Brevet FR2487328A1 — publié le 19820129

Les techniques de retraitement faisant l'objet de réalisations ou de projets visent à la protection de l'ênvironnement ,dans l'espace et dans le temps ,contre l'action des radiations En vue d'assurer cette protection pour des temps meaurés,non à échelle humaine,mais géologique , les techniques generalement mises en oeuvre recourent à la vitrification des déchets et à leur integration dans des lasses homogènes coulées dans des conteneurs dont on assure l'enfouissement dans des sil@s @@de grande profondeurs . Si le recours au verre pour séquestre@ les élements radioactifs est une solution de sécurité génènalement admise, les moyans operatoirescfont l'objet de controverses . On reproche au verre amorpha son etat métastable et sa tendance possible ,dans le temps, sous l'action de la chaleur et des radia tions@@r@ l'etat stable ,sous la forme dévitrifiés ; la cnistallisation s'operant avec changement de volume, donnerait naissance à des tensions internes dégradant les propriétés mécaniques et fragilisant le astarisu ,nuisant,par ailleurs, à aon adhérence au conteneur . - Concernant le renforçement de la rosistance à l'écrasement de. conteneurs de déchets vitrifiés, il apparait qu le revêtement de ciment présente une porosité qui ne garantit pas,dans le temps la sécurité de protection que l'on souhaite ,alors que des materis stables ,du genre de ceramiques issues de la cristallisation de verres, pourraient lui être substituées avantageusement. Enfin l'enfouissement profond des conteneurs 'de déchets ne manque pas de soulever des objections ,les nappes d'eau phréatiques risquant d'être polluées ,dans un avenir plus ou moins proche, par des ecousses sismiques, éruptions volcaniques,explosions atomiques,.. Le triple objet de l'invention est d'operer le piégeage des déchets radioactifs dans une ceramique particuliére,dite"195"; de protéger les conteneurs metalliques contre les sollicitations physiques ,chimiqsues et physico-chimiques par un revêtement protecteur de ceramique"195" ; enfin de définir un mode d'ensilage dit " à dalle flottante sur fondations independantes" valable dans Lesirégions soumises aux risques de tremblements de terre. Selon l'invention, les oompositions chimiques des materiaux virifiables préconisés comportent de 25 à40% de silice,de 2 à I5 d'alumine, de 10 à 35% de chaux,de 10 à 30% d'oxyde de fer,et de 2 à IO d'oxyde alcalin(en poids; En particulier,le mélange vitrifiable I95,dont il est fait mention,contient 4 45,25 de silice, 5,84 % d'alumine, 24,04 % de chaux, 17,64% d'oxyde ferrique et 5,81% d'oxyde de sodium. La fusion du mélange I95 s'opére à I250' et forme un verre noir brillant pouvant ,dans le cadre de l'invention, etre obtenu en gouttelettes qui se selidifient sous la forme de sphérules de verre trempé de 2 à 5 as de diametre .par un rEfroidissement rapide à l'air . Toutefois,le plus generalement, le verre formé est une phase transitoire de la fabrioation de la ceramique I95, celle-ci etant obtonue par un refroidiasement conditionné entre 1250 C et I050 -C ,dans bot intervalle de temperature, la cristallisation etant extrêment rapide - par exemple, de 1460 /minute à la temperature de 1170 C - (Pl.I - Fig.I ) Le materiau du g@nre "195" offre les particularités @uivvantes : - un rapport Silice/Chaux bien defini en sorte que la dévitri fication du verre @btanuforme une wollastonite qui offre la singularité préçieuse de cristalliser sans changer de volume @omme les verres oourants - Une teneur élevée en fer ,dont l'action nucléanta accélère la dévitrification; e - un fondant alcalin, à l'exclusion de fondants boratés et fluorés, accroîssant la mobilité ionique du fer qui assure la liaison verre/métal ou verre/ciment. - La ceramique formée ,de densité 2,9,offre la microdûreté d'un