Etude de la corrosion du tungstène en milieu cimentaire – Application au conditionnement des déchets du réacteur de fusion ITER

Contexte et objectifs : En France, 35 pays sont engagés dans la construction du plus grand tokamak jamais conçu, un dispositif qui doit démontrer que la fusion — l'énergie du soleil et des étoiles — peut être utilisée comme source d'énergie à grande échelle pour produire de l'électricité sans émission de dioxyde de carbone. Lors de son fonctionnement, l’installation expérimentale ITER génèrera des déchets radioactifs de faible ou moyenne activité pouvant contenir du tungstène métallique sous forme de pièces massives ou de poussières. Ces déchets devront être conditionnés, c’est-à-dire immobilisés dans un matériau cimentaire, pour constituer un colis acceptable dans un site de stockage. L’enjeu principal sera de limiter la corrosion du tungstène dans un tel environnement. Cette dernière s’accompagne en effet de la production de dihydrogène, gaz inflammable pouvant poser des problèmes de sûreté en stockage. L’étude proposée a donc pour objectif d’étudier la corrosion du tungstène métal en milieu cimentaire, en fonction de la composition du liant cimentaire utilisé. Les résultats obtenus permettront de proposer une formulation optimisée pour le conditionnement des déchets du réacteur ITER contenant du tungstène métallique. Déroulement de l’étude : Le stage se déroulera à l'Institut des Sciences et technologies pour une Economie Circulaire des énergies bas carbone (ISEC) du CEA de Marcoule, au sein du Laboratoire de Formulation et Caractérisation des Matériaux Minéraux (