Comment le verre se défend des agressions de l’eau

Pour comprendre le comportement à long terme des déchets nucléaires vitrifiés, des chercheurs de l’Iramis et de la Direction de l’énergie nucléaire ont réussi à mettre en évidence des mécanismes de formation, au contact d’une eau saturée en silice, d’une couche protectrice nano-poreuse.

Ces travaux ouvrent des pistes pour renforcer la durabilité des verres de stockage.

Dans le cadre des études sur le stockage des déchets nucléaires vitrifiés en couches géologiques profondes, il est connu depuis une vingtaine d’années que l’interaction de l’eau avec le verre de confinement conduit à la formation d’une couche externe enrichie en silice, dite « passivante », car elle diminue de plusieurs ordres de grandeur la vitesse de dissolution des espèces solubles. Elle pourrait devenir une couche protectrice du colis pour des durées géologiques.

L’élucidation des mécanismes à l’échelle atomique qui expliquent cette passivation reste aujourd’hui une question ouverte. Après une préparation spécifique, marquée isotopiquement, des équipes de la DEN et de la DSM ont pu obtenir une couche passivante d’épaisseur supérieure à un micron. Il a alors pu être montré qu’elle ne résulte pas d’une précipitation de la silice en solution et qu’elle conduit à la formation de pores sub-nanométriques qui confinent et piègent l’eau, ceci limitant considérablement le pouvoir d’hydrolyse de l’eau. Favoriser la formation et la stabilité de telles couches offre donc de nouvelles perspectives pour augmenter la durabilité des verres de stockage.

Comprendre l’interaction de l’eau avec la matière est une question scientifique qui intéresse aussi les sciences de la terre, la médecine, la préservation du patrimoine et l’industrie.

Références :

“Nanometre-scale evidence for interfacial dissolution–reprecipitation control of silicate glass corrosion”, R. Hellmann, S. Cotte, E. Cadel, S. Malladi, L. S. Karlsson, S. Lozano-Perez, M. Cabié & A. Seyeu, Nature Materials, 14 (2015) 307-311.
“Origin and consequences of silicate glass passivation by surface layers”, S. Gin, P. Jollivet, M. Fournier, F. Angeli, P. Frugier & T. Charpentier, Nature Communication 6, 6360 (2015).

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