La sûreté du stockage des déchets radioactifs repose en grande partie sur la capacité de confinement du conteneur et de l’ouvrage qui lui sont dédiés. Dans le cas des déchets radioactifs de Faible et Moyenne Activité à Vie Courte (FMA-VC), cette propriété de confinement, assurée par des matrices solides à base de matériaux cimentaires, est mesurée sur la base d’un essai de diffusion naturelle, consistant à faire traverser un traceur, de type radioactif, dans un échantillon représentatif, duquel on retire, a posteriori, un coefficient de diffusion. L’évolution de ces matériaux et les améliorations apportées à la fabrication de nouvelles enveloppes de confinement induisent des durées d’essai pouvant atteindre plusieurs années.L’objectif premier de ce travail consiste en la détermination du coefficient de diffusion effectif d’une espèce de référence, qui sera dans notre cas l’eau tritiée, dans un intervalle de temps réduit. L’approche théorique repose sur la compréhension du phénomène de transport d’espèces ioniques en solution soumises à un champ électrique. Sur les bases d’un protocole expérimental clairement établi et de la définition du facteur de formation, caractéristique topologique intrinsèque du réseau poreux, il a été possible de déterminer le coefficient de diffusion effectif de l’eau tritiée d’une gamme de bétons et de mortier d’intérêt, et cela en seulement quelques heures.Dans un second temps, la comparaison de l’essai de migration sous champ électrique constant, développé dans ce travail, avec l’essai classique de diffusion naturelle à l’eau tritiée a mis en exergue deux points cruciaux. La non-prise en compte de la décroissance radioactive du tritium dans l’interprétation de l’essai de diffusion naturelle à l’eau tritiée amène une sous-estimation non-négligeable de la valeur du coefficient de diffusion. La conservation, lors de leur phase de maturation, des matériaux d’essais dans des conditions inadaptées, induit des mesures selon la technique de migration sous champ électrique constant disparates et non répétables.Dans un dernier temps, la validation complète de la technique électrocinétique, sujet initial de ce travail, repose sur la vérification des hypothèses théoriques énoncées au préalable. Le facteur de formation, et a fortiori le coefficient de diffusion effectif, est une grandeur indépendante de la force ionique de la solution porale du matériau considéré, cela pour une gamme de solution courante dans le domaine des matériaux cimentaires. Le facteur de formation s’avère aussi indépendant de l’amplitude du champ électrique appliqué, aussi pour une gamme et des durées d’essai adaptées aux conditions de mesures définies dans le protocole. Enfin, lorsque les valeurs de coefficients de diffusion effectifs obtenues en migration et diffusion naturelle à l’eau tritiée sont comparées sur plusieurs formulations maîtrisées de matériaux cimentaires / The safety and the reliability of a radioactive waste repository rely essentially on the confinement ability of the waste package and the storing structure. In the case of the low-level and intermediate level short-lived radioactive waste, the confinement property, relying on solid matrices made of cement-based materials, is assessed through a natural diffusion test, using a radioactive tracer, from which an effective diffusion coefficient is deduced. The evolution of the materials and more particularly the enhancement of the confinement properties of cement-based materials lead to test duration from a couple of months to a couple of years.The main objective of the present work involves the determination of the effective diffusion coefficient of reference chemical species, in our case the tritiated water, within a shorter time. The theoretical foundation is based on the description of ionic species mass transfer under the effects of an electrical field. With the definitions of a precise experimental protocol and of a formation factor, considered as an intrinsic topological feature of the porous network, it is possible to determine the effective diffusion coefficient of tritiated water for various types of concretes and mortars, and this within a few hours only.The comparison between the developed accelerated test, based on the application of a constant electrical field, and the normed natural diffusion test, using tritiated water, underlined two critical issues. First, omitting the impact of the radioactive decay of tritium during a natural diffusion test, leads to a non-negligible underestimation of the effective diffusion coefficient. Second, maintaining samples in high relative humidity conditions after casting is essential in order to avoid contrasted and unrelated results when performing the electrokinetic tests.Eventually, the validation of the electrokinetics technique, main objective of this work, rests on the assessment of the theoretical hypothesis previously formulated. The formation factor, as well as the effective diffusion coefficient, does not depend on the ionic strength of the material pore solution, this being validated for solutions of different composition encompassing the cement materials pore solution diversity. The formation factor also does not vary when the amplitude of the applied electrical field varies, provided both the test duration and the electrical field amplitude are kept within acceptable boundaries. Finally, the comparison between the values of the effective diffusion coefficient obtained with both the constant field migration test and the natural diffusion techniques, for perfectly conditioned and prepared materials, leads us to invalidate the assumption that the effects of the double electrical layer are negligible
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2013ISAT0032 |
| Date | 09 September 2013 |
| Creators | Wattez, Thomas |
| Contributors | Toulouse, INSA, Lorente, Sylvie |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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