Projet ANR-15-CE08-0004 – POMAR : Matériaux Polyanioniques pour le Retraitement des Actinides
Programme : Matériaux et procédés (DS0303) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Sylvain Duval (Unité de Catalyse et de Chimie du solide)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 179949.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 48 mois
Résumé : La demande énergétique croissante nécessaire au bon fonctionnement de notre société est constamment étudiée par les scientifiques et l’industrie qui cherchent à trouver de nouveaux procédés de production plus propres et plus efficaces. Cette constatation convient parfaitement à l’industrie nucléaire ou des efforts important sont mis en jeu pour améliorer l’efficacité des procédés de retraitement des combustibles nucléaires usés issus des centrales. Le procédé PUREX, actuellement utilisé par AREVA et prenant place dans les locaux industriels de la Hague possède des limitations en terme d’absence de méthodes disponibles pour le recyclage d’actinides mineurs ou de lanthanides en vue d’une économie de matière stratégique. Un autre problème de ce procédé concerne la quantité importante d’effluents crées lors des opérations d’extraction et de purification.
Relativement récemment, plusieurs procédés innovants ont commencé à apparaitre. Par exemple, le plus étudié, le procédé DIAMEX-SANEX peut prendre place directement à partir de la solution du raffinat issues du procédé PUREX. Il a été montré qu’il pouvait participer à la séparation des actinides mineurs des solutions de raffinat pour un meilleur recyclage des combustibles usés. Ce procédé est basé sur le comportement en chimie de coordination de ligands nitro- ou oxo-donneurs pour complexer spécifiquement des lanthanides ou des actinides. Néanmoins, la quantité d’effluents issus de ces procédés reste importante. Dans ce procédé, après la première étape DIAMEX, les polyoxométallates grâce à leurs propriétés au regard de la stabilisation de cations tétravalents ont été considérés pour la séparation par oxydation sélective de l’américium et du curium dans le procédé expérimental SESAME. Ces possibles évolutions des procédés existant requièrent encore beaucoup de travail et les heteropolyanions pourraient effectivement jouer un rôle notamment grâce à leurs bonnes propriétés de coordination et leur sélectivité pour les états d’oxydation tétravalent des actinides. Malgré l’intérêt potentiel de ces complexants pour ce domaine, aucune publication récente n’a été reportée sur le sujet.
Les informations disponibles sur ce sujet se concentrent exclusivement sur l’utilisation d’espèces polyanioniques mono-vacantes dérivées de l’architecture de type Dawson [P2W18O62]6-. Nous proposons ici l’utilisation de systèmes poly-vacants comme complexants pour la stabilisation et la possibilité d’extraction de cations actinides tétravalents. Les résultats attendus pour ce projet sont des composés stables contenant des actinides tétravalents isolés à partir de solutions aqueuses, ainsi que des informations pour permettre une éventuelle transposition pour la séparation de mélanges AnIV/AnIII. Ce projet permettrait également de déterminer les précurseurs polyanioniques les plus à même de jouer un rôle dans ces processus de séparation. La première étape du projet se concentrera sur la réactivité des POMs avec des actinides ainsi que sur la caractérisation non ambigüe des différentes espèces obtenues tant en solution qu’à l’état solide. Ces premiers résultats permettront l’étude de mélanges simulants AnIV/LnIII plus complexes pour obtenir des informations comportementales sur des mélanges d’actinides.
Parallèlement aux applications industrielles potentielles pouvant découler de ce projet, certains des matériaux attendus pourraient avoir des propriétés luminescentes intéressantes. En effet, peu de données sont disponibles concernant des molécules présentant des clusters de valences mixtes constitués d’actinides tétravalents et de lanthanides.