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Impact de la fissuration sur le transfert des radionucléides dans les matériaux cimentaires

En France, dans les centres de stockage des déchets radioactif, les matériaux cimentaires (les bétons) sont utilisés comme barrière et matrice de confinement retardant la migration des radionucléides ainsi que de matériau structurel. Cependant, le comportement à long terme (durabilité) de ces matériaux dépend des altérations physico-chimiques et mécaniques qu'ils vont subir au cours de leur vie. L'endommagement lié à ces altérations (génération de chemins préférentiels, sous la forme de fractures) peut conduire à des modifications plus ou moins marquées des propriétés de transport (coefficients de diffusion, perméabilité) et de rétention des radionucléides (RN) au sein de ces matériaux et ainsi potentiellement impacter leur transfert à la biosphère. Comprendre les conséquences de cette fracturation sur la migration des radionucléides et sur les propriétés de rétention des matériaux cimentaire est crucial afin de prévoir la migration des éléments radioactifs. Lors de ce travail, des réseaux de fractures ont été générés à l'intérieur d'éprouvettes de mortier, matériau analogue au béton, en utilisant une méthode de fracturation triaxiale. Les propriétés des mortiers sains ou fracturés ainsi que leur structure interne ont été caractérisées en utilisant plusieurs techniques de laboratoire (porosité et perméabilité à l'eau) ainsi que des techniques d'imagerie (microscopie optique ou électronique à balayage, micro-tomographie à rayon X, corrélation volumique numérique ou encore par imprégnation au polyméthacrylate de méthyle dopé au carbone 14). A partir d'échantillons de mortier, deux types d'essais de transports ont été menés : (i) des essais de type « diffusion transverse » (through diffusion), consistant à imposer un gradient de concentration de part et d'autre d'un échantillon de mortier (sain ou fracturé) d'une épaisseur donnée, et de mesurer le flux de solutés (traceurs traversant l'échantillon. A l'issue de ces expériences, des analyses par autoradiographie (post-mortem) ont été réalisées afin d'imager la distribution des répartitions des RN dans l'échantillon. (ii) des essais de transport par advection – dispersion, consistant à transporter des radionucléides à travers un échantillon de mortier fracturé, d'une épaisseur donnée, en instaurant un gradient de pression entre les deux côtés du matériau. La combinaison des résultats des expériences de transport ainsi que les caractérisations des matériaux, sains et fracturés, et les analyses par autoradiographie ont permis de caractériser l'effet de l'ouverture de la fracture sur le transport et la rétention de différents traceurs radioactifs (³H, ³⁶Cl, ⁷⁵Se et ¹³⁷Cs) présentant une interaction plus ou moins forte avec la matrice cimentaire.

Mots-clés libres : matériaux cimentaires, mortiers, fractures, advection - dispersion, rétention, tritium, césium 137, chlore 36.

Rameau (langage normalisé) :
• Dépôts de déchets radioactifs
  
• Mortier
  
• Mortier -- Fissuration
  
• Isotopes radioactifs
  
• Diffusion (physique)
  
• Modélisation des données (informatique)