3-5 Démarche générale, objectifs de l’étude et garde-fous

I-3-5-1 Démarche générale

La démarche adoptée dans cette étude pour représenter la radioactivité des actinides sur des échantillons contenant des simulants lanthanides, consiste à les irradier de manière externe. Des faisceaux de particules chargées (β ou ions lourds) sont ainsi utilisés afin de fournir de manière accélérée la dose intégrée par un verre nucléaire pendant plusieurs milliers d’années (2 doses pour β et 1 dose pour les ions lourds). Les conséquences structurales de l’irradiation aux électrons sont ensuite étudiées, puis les échantillons sont lixiviés (irradiés β

et ions lourds), afin de comparer leur durabilité chimique à celle des verres non irradiés. I-3-5-2 Objectifs

Les objectifs de cette étude sont résumés ci-après :

- Elaborer des verres homogènes riches en TR et en Y, en grande quantité (coulées ∼ 300g). - Confirmer l’ordre de grandeur de la vitesse initiale de dissolution de ce type de verre. - Etudier l’influence du pH sur les mécanismes et les cinétiques de dissolution du verre. - Déterminer les effets de l’irradiation (β et ions lourds) sur la structure et la durabilité. - Etablir des corrélations entre la composition du verre, la durabilité et les effets d’irradiation.

Concernant les irradiations aux électrons (4^ème point), une étude structurale (RMN, Raman, RPE) a été menée sur les verres en parallèle des caractérisations élémentaires (MEB-EDS, Microsonde nucléaire…), ceci afin de pouvoir corréler les modifications microscopiques causées par l’irradiation β (modifications de structure), à des propriétés macroscopique telle que la dureté superficielle ou la durabilité chimique. L’analyse systématique des lixiviats (par ICP-MS et spectrophotométrie) nous a permis d’effectuer des bilans matière dans chaque cas et ainsi d’évaluer les pertes de masses normalisées, afin de définir les compositions les plus durables dans chacune des conditions d’altération mises en œuvre (avec ou sans irradiation).

I-3-5-3 Garde-fous

Parmi les problèmes de représentativité liés plus particulièrement à l’utilisation de faisceaux externes d’ions lourds de faibles énergies (et aussi pour des α de moins de 10 MeV), se trouve l’accumulation de charges en subsurface et l’anisotropie de l’irradiation (figure I-23).

+ + + + + Faisceau externe anisotrope de particules lourdes chargées (balayage) Quelques nm Implantation en charges + de la subsurface Verre

Figure I-23 : Schéma des expériences d’irradiations externes aux ions lourds

La charge et l’anisotropie du faisceau incident sont ainsi susceptibles d’engendrer des effets perturbateurs et ainsi de nuire à la représentativité des expériences comme souligné dans la partie I-3-5. L’anisotropie du faisceau intervient également pour les irradiations β, même si dans ce cas, le problème d’accumulation de charges dans l’échantillon ne se pose pas en raison du parcours plus important des électrons de quelques MeV dans le verre (plusieurs mm), qui permet des irradiations en volume. Il est à noter que ce dernier point a son importance, car il signifie que l’analyse structurale sera possible sur les verre irradiés aux électrons, alors que dans le cas des particules lourdes seule l’extrême surface est irradiée, rendant difficile l’utilisation de techniques de volume comme la RMN, le Raman ou la RPE.

Toujours en terme de représentativité, des interrogations peuvent également être formulées concernant les fortes doses et débits de dose appliqués en irradiation externe, et ce, même si Boizot et al. [59] ont montré que l’effet de ce dernier paramètre était limité sur la structure d’un verre allégé R7T7 (voir partie I-2-3). Enfin, les irradiations aux électrons et ions lourds ne permettent pas de simuler les effets mécaniques liés à l’accumulation d’hélium (émetteurs α) au sein du verre.

Ainsi, même si l’étude à partir des terres rares est riche d’intérêts dans le but de comparer les comportements des différentes matrices potentielles de confinement, il convient de rester prudent quant à l’extrapolation des informations obtenues au cas réel. Des études en condition de dopage interne en radioéléments doivent être effectuées en dernier ressort afin de valider les résultats obtenus sur les matrices qui auront été sélectionnées après des expériences d’irradiation externe. C’est donc conscient de ces limites et garde-fous que nous aborderons le problème concernant les verres LaYSiAlO et CeYSiAlO étudiés ici.

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