Influence of the aging of cementitious (OPC) radwaste mauix on the leaching rates of trace elements (Cs, Sr and Co)

Abstract

Certains déchets radioactifs sont solidifiés dans des matrices cimentées à base de ciment Portland artificiel (CFA) en vue de leur stockage. La sûreté de ces stockages doit être assurée sur des périodes >~ 300 ans, ce qui nécessite de prédire les variations des relâchements de radioactivité. A long terme, celles-ci sont vraisemblablement reliées au vieillissement des matrices qui reste mal connu. Le travail présenté ici porte, dans le cas particulier d'un mortier gâché avec une solution boratée, sur les relations existant entre les relâchements de certains radioéléments (60Co, 90Sr et 137Cs) sous l'action du lessivage par l'eau et l'évolution des caractéristiques cristallochimiques et microstructurales de la matrice, Nous avons abouti aux conclusions suivantes: le bore a peu d'influence sur la; microstructure et sur les évolutions des propriétés physiques de la matrice (porosité, résistances mécaniques etc...), qui restent modérées au moins pendant deux ans. Par contre, les taux de relâchement d'activité évoluent considérablement pendant cette période. La cinétique de lixiviation des radioéléments, dont la majeure partie (~ 70%) est incorporée dans les hydrates, est contrôlée par une combinaison de plusieurs phénomènes : à court terme la fraction libre en solution (donc ~ 30%) est relâchée par simple diffusion de Fick. Par contre à long terme, les transformations cristallochimiques correspondant ã des dissolutions-cristallisations complexes des hydrates notablement accélérées par la température gouvernent le passage des radioéléments dans le liquide interstitiel et autorisent, leur diffusion vers la solution extérieure. Nous avons pu préciser les sites de piégeage des radioéléments dans les hydrates qui contrôlent leur relâchement à long terme : le césium est faiblement retenu dans les C-S-H et la chaux et s'incorpore préfèrentiellement dans les hydrates alumineux. De plus, le strontium, faiblement retenu dans les silicates, est piégé dans les sulfoaluminates. Enfin, le cobalt est retenu en grandes proportions dans le solide lors de l'hydratation par la formation d'un composé propre du type hydroxychlorure de cobalt.