Synthèse et caractérisation de composites à base de matériaux alcali-activés incorporant des huiles minérales pour la gestion des huiles tritiées

This work deals with the conditioning of tritiated industrial oils in the context of nuclear wastes that are still deprived of an appropriate treatment solution. The strategy consists in directly conditioning model mineral oils in alkali-activated materials (AAM), additionally functionalized with a γ-MnO2/Ag2O hydrogen/tritium getter. Geopolymer (GEO) and alkali-activated blast furnace slag (AABFS) are considered as AAM. In the presence of surfactants, the oil was successfully emulsified (small and homogeneous droplets) in both types of AAM. Two surfactant mechanisms are distinguished acting by: 1) decreasing the interfacial tension or 2) promoting oil-particles interactions. Mechanism 1 should be favored if workability of fresh mixtures is required, while mechanism 2 should be targeted to provide a better confinement of oil owing to strong oil-particles interactions. After curing, AAM-OIL composites are obtained. There is no influence of the oil and surfactants on the setting time and strength development of AAM. The main reaction products (C-A-S-H in AABFS and N-A-S-H in GEO) are not impacted. However, the addition of surfactants leads to increased porosity of AAM due to air bubbles stabilization. AAM-OIL composites immobilizing 20%vol. of oil all have compressive strengths higher than 20 MPa, which is a more than the 8 MPa required from ANDRA. Overall, according to both fresh and hardened states observations, GEO exhibit higher performances for the immobilization of oil than AABFS. The efficiency of the γ-MnO2/Ag2O getter was assessed in AAM via in-situ hydrogen production by gamma irradiations or magnesium corrosion. Both types of experiments agree to the higher performances of the getter in GEO than in AABFS. This is explained by reducing sulfur species present in AABFS, which react with the oxidizing getter components. Finally, wetting measurements demonstrated that industrial oils have an excellent affinity for GEO, testifying that long-term water seepage is not likely to dislodge them from GEO-OIL composites. In the context of nuclear waste management, GEO functionalized with γ-MnO2/Ag2O getter appears as a promising option for disposal of tritiated oils. However, additional investigations of HTO confinement need to be performed that could renew the interest of using AABFS.Ce travail a pour but le conditionnement des huiles tritiées et s’inscrit dans la problématique des déchets nucléaires sans filière de gestion. La stratégie consiste à directement conditionner des huiles minérales modèles dans des matrices alcali-activés (MAA), également fonctionnalisées avec un piégeur à hydrogène/tritium γ-MnO2/Ag2O. Géopolymères (GEO) et laitiers de hauts fourneaux (LHF) sont considérés comme MAA. En présence de tensioactifs, l’huile est émulsionnée avec succès (gouttelettes fines et homogènes) dans les deux types de MAA. Deux modes d’actions des tensioactifs sont observés agissant par: 1) réduction de la tension interfaciale ou 2) promotion d’interactions huile-particules. Le mécanisme 1 doit être favorisé si l’ouvrabilité des coulis est requise alors que le mécanisme 2 doit être ciblé afin de permettre un meilleur confinement de l’huile grâce aux interactions huile-particules. Après durcissement, des composites MAA-Huile sont obtenus. Il n’y a pas d’influence de l’huile et des tensioactifs sur la prise et le développement des propriétés mécaniques des MAA. Les principaux produits de réaction (C-A-S-H pour LHF et N-A-S-H pour GEO) ne sont pas impactés. Néanmoins, l’addition de tensioactifs entraîne une porosité plus importante à cause de la stabilisation de bulles d’air. Les composites MAA-Huile contenant 20%vol. d’huile ont tous des résistances en compression supérieures à 20 MPa, ce qui est plus que les 8 MPa requis par l’ANDRA. Globalement, en accord avec les observations aux états frais et durci, les GEO possèdent de meilleures performances pour l’immobilisation d’huile que les LHF. L’efficacité du piégeur γ-MnO2/Ag2O a été caractérisée dans les MAA par production d’hydrogène in-situ par irradiations gamma et corrosion du magnésium. Les deux types d’expérience s’accordent sur la meilleure performance de piégeage dans le GEO que dans le LHF. Cela s’explique par la présence d’espèces soufrés réductrices dans le LHF qui réagissent avec les oxydants constituant le piégeur. Finalement, des mesures de mouillabilité ont démontré que les huiles industrielles ont une excellente affinité pour le GEO, démontrant qu’une exposition longue durée à de l’infiltration d’eau ne délogera pas l’huile des composites MAA-Huile. Dans le contexte du traitement des déchets nucléaires, les GEO fonctionnalisés avec un piégeur γ-MnO2/Ag2O semblent être une option intéressante pour le stockage des huiles tritiées. Néanmoins, des études complémentaires doivent être menées au sujet du confinement de l’HTO, ce qui pourrait faire renaitre l’intérêt d’utiliser le LHF