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Fabrication du verre nucléaire : le verre R7T7

Dossier - Traitement des déchets nucléaires : quel avenir ?
DossierClassé sous :physique , traitement déchet nucléaire , déchets nucléaire

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Les déchets de l’industrie nucléaire sont spécifiques à bien des égards : leur toxicité diminue avec le temps, et leur diversité nécessite des méthodes de conditionnement adaptées aux volumes et à leur nocivité. Par chance, les plus dangereux sont aussi les moins nombreux. Comme dans toute filière en essor, des procédés éprouvés sont mis en œuvre à l’échelle industrielle – c’est le cas de la vitrification, de la cimentation, du compactage et du bitumage - tandis que des recherches sont menées pour améliorer les performances des procédés actuels, et avec des échéances plus lointaines, résoudre des difficultés nécessitant des sauts technologiques majeurs, comme dans le cas de la transmutation des actinides par exemple.

  
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Tout d'abord il faut satisfaire un certain nombre de contraintes incontournables : le verre doit accueillir des éléments très différents provenant de la solution de produits de fission.

L'homogénéité apparaît donc comme une qualité indispensable pour assurer un comportement unique et constant des colis de déchets vitrifiés, interdisant la formation au sein d'un colis de microdomaines aux propriétés particulières (points chauds par exemple). Cela implique que le verre ne cristallise pas au refroidissement, même partiellement. Ensuite, son élaboration, dans une ambiance très radioactive, nécessite d'un procédé fiable dont la maintenance puisse être réduite au minimum. Et ce n'est pas tout. Il faut aussi éviter la corrosion du pot de fusion, et également la dispersion de radioactivité pendant l'élaboration. Pour cela on cherche à fondre et à couler le verre à une température pas trop élevée en utilisant une composition de verre la moins corrosive possible. A ces critères technologiques s'ajoute l'exigence de qualité du matériau. Il est en effet impératif que le verre résiste aux effets des radiations, mais aussi à l'eau qui, malgré les protections, parviendra un jour à son contact. 

On comprend dès lors qu'il n'est pas aisé d'aboutir à une formule de verre sachant que ce dernier comportera au moins une douzaine d'oxydes majeurs. La démarche a été rationalisée mais elle a tout de même nécessité l'étude de centaines de verres de compositions différentes, certains actifs, d'autres utilisant pour des raisons de facilité de mise en œuvre, des éléments stables pour simuler les radioéléments. Il s'est finalement dégagé un consensus dans la communauté internationale sur le choix des borosilicates pour satisfaire à la fois les contraintes technologiques et celles liées à la durabilité.

Le verre R7T7 est un borosilicate. Pas à pas, les scientifiques sont parvenus à bâtir avec les industriels, son domaine de composition et fixer les paramètres d'élaboration. La matrice représente environ 85 % de la masse et le déchet radioactif les 15 % restants. Au premier ordre, la silice qui est l'oxyde majoritaire confère au matériau l'essentiel de ses propriétés physiques, chimiques et mécaniques. Les autres éléments occupent des seconds rôles ou des rôles de figurants pour certains, mais dont il ne faut cependant pas sous-estimer l'importance car la pièce ne pourrait se jouer sans eux. Un verre de silice pure fond à une température de 600 degrés supérieure à celle du verre R7T7. En outre il n'accepterait pas une telle diversité d'éléments sans perdre son homogénéité. Cette grande souplesse du réseau est due aux éléments modificateurs. Les éléments radioactifs quant à eux, sont dispersés de manière homogène dans le verre et forment généralement des liaisons chimiques fortes avec les principaux formateurs de verre (silicium, bore, aluminium, etc.).

Le verre R7T7 n'a peut-être pas encore livré tous ses secrets mais il est malgré tout considéré par la communauté internationale comme le meilleur verre industriel produit jusqu'à présent pour confiner les déchets de haute activité issus du traitement des combustibles usés. Il y a peut-être une petite part de chance pour expliquer ce succès car à l'époque des choix, c'est-à-dire à la fin des années 80, les études sur le comportement à long terme étaient loin d'être achevées. Les connaissances ont depuis beaucoup progressé et dans leur sillage, des concepts ont vu le jour pour leur gestion définitive.