Un nouveau concept de séparation actinides-lanthanides en milieu sel fondu : mise en oeuvre d'une cathode liquide à surface renouvelée

This study is part of a research program concerning the assessment of pyrochemical methods for the nuclear waste processing. The An-Ln partitioning could be achieved by an electrolytic selective extraction in molten salt media. It has been decided to focus on liquid reactive cathode which seems promising for a group actinides co-recycling. The aim of the study is to propose, define and initiate the development of an electrolytic pyroprocess dedicated to the quantitative and selective recovery of the actinides. Quantitativity is related to technology, whereas selectivity is governed by chemistry. The first step consisted, by means of thermodynamic calculi and electrochemical investigations, in selecting a promising combination between molten electrolyte and cathodic material, which enable a sufficient An-Ln separation, regarding the process constraints. To improve the recovery yield, it is necessary to develop a disruptive technology: here comes the concept of a dynamic electrodeposition carried out onto liquid metallic drops. The next step consisted in designing and manufacturing a lab-scale device which enables dropping flow studies. Since interfacial phenomena are of primary meaning in such a system, it has been decided also to focus on high temperature liquid-liquid interfacial measurements. No limiting point has been identified concerning the principle of a renewed liquid cathode. Anyway, further studies need to be conducted to answer to the feasibility.Ces travaux s'inscrivent dans le cadre des recherches menées sur l'évaluation des procédés pyrochimiques pour la séparation actinides-lanthanides. Ils concernent plus précisément un coeur de procédé consistant en la réduction, sur cathode liquide, des actinides dissous en milieu sel fondu. Cette technique présente un certain potentiel pour un scénario de « gestion groupée ». L'objectif de ces travaux est de proposer un procédé de séparation électrolytique qui améliorait, à la fois, les performances d'extraction des An, et de séparation An-Ln. L'amélioration de la sélectivité passe par la mise en oeuvre d'autres solvants que ceux explorés jusqu'à présent. Une étude méthodologique et thermodynamique nous a conduits à sélectionner une combinaison solvant/substrat cathodique prometteuse : fluorures fondus et bismuth liquide. Cette étape a été suivie d'une validation expérimentale (sur néodyme), permettant de s'assurer aussi bien de la faisabilité de mise en oeuvre des systèmes, que de la pertinence de nos prévisions. Les performances d'extraction pourraient, quant à elles, se voir améliorées par la mise en oeuvre d'un renouvellement de l'interface sel/cathode liquide. Il s'agit alors de répondre à la faisabilité d'une électrolyse dynamique sur gouttes de métal liquide. L'étude de la transposition de cette technologie aux milieux présélectionnés nous a conduits à mettre au point un petit dispositif dédié aux études d'écoulement, ainsi qu'une méthode de détermination des tensions interfaciales à haute température. Ces travaux démontrent que le principe de séparation sur cathode liquide à surface renouvelée ne présente pas de point rédhibitoire. Néanmoins, une validation en actif et une optimisation de la technologie sont nécessaires pour compléter l'évaluation de cette technique séparative innovante