Stage : elaboration et caractérisations de la fissuration de blocs de verre h/f

L’altération du verre au cours du temps est largement étudiée dans de multiples domaines d’application, dont un majeur : le stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde. En effet, ces déchets sont vitrifiés en vue d’un stockage à très long terme dans des galeries à 500 m de profondeur. En supplément de la roche hôte argileuse possédant des propriétés d’imperméabilité avantageuses quant à la limitation de la diffusion des espèces chimiques, plusieurs barrières constituées de différents matériaux seront présentes dans l’espace de stockage. Ainsi, il est prévu que l’eau liquide n’atteigne pas les colis de verre avant une centaine de milliers d’années. Néanmoins, durant cette période, une certaine humidité relative est attendue dans l’espace de stockage. Ainsi, l’impact de la vapeur d’eau sur le verre doit être pris en compte pour prédire le comportement du colis de verre sur toute la période de décroissance radioactive des radionucléides.
Le colis de verre est intrinsèquement fissuré ; en cause : des gradients thermiques lors du refroidissement après coulée. Les fissures développées accroissent la surface réactive du matériau. Mais à quel point ? Quelle est la contribution des fissures dans l’altération globale du bloc en phase vapeur ? Est-ce que de l’eau condense au sein du réseau de fissures à haute humidité relative, induisant l’altération du matériau en milieu liquide ultra-confiné ? Si oui, dans quelles proportions ?
Pour étudier ces questions, il est nécessaire d’élaborer préalablement des blocs de verre fissurés en laboratoire et à petite échelle. Un protocole de fissuration thermique a été développé sur un type de verre nucléaire (non radioactif) dans les thèses de Ougier-Simonin, 2010 et de Mallet, 2014. Au cours de ce stage, vous mettrez en œuvre ce protocole au laboratoire, puis caractériserez le réseau de fissure obtenu par différentes méthodes telles que le MEB-EDS et la tomographie, ou encore via des expériences de lixiviation. Différents paramètres seront mesurés tels que le taux de fissuration, la surface spécifique développée, la longueur des fissures ou encore leur ouverture. La reproductibilité de la méthode sera aussi évaluée. En fonction des résultats et dans l’optique d’être au plus représentatif du réseau de fissures réellement développé dans les blocs de verre à l’échelle 1 (Repina, 2019), le protocole pourra être optimisé.
Ce sujet ouvre ensuite sur une poursuite en thèse.