Quantification et speciation du carbone-14 dans des lixiviats de coques irradiees

International audienceLe carbone 14 est un radionucléide de longue durée de vie (5 730 ans) présentant un intérêt majeur vis-à-vis de la sûreté dans la gestion des déchets nucléaires de moyenne activité et à vie longue (MA-VL). Il se retrouve dans les gaines de combustibles en alliage de zirconium principalement par l’activation neutronique de l’azote 14 (14N(n,p)14C) et la présence d’oxygène 17 (17O(n,α)14C). Le relâchement du carbone 14 en milieu aqueux et sa diffusion dans le site de stockage en milieu géologique profond de déchets radioactifs (Centre industriel de stockage géologique – Cigéo) présenteraient un impact non négligeable sur l’environnement. En effet, le carbone 14 issu des déchets peut se présenter sous forme organique ou inorganique en phase liquide ou gazeuse. Dans le cadre du projet Européen CAST (CArbon-14 Source Term), une étude quantitative et qualitative est menée sur le relâchement du carbone 14 issu d’alliages de zirconium en situation de stockage géologique afin de mieux appréhender le comportement du carbone 14. Deux types de coques en zircaloy de type M5 et type Zy-4, issues du traitement dans l’usine AREVA La Hague de combustibles irradiés dans un réacteur de type REP, ont été lixiviées en milieu alcalin (NaOH pH 12) et désaéré (argon) et en chaîne blindée dans l’installation ATALANTE (CEA Marcoule) afin de se rapprocher des conditions retenues pour le stockage (milieu cimentaire). Des méthodes de séparations chimiques et d’analyses radiologiques ont été développées dans différents laboratoires au CEA et à Subatech afin de déterminer la quantité de carbone 14 présente dans les lixiviats et d’étudier sa spéciation. La quantité de carbone 14 total a été déterminée par scintillation liquide après traitement de l’échantillon par pyrolyse. Une méthode analytique a été développée pour étudier la partition entre les formes organiques et inorganiques du carbone 14. Les analyses montrent que les relâchements de carbone 14 n’évoluent pas entre les deux périodes de prélèvements (15 jours et 6 mois) pour les deux types de coques mais sont d’un niveau plus important dans les coques de type M5. Moins de 20 % du carbone 14 organique est relâché après 6 mois pour les coques de type D4 contre 50 % pour les coques de type M5.Les formes chimiques du carbone 14 organique ont été analysées par chromatographie ionique à partir d’une solution préalablement décontaminée des actinides (238Pu,239Pu,240Pu, 241Am, 244Cm…) et de certains produits de fissions (134Cs,137Cs, 90Sr,…) et d’activation (60Co,…) par l’utilisation d’une résine K2[CuFe(CN)6] (AREVA/STMI) sans support organique. En sortie de chaîne chromatographique, des fractions correspondant aux différents acides carboxyliques sont collectées puis analysées par scintillation liquide. L’analyse montre que le carbone organique se trouve essentiellement sous forme de petites molécules de type acide carboxylique (chaîne C ≤ 5)