Afin de mieux appréhender la durabilité de ces matériaux de confinement, point préalable à toute opéra- tion de stockage, deux types d'approches ont été menés. La première consiste à effectuer des expériences d'altération au laboratoire, la seconde visant à étudier des analogues naturels.
EXPÉRIENCES DE LIXIVIATION
Différents types d'expériences ont été conduites soit sur des verres, des vitrifiats ou des matrices cimentaires de confinement, soit sur des matériaux modèles. Ces expériences de lixiviation, réalisées en mode statique ou dynamique, ont pour but de quantifier les mécanismes de dissolution et les taux de relâchement des éléments polluants. Dans le cas des matrices vitreuses de confinement, l'influence de paramètres comme le pH de la solution altérante et sa composition, la surface spécifique, la température, le temps, ou la composition du verre a été systématiquement testée. Il a été montré par exemple que la composition globale et l'état de polymérisation du verre, toute chose égale par ailleurs, joue un rôle prépondérant sur la vitesse initiale de dissolution. Outre l'analyse ANALOGUES NATURELS
A côté de ces expériences d'altération, il est également nécessaire d'avoir des informations sur l'altération de verres en conditions naturelles sur des laps de temps plus importants, de façon à i) simuler au mieux les conditions de stockage, ii) quantifier, "en temps réel", les taux de relâchement des éléments polluants dans l'hydrosphère et iii) vérifier la pertinence des modèles chimiques et cinétiques de dissolution dans leur prédiction de la stabilité des verres à plus long terme. Pour cela, nous avons entrepris des recherches sur deux types de matériaux anciens présentant de bonnes analogies avec les déchets vitrifiés actuels. Il s'agit des scories de la métallurgie ancienne (thèse C. Mahé-Le Carlier, figure 2-Thème5) et des vitraux médiévaux (thèse J. Sterpenich, figure 3-Thème 5). Ces deux études, par l'importance des résultats obtenus, ont ouvert une voie originale de recherche dans cette thématique sur le comportement à long terme des verres de confinement qui sera poursuivie
des solutions, un effort important a été effectué pour caractériser les produits d'altération (phases néoformées, gel de silice, etc). En parallèle de ces expériences "classiques" de lixiviation, une expérience originale d'altération du verre de confinement des déchets radioactifs (verre R7T7, collaboration CEA) par traçage isotopique en psi et'80 de la solution altérante a été mise au point. Elle a pour but, grâce à la réalisation de profil en profondeur réalisé à la sonde ionique, de mieux comprendre les mécanismes complexes d'altération des verres silicatés (hydrolyse, précipitation, recondensation) et de paramétrer les cinétiques de dissolution en quantifiant notamment la diffusion du silicium dans le gel d'altération.
Figure 3-Thème 5 : Vue en section d'un vitrail daté du XIIème siècle et exhumé lors de
fouilles archéologiques sur le site de Notre- Dame-du-Bourg de Digne. Noter la présence d'une épaisse pellicule d'altération (en gris). Le verre sain apparaît en blanc au bas du cliché. Noter également la présence de laminations sub-parallèles à la surface et de rythmicités différentes. La trace laissée par le faisceau de la sonde ionique est visible au centre du cliché. Elle est le résultat de profils chimiques réalisés perpendiculairement à la surface du verre et permettant de suivre le comportement à l'altération non seulement des éléments majeurs mais également des éléments polluants (métaux lourds, éléments de transition, actinides, lanthanides, ...) et des éléments légers (hydrogène, soufre, carbone, bore, ...). MEB en électrons rétrodiffusés. dans les prochaines années. Un effort particulier spectroscopiques) afin de mieux comprendre la sera apporté à la caractérisation de l'environnement lixiviation préférentielle de certains éléments. local des éléments dans les verres altérés (méthodes
PARTENARIATS
CEA-Marcoule, CEA-Cadarache, Corning, EDF, TREDI, SITA-Lyonnaise des Eaux, Laboratoire de Recherche des Musées de France, Laboratoires de Recherche des Monuments Historiques, Ministère de la Culture.
CHERCHEURS
ET ÉTUDIANTS
IMPLIQUÉS
Dispersion Résidus Procédés de Comportement des polluants Anthropiques Stabilisation à long terme Chercheurs
M. Arnold X X X J. Carignan X
G. Libourel X X X A. Ploquin X X X Thèses (date de soutenance)
L. Febvay-Choffel (1995) X L. Le Forestier (1996) X X X C. Mahé-Le Carlier (1997) X X X N. Charoy ( 1997) X X J. Sterpenich (1998) X N. Valle (2000) X C. Maieron (2000) X 71
PUBLICATIONS
Carignan J. et Gariépy C. (1995) Isotopic composition of epiphytic lichens as a tracer of the sources of atmospheric lead emissions in southern Québec, Canada. Geochimica et Cosmochimica Acta 59, 4427-4433;
Le Forestier L. et Libourel G. (1998) Characterization of flue gas residues from municipal solid waste combustors. Sous presse. Environmental Science � Technology. Sterpenich J. et Libourel G. (1997) Les Vitraux
médiévaux. Caractérisation physico-chimique de l'altération. TECHNE, La science au service de l'histoire de l'art et des civilisations. Revue semestrielle du Laboratoire de recherche des Musées de France. n°6, 70-78.
Libourel G., Barbey P. et Chaussidon M. (1994) L'altération des vitraux. Ga Recherche. n° 262,
168-188.
Leroy M. et Ploquin A. (1996) Approche archéométrique de la proto-industrie du fer: les conditions de réduction des minerais de fer de lorraine et la chaîne opératoire dans la sidérurgie antérieure à l'apparition du haut fourneau. Rev. Archéom., 18,53-64.
THÈSES
Laurent Febvay-Choffel (1995) Etude des machefers résultant de l'incinération des déchets industriels: stabilité et traitement Lydie Le Forestier (1996). Résidus ultimes de
l'incinération des déchets ménagers. Caractérisation chimique et minéralogique, essais de stabilisation par vitrification et comportement à long terme des verres à la lixiviation.
Nathalie Charoy (1997). Les résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets industriels et leur stabilisation par liants hydrauliques: étude chimique, minéralogique et t comportementale.
Mahé C., Le Carlier de Veslud C., Arnold M. (1997) Contraintes internes dans les scories paléométallurgiques: quantification par photoélasticimétrie et par modélisation. In: «Proceedings of the international congress on Waste Solidification-Stabilisation Processes». J.M. Cases and F. Thomas ed., 412-417. Mahé C., Ploquin A., Pluzin P. et Fluck P. Etude
des déchets des métallurgies anciennes: un état de l'art en relation avec les travaux archéométriques récents. Quelles retombées pour la prévision du vieillissement des procédés de stabilisation à chaud. In: «Proceedings of the international congress on Waste Solidification-Stabilisation Processes». J.M. Cases and F. Thomas ed., 460-465.
Cécile Mahé-Le Carlier (1997). Caractérisation pétrographique et chimique d'analogues de déchets vitrifiés actuels: Les Scories de la métallurgie ancienne. Etude de leur altération naturelle et expérimentale.
Jérôme Sterpenich (1998) Altération des vitraux médiévaux. Contribution à l'étude du comportement à long terme des verres de confinement.