Impact du magnésium sur la structure et l'altération de verres borosilicatés
Résumé
En France, les déchets de haute-activité issus de l'industrie nucléaire sont vitrifiés afin d'assurer l'immobilisation des radionucléides de manière durable. Cette étape est conçue comme préalable à la solution de gestion à très long terme des colis de déchet : le stockage en couche géologique profonde. Au cours du temps, l'eau présente dans l'argile va progressivement traverser les différentes barrières ouvragées et entrer en contact avec le verre, entraînant son altération.
Historiquement, avant le développement du verre de référence français R7T7, les premières expériences de vitrifications ont été réalisés sur le site de Marcoule, résultant en la formulation de verres dits AVM. Parmi les différences majeures entre ces deux types de verre, on note de ces derniers la présence de magnésium, absent des verres R7T7, contenant du calcium. Comparativement au calcium, l'influence du magnésium sur la structure et l'altération aqueuse de verres borosilicatés d'intérêt nucléaire est moins connue.
Il est donc nécessaire, dans l'optique d'un stockage en milieu géologique profond, de mieux identifier, comprendre et quantifier cet effet. Outre les caractérisations structurales expérimentales1, l'apport de la dynamique moléculaire2 et l'émergence de modèles corrélant structure, composition et propriétés peut apporter des éléments de réponse à ces interrogations3. Dans cette étude, nous présentons les résultats de vitesse initiale de dissolution des verres et l'apport du modèle de contraintes topologiques afin de mettre en lumière le rôle particulier du magnésium comparativement au calcium.
1.Bisbrouck, N. et al. Impact of magnesium on the structure of aluminoborosilicate glasses: A solid-state NMR and Raman spectroscopy study. Journal of the American Ceramic Society 104, 45184536 (2021).
2.Bisbrouck, N. et al. Influence of Magnesium on the Structure of Complex Multicomponent Silicates: Insights from Molecular Simulations and Neutron Scattering Experiments. J. Phys. Chem. B (2021) doi:10.1021/acs.jpcb.1c06990.
3.Bisbrouck, N., Micoulaut, M., Delaye, J. M., Gin, S. & Angeli, F. Structure--property relationship and chemical durability of magnesium-containing borosilicate glasses with insight from topological constraints. npj Mater Degrad 6, 111 (2022).
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