Etude de la stabilité thermique du verre nucléaire. Modélisation de son évolution à long terme

• Auteur / Autrice : Xavier Orlhac
• Direction : Jean Phalippou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses et matériaux
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse quantitative (chimie)

Croissance cristalline

Cristallisation

Nucléation

Modèles mathématiques

Propriétés thermiques

Verre

Résumé

Cette etude aborde la stabilite thermique a long terme et a basse temperature du verre nucleaire francais. Elle est traitee sur un plan experimental et par la modelisation. Les mecanismes de cristallisation sont analyses par une etude de devitrification dans le liquide surfondu. La cristallisation des trois phases principales (camoo 4, ceo 2, zncr 2o 4), est limitee a 4,24% en masse, due a la faible concentration des elements constitutifs. Le trace des courbes de nucleation - croissance montre que les platinoides catalysent la nucleation tandis que la croissance, gouvernee par la diffusion volumique, n'est pas modifiee. Les criteres de la theorie classique de la nucleation sont appliques pour deduire les energies d'activation d'origines thermodynamique et diffusionnelle. Par des mesures de viscosite, nous demontrons l'analogie des energies d'activation de l'ecoulement visqueux et de la diffusion, signifiant le controle de la cristallisation par les ecoulements visqueux. L'action combinee de la nucleation - croissance est appreciee par les courbes ttt. Une droite d'equilibre de cristallisation est mise en evidence. Elle donne une premiere evaluation des fractions cristallisees previsibles a long terme. Un modele cinetique est developpe pour decrire la devitrification dans le verre a partir des seules courbes de nucleation et croissance. Nous demontrons que la croissance a basse temperature presente une equivalence temps - temperature similaire a la simplicite thermorheologique. L'energie d'activation qui en est deduite est analogue a celle de la viscosite et permet de modeliser la croissance a partir des mesures de viscosite. Apres validation sur une matrice simplifiee (bao-2sio 2), le modele est applique au verre de confinement. Nous demontrons que le verre demeure parfaitement vitreux suite a un refroidissement identique a celui mesure au cur du conteneur. En condition isotherme, plusieurs millions d'annees sont necessaires pour cristalliser la fraction theorique maximale.