Etude de la dégradation des hydrates cimentaires sous irradiation et conséquences sur la formation de H2

Study of the degradation of cementitious hydrates under irradiation and the consequences for the formation of H2

• Auteur / Autrice : Mathilde Linger
• Direction : Sophie Le caer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : NIMBE - Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie - DRF/IRAMIS
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramolécualire
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Matériaux cimentaires

Dihydrogène

Chimie sous rayonnement

Mécanismes de réaction

Radiation chemistry

Cementitious materials

Dihydrogen

Reaction mechanisms

Résumé

Dans les matrices cimentaires utilisées pour le conditionnement des déchets radioactifs de faible et moyenne activité, la radiolyse est à l'origine d'une production de H2 présentant un risque vis-à-vis de la sûreté des entreposages. L'évaluation des quantités de dihydrogène émises repose actuellement sur un modèle ne considérant que la décomposition de l'eau libre, hypothèse conduisant à négliger toute l'eau mobilisée pour la constitution des hydrates cimentaires. Or, cette eau chimiquement liée peut constituer un réservoir potentiellement important de production de dihydrogène. Afin d'améliorer les modèles décrivant la production et le devenir du dihydrogène dans les matrices de conditionnement de déchets, il est nécessaire de bien comprendre les mécanismes de réaction de production de dihydrogène dans les principales phases des matériaux cimentaires, lorsqu'elles ne comportent que de l'eau chimiquement liée. Le but de ce travail est donc de synthétiser, caractériser ces phases minérales (silicates de calcium hydratés, sulfoaluminates de calcium hydratés....), puis de mesurer leur production de dihydrogène sous rayonnement ionisant (électrons accélérés, rayonnement gamma), et enfin de proposer des mécanismes de réaction, grâce à des expériences de spectroscopie permettant d'identifier les défauts et les espèces radicalaires formées sous rayonnement ionisant. L'objectif ultime est de décrire les matrices de conditionnement sous irradiation de manière plus réaliste.

In the cementitious matrices used to condition low- and intermediate-level radioactive waste, radiolysis results in the production of H2, which poses a risk to repository safety. The assessment of the quantities of dihydrogen emitted is currently based on a model that only considers the decomposition of free water, an assumption that neglects all the water mobilised for the formation of cement hydrates. However, this chemically bound water can constitute a potentially large reservoir of dihydrogen production. In order to improve the models describing the production and fate of dihydrogen in waste conditioning matrices, it is necessary to have a good understanding of the reaction mechanisms for dihydrogen production in the main phases of cementitious materials, when they contain only chemically bound water. The aim of this work is therefore to synthesise and characterise these mineral phases (hydrated calcium silicates, hydrated calcium sulfoaluminates....), then to measure their dihydrogen production under ionising radiation (accelerated electrons, gamma radiation), and finally to propose reaction mechanisms, using spectroscopy experiments to identify defects and radical species formed under ionising radiation. The ultimate aim is to provide a more realistic description of conditioning matrices under irradiation.