Détermination des produits organiques d'altération chimique et radiochimique du bitume : Application aux enrobés bitumés

= Bitumen chemical and radiochemical alterations organic products determination : Applications to bitumen wastes.

• Auteur / Autrice : Isabelle Walczak
• Direction : Jean-Marie Blanchard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques des déchets
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAEPSI - Laboratoire d'Analyse Environnementale des Procédés et Systèmes Industriels (Lyon, INSA1995-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lixiviation

Matière organique

Bitume

Résumé

Les différentes qualités du bitume, comme sa grande imperméabilité et sa relative inertie face à la plupart des agents chimiques, ont autorisé son utilisation pour l'enrobage des déchets nucl_éaires de faible et moyenne activités. Un scénario de gestion à long terme de ces c'olis prévoit un stockage en formations géologiques profondes. Dans cette situation, de 1' eau liquide sera présente au contact du colis bitumé potentiellement vieilli pendant la phase préliminaire d'entreposage par le couplage des facteurs oxygène atmosphérique et irradiation interne (radio-oxydation). L'eau constitue le vecteur de solubilisation d'espèces organiques, qui, en fonction de leur polarité seront susceptibles de complexer les radioéléments entraînant une augmentation de leur solubilité et de leur transfert dans le champ proche. Dans un premier temps, nous avons étudié la lixiviation d'un bitume non vieilli par une eau dont la composition chimique simule une eau en équilibre avec les matériaux de la barrière ouvragée puis, dans un deuxième temps, nous avons intégré le vieillissement potentiel du bitume. L'altération chimique du bitume conduit à la lixiviation d'espèces organiques dont la quantité et la nature dépendent du pH, de la force ionique et de la surface du matériau exposée à la lixiviation. Pour une eau de type ciment, les molécules identifiées sont des acides carboxyliques, des glycols et des composés aromatiques. La biodégradabilité de ces molécules a été démontrée mais elle ne sera effective, en stockage profond, que dans la mesure où les micro-organismes pourront se développer dans de tels milieux. L'étude de l'altération radio-oxydante a montré que la matrice bitume est très sensible au couplage des facteurs oxygène-irradiation qui se traduit par la formation d'espèces oxydées principalement des acides aromatiques. L'étude de matériaux irradiés à faible débit de dose montre que les transferts d'eau sont peu modifiés alors que la solubilisation de matière organique est accrue.

Bitumen can be used for embedding most of wastes because of its high impermeability and its relatively low reactivity with most of chemicals [1]. Bituminization is one of selected solutions in agreement with nuclear safety, waste compatibility and economic criteria. Bitumen, during storage, undergoes an auto-irradiation due to embedded radio-elements. During this stage, drums are not airtight then oxygen is present. In disposal configuration, water, which is a potential vector of radioactivity and organic matter, is another hazard factor liable to deteriorate the containment characteristics of bitumen wastes. The generation of water soluble organic complexing agents can affect the integrity of the waste form due to an increase of the radionuclides solubility. The first aim of this work is the quantitative and qualitative caracterisation of soluble organic matter in bitumen leachates. Different leaching solutions were tested (various pH, ionic strength, ratio SN). When the pH of the leaching solutions increases, the total organic carbon released increases as well. Identified molecules are aromatics like naphthalene, oxidized compounds like alcohols, linear carbonyls, aromatics, glycols and nitrogen compounds. For the cement-equilibrated solution (pH 13. 5), the effect of ionic strength becomes significative and influences the release of soluble organic matter. This soluble organic matter can be biodegraded if microorganisms can growth. The second aim of this work is to study the effect of radio-oxidative ageing on the bitumen confinement properties. During radio-oxidation, the chemical properties of bitumen are modified. The μ-IRTF analysis shows the formation of hydroxyl compounds and α-β-unsaturated acids. The formation of these polar groups doesn't influence, in our study, the water uptake. However the organic matter release increases significantly with the irradiation dose.