bon acier trempé ,pouvant atteindre 600-700 vickers ,sans pour autant présenter de fragilité au choc mécan@que,ainsi qu'il advient de la generalité des ceramiques trés dûres . Son coefficient de dilatati est très bas a haute temperature (&alpha;= 7,8.10 à 8000C ) lui confé rant une resistance remarquable au choc thermique,cont@airement au basalte ,dont le coeeficient de dilatation est prés do deux fois plus élevé. En outre ,la ceramique 195 offre sur les verres l'avantage de conserver aes propriétés mécaniques jusqu'à la temperature du du liquidus ,soit I2500C ,alors que les verres ramollisent dés que la temperature dépasse la moitié de celle du liquidus .Cet avantage est significatif dans les déchets solidifiés ou règne une temperature atteignant parfois,et même, pouvant déPasser 450 C le ramollissement du contenu diminuant la resistance à l'écrasemer du conteneur. I - La ceramisation des déchets radica@tifs avec la ceramique 195 dont les conditions de fabrioation et les propriétés spécifiques viennent d'être décrites ,pout btre réalisée en intégrant une quantité de déchets détarminés pir l'erperience à la composition vitrifiée 195 , la fusion,salon l'experience ,s'operant dans un four de verrerie à Water -jacket ,mais ausai,selon la commodité dans un cubilot @metallurgique courant à paroi refroidie . Dans ce dernier mode operatoire ,qui est particulièrement économique et peut Stre robotisé, la consommation de coke ne dépasse pas I25 k/tonne de produit vitrifié. La devitrification du verre s'operera dans le conteneur lui-même, dans une enceinte de temperature réglée entre 1050 et 1200 C pendant une durée definie par les exigences d'une devitrification compl@te. - Selon une technique affinée permettant une automatisation poussée, le produit vitrifié est extrudé par filage dans le conteneur qui,par lai mêmes oyensi,peut être filé sur place. Une autre technique de solidification consiste à granuler sous forme de sphérules de verre 195 trempé à l'air le produit vitrifié ,et, selon un procédé connu, de disperser celles-ci dans un étal fondu ,comme le plomb,apte à absorber les radian tions et à dissiper la chaleur . Selon ltinvention, la division du verre 195 en gouttelettes solidifiées s'opère par éclatement 'un @coul@ment au contact d'une surface inclinée ou en mouvement 2 - Revêtement de protection externe des conteneurs - L'experience a, montré que les ciments ,par leur porosité relative, n'assurent pas une protection satisfaisante des conteneurs, et seraient,selon l'invention,valablement remplaçés par la ceramique 195 . Cette derniere,en effet ,est un mzteriau stabilisé dans le temps,offrant les garanties souhaitables d'étanchéité,de micro dûreté ,de resistance aux chocs mécaniques et thermiques et, sans se ramollir à des tempe-ratures dépassant 12000C. Enfin,alle rexiste aux agression chimiques et biologiques du sol ,ainsi qu'au saumures ,appartenant à la Classe hydro lytique 3 ,selon les normes françaises ,appliquées par l'institut du Verre - Selon une premiérs technique ,le revêtement du conteneur s'obtient an coulant du verra 195 dans l'espace annulaire compris entre le conteneur et un ioule extérieur an refactaire silico-alumineux de dilatation thermique faible ou nulle en sorte qu'au refroidissement ,le démoulage du conteneur métallique soit poasible . - selon un autre prooédé évvoqué plus haut ,st susceptible d'être intégré dans la même chaine d'automatisation ,le nevê tement de protootion du conteneur peut être réalisé par filage. Aprés la coulée du vorre 195 dans l'espace annulaire, il est cristallisé sous la forme de tollastonite par un séjour de dûrée convenable dans un four de dévitrification porté à une temperature comprise entre 1050 C et I2000C ;cette dûrée etant de terminée par le diagramme des vitesses de cristallisation en