Le LIME développe des procédés de synthèse originaux pour la fabrication de matériaux incorporant plusieurs éléments actinides et/ou lanthanides. Ces procédés reposent sur l’utilisation de voies humides et certains mettent en jeu la précipitation de précurseurs cristallisés à basse température.
- Applications aux composés modèles de combustibles nucléaires (oxydes mixtes d’actinides et de lanthanides).
- Applications aux matrices de confinement (monazite-cheralite, xenotime).
- Applications aux phases minérales uranifères et thorifères (coffinite, thorite, brannerite, torbernite...)
Le frittage constitue une étape essentielle lors de la fabrication du combustible nucléaire et apparaît également indispensable dans l’hypothèse de l’utilisation de matrices céramiques pour le conditionnement spécifique de certains radionucléides.
Le LIME a développé une approche multi-échelle visant à étudier les phénomènes élémentaires survenant à l'interface solide/solide au cours du frittage. Au niveau microscopique, la formation de ponts entre les grains a pu être observée in situ. A l’échelle macroscopique, la microstructure du matériau peut être maîtrisée notamment via l’établissement de cartes de frittage.
La détermination de grandeurs liées à la cinétique et à la thermodynamique de dissolution de phases uranifères est primordiale à la compréhension de nombreuses étapes clefs du cycle du combustible nucléaire. En effet, ces grandeurs interviennent dans les procédés d’extraction et de purification de l’uranium, de retraitement du combustible nucléaire ainsi que dans l’évaluation du comportement à long terme de matrices de conditionnement et du combustible usé en conditions de stockage.
Depuis plusieurs années, le LIME a développé une méthodologie d’acquisition des grandeurs cinétiques et thermodynamiques liées à la dissolution de phases d’intérêt. Celle-ci intègre la synthèse de phases pures, l’étude multiparamétrique de leur cinétique de dissolution puis la détermination des constantes thermodynamiques associées à leur solubilité. Cette démarche inclut également le suivi operando de l’évolution des propriétés des interfaces solide/solution en cours de dissolution par des techniques de caractérisation de surface.
La détermination des grandeurs thermodynamiques de formation de plusieurs phases uranifères et thorifères par des expériences de solubilité et de calorimétries fait notamment l’objet d’une collaboration internationale (Prof. A. Navrotsky, UC-Davis, Prof. R.C. Ewing, Université de Stanford et X. Guo, Washington State University).
