynamiques indispensables à l’évaluation de la sûreté des réacteurs, plusieurs solutions solides de Zr₁₋ₓUₓSiO₄ ont été préparées puis purifiées. Leur caractérisation, tant sur le plan structural que thermodynamique a débuté. Elle s’inscrit dans le cadre d’une collaboration internationale impliquant notamment la ligne ROBL de l’ESRF (HZDR) et le Dpt of Chemistry de WSU.
Pour assister au webinaire, connectez vous sur le lien Zoom suivant :
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ID de réunion: 933 5891 0420
Code secret: 227681