fonction de l'épaisseur du revêtement et de la temperature pratiquée 9 - Ensilage de sécurité des déchets Radioactifs La 3e Dicposition de l'invention est de sécuriser,jusque dans avenir lointain, les conteneurs ensilés ,contre le risque de die location du cl environnant par des secousses sismiques ou exple sions . Le procédé consiste. à isoler les conteneurs du contact direct avec le sol à l'aide d'une masse de verre sphérulaire 195 ,donl la composition chimique. et le mode de formation ont eté definis plus haut D'une part,la resistance à l'écrasement de aphérules de verre est très élevée ,convenant au remblayage -poreux des fracturati dans les forages de petrole ;elles ont subi l'épreuvve de l'écrs sement selon le procédé pratiqué par l'institut Français du Pel defini par la Figure 2 La Figure p ,d'autre Part , schématise les milieux sphérulaire interposés entre le sol et les conteneurs d'un silo souterrain. Le radier I est creux ,rempli2de verre sphérulaire I95 , sur lequel repose une dalle flottante 3 supportant l'ensilage,compe par exemple,sur le schéma, sept cheminées verticales d'ensilage accueillant un empilage de conteneurs.. 5 .Aprés remplissage ,le est rrfermé par un couvercle indivviduel en 6. Quand l'ensilage est plein, une dalle 8 isole le bloc de l'exterieur ;recouverte de terre végètale , elle intégre l'ouvrage dans 1 biotope. Un cuvelage léger maçonné ou metallique 9 ,dont la dûrée de vie n'est pas en cause, permet la remplissage de l'espace environne les cheminées d'ensilage par le milieu sphérulaire 195,@@@@@@@@@@ qui assure à la fois l'amortis@ement des sollicitations mécanig et la disaipation homogène de la chaleur radiante. Selon une disposition accessoire ,le- remblayage externe au cuve lage 9 ,peut être constitué ,en II, de verre sphérulaire I95. - REVENDICATIONS I - Verres et ceramiques issues de cUs verres,carecterisés en ce qu'ils contiennent de 25 à 40% de silice,de 2 à 15% d'alumine,de 10 à 35% de chaux,de 10 à 30% d'oxyde de fer, et ce 2 à I0S d'oxyde alcalin. 2 - Composition vitrifiabke,selon la revendicationI, caracterisée en ce qu'elle contient 45% de silice,5,8% d'alumine,17,6 % d'oxyde ferrique,24% de chaux et 5,8 G d'oxyde de sodium. 3 - Ceramique pour solidifier les déchet radioactifs,carac terisée en ce quelle est obtenu par un refroidissement temperé entre I2500C et 1050 C du verre issu issu de la fusion du mélange défini par la revendication 2. 4 - Verre formé selon la revendication 2 caracterisé en ce qu'il est apte à solidifier les déchets radioactifs et à les retraiter sous la forme de sphérules incorporables dans un me tai fondu 5 - Procédé de renforçement de la resistance mécanique des conteneurs de conditionnement des déchets radioactif, caracterisé on ce qu'il consiste à mouler ou à filer un revêtement exterieur ,constitué de la ceramique definie par la revendication 2 . 6 - Procédé de protection des ensilages de déchets radioactifs contre les tremplements de terre,explosions.. caracterisé en ce qu'ils sont édifiés sur une dalle flottante ,cette dernière.reposant sur un bac-radier rempli de verre sphé- rulaire defini par la revendication 4. 7 - Dispositifs d'ensilage ,caracterisé en ce qu'ils sont cons titués de logements cylindriques verticaux de conteneurs, et qu'ils sont fixés sur la dalle flottante. 8 - Cuvelage metallique ou maçonné coiffant le radier defini par la revendication 6,caracterisé en ce qu'il est rempli de verre sphérulaire defini par la revendication 4 9 - Dispositifs caracterisé en ce qu'il obture individuellement et collectivement les silos en fin de remplissage. 10 - Procédé accessoire decsécurité contre les secousses sismiques, caracterisé en ce qu'une masse de verre sphérulaire défini par la revendication 4 est interposé entre le sol et le cuvelage defini par la revendication b.