Modélisation cinétique de la réactivité thermique d'enrobés bitumeux

Kinetic modeling of the thermal reactivity of bitumen mixes

• Auteur / Autrice : Ali Hodroj
• Direction : Patrick PerrÉ
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Inscription en doctorat le 08/11/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGPM - Laboratoire de Génie des Procédés et Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : référent : CentraleSupélec (2015-....)

Mots clés

Mots clés libres

Déchets nucléaires bitumés

Comportement thermique

Gestion des déchets nucléaires

Modélisation

Sécurité incendie

Modèle d'énergie d'activation multidistribuée

Bituminized nuclear waste products

Thermal behavior

Nuclear waste management

Modeling

Fire safety

Multi-distributed activation energy model

Résumé

Le bitume a été choisi en 1966 par l'industrie nucléaire française comme matrice d'enrobage des sous-produits de faible et moyenne activité générés lors des procédés de retraitement du combustible nucléaire. Le principe général du retraitement des effluents liquides de faible et moyenne activité consiste à insolubiliser les radionucléides présents par coprécipitations successives, au moyen de sels ayant une affinité chimique particulière avec les radionucléides considérés. Les boues radioactives ainsi obtenues sont ensuite enrobées au sein d'une matrice bitumineuse au moyen d'une extrudeuse. La composition chimique et le contenu des enrobés dépendent de la nature des effluents traités, ainsi que de la quantité et de la nature des réactifs de coprécipitation. L'enrobé bitumineux ainsi obtenu est coulé dans un fût métallique puis les fûts produits sont entreposés, en attente de leur acceptation en exutoire final (stockage profond). Il est proposé, dans le cadre de cette thèse, de décrire et de modéliser les processus d'interaction mis en jeu entre la matrice bitume et le déchet lors d'une sollicitation thermique externe. L'objectif de la thèse est d'établir un modèle cinétique du comportement en température des enrobés bitumineux soumis à un incendie. Ce modèle prendra également en compte les évolutions physico-chimiques des enrobés qui sont soumis à une irradiation continue depuis leur entreposage jusqu'à leur stockage (soit environ 200 ans). Pour cela, les processus réactionnels résultant de la sollicitation thermique externe d'un enrobé bitumineux seront étudiés, grâce à la modélisation des phénomènes prenant place lors d'une interaction entre la matrice bitumineuse et le déchet qu'elle incorpore, tout en considérant les aspects cinétiques liés à cette réactivité. Des enrobés simulés non radioactifs modèles comprenant un ou plusieurs sels seront soumis à une sollicitation thermique externe, permettant d'investiguer l'influence de la présence des espèces néoformées (gaz, matrice bitumineuse altérée…) sur la réactivité des espèces apportées par le déchet. La modélisation cinétique développée décrira d'une part le phénomène de pyrolyse du bitume et d'autre part la réaction entre les produits formés au cours de ce processus et certains sels.

Bitumen was chosen in 1966 by the French nuclear industry as a matrix for coating low and intermediate activity products generated during nuclear fuel reprocessing processes. The general principle of reprocessing low and intermediate activity effluents is to insolubilise the radionuclides present by successive co-precipitation, using salts with a particular chemical affinity for the radionuclides concerned. The radioactive sludge thus obtained is then coated in a bituminous matrix using an extruder. The chemical composition and content of the bitumin depends on the nature of the treated effluent and the quantity and nature of the co-precipitation reagents. The resulting bituminous mix is poured into a metal drum and the drums produced are stored, waiting for authorities acceptance concerning the final storage (deep storage). For this, the reaction processes resulting from the external thermal stress of a bituminous mix will be studied, by modelling the phenomena taking place during the interaction between the bituminous matrix and the waste, while considering the kinetic aspects linked to this reactivity. Simulated non-radioactive model bitumen mixes comprising one or more salts will be subjected to external thermal stress, making it possible to investigate the influence of the presence of neoformed species (gas, altered bituminous matrix, etc.) on the reactivity of the species brought by the waste. The kinetic modelling developed will describe, on one hand, the phenomenon of bitumen pyrolysis and, on the other hand, the reaction between the products formed during these process and certain salts.