Gestion des déchets nucléaires

 

Chercheurs permanents : Céline Cannes, Sylvie Delpech, Davide Rodrigues

Post-doctorante : Kim Le, Elodie Lacroix

Suivi de doctorants CEA : Gabriel Poras, Richard Laflotte

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, sont à l’étude pour évaluer les risques engendrés lors du conditionnement et pour réduire la production de H2.

Divers projets concernent la réactivité en milieu cimentaire des déchets métalliques massifs générés lors du démantèlement des réacteurs Uranium Naturel Graphite Gaz (Al, Al-Mg, MgZr) et les déchets métalliques générés par les réacteurs de fusion (Be, W). 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. Des projets sont aussi consacrés au développement de formulations de ciments, soit pour diminuer le coût de fabrication des matrices de conditionnement, soit pour valoriser de l’uranium appauvri, en développant des bétons hautes performances pour différentes applications.

Actuellement ces études sont principalement réalisées au sein de l’équipe CHIMèNE dans le cadre du projet européen PREDIS (2020-2024) et de deux projets France 2030, SELF (2022-2026) et MAEVA (2022-2024).

Collaborations

CEA, ORANO, partenaires européens du projet PREDIS

Thèses en cours

Suivi de 2 thèses CEA :

  • Gabriel Poras (Université de Montpellier, thèse CEA 2021-2023) : Etude du conditionnement d’alliages d’aluminium dans une matrice à base de ciment phosphomagnésien.
  • Richard Laflotte (thèse CEA 2021-2024) : Etude du béryllium dans les matrices cimentaires en présence de piégeurs à hydrogène.

Post-doctorats en cours

  • Kim Le, Réactivité de l’acier du colis primaire des déchets métalliques radioactifs au contact des ciments phosphomagnésiens, Projet européen PREDIS, 09/2021-12/2023.
  • Elodie Lacroix, Préparation de bétons performants à base d’uranium appauvri, Projet France 2030 MAEVA, 11/2022-04/2024.

Thèses soutenues 

  • Pauline Bouhier (Université Paris-Saclay, financement CEA 2019-2022) : Etude comparative du Be et de ses simulants pour son conditionnement en matrice cimentaire.
  • Hugo Lahalle (Université de Bourgogne, financement CEA 2014-2016) : Conditionnement de l’aluminium métallique dans les ciments phospho-magnésiens.

Articles récents

  • Bouhier, C. Cannes, D. Lambertin, C. Grisolia, D. Rodrigues, S. Delpech, Evaluation of several conditioning matrices for the management of radioactive metal beryllium wastes. J. Nucl. Mat. 559 (2022) 153464
  • 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