(U, Ce)O2 : un matériau simulant pertinent pour l'étude de la dissolution oxydante du MOX MIMAS

Dans le cadre d’une étude collaborative menée entre l’ICSM (LIME) et le DPME (LMPA), l’analogie entre un MOX MIMAS (U, Pu)O₂ non irradié et un oxyde mixte modèle à base d’uranium et de cérium a été démontrée. Les matériaux modèles présentant une microstructure hétérogène semblable à celle du MOX MIMAS ont été préparés à l’ICSM et soumis à des expériences d’altération en présence de peroxyde d’hydrogène. Le peroxyde d’hydrogène d’origine radiolytique est la principale espèce impliquée dans le mécanisme de dissolution oxydante des MOX. Dans le cas des matériaux modèles non irradiants, le peroxyde d’hydrogène a été ajouté à la solution d’altération. La surface des pastilles altérées a été caractérisée par microscopie électronique à balayage en mode environnemental et par spectroscopie Raman. L’analyse des résultats obtenus montre la précipitation de studtite, UO₂O₂·4H₂O, à la surface des grains d’UO₂ et son absence à la surface des grains d’oxydes mixtes (U, Ce)O₂. Dans des conditions comparables, un comportement identique des MOX MIMAS (U, Pu)O₂ non irradié avait été observé préalablement. Des expériences d’altération complémentaires réalisées à l’aide de matériaux (U,Ce)O₂ homogènes et présentant des teneurs variables en Ce ont permis de comprendre le rôle du Ce et de montrer que le couple redox Ce(III)/Ce(IV) était impliqué dans un mécanisme de décomposition catalytique de H₂O₂ à l’interface pastille/solution. L’ensemble de ces travaux fait l’objet d’une publication dans njp Materials Degradation et démontre l’intérêt des composés analogues des MOX (U, Pu)O₂ en tant qu’outil supplémentaire dans l’étude des processus d’altération des combustibles en condition de stockage.

^{Crédit : S. SZENKNECT / ICSM}

Fig: Caractérisations par microscopies et spectroscopies Raman de la surface altérée d’un MOX MIMAS non irradié et d’un composé modèle (U, Ce)O₂

Pour plus d'information, lire l'article de Théo Montaigne, Stéphanie Szenknect, Véronique Broudic, Paul-Henri Imbert, Florent Tocino, Christelle Martin, Frédéric Miserque, Christophe Jégou et Nicolas Dacheux dans npj Materials Degradation 7, 34 (2023). DOI: 10.1038/s41529-023-00348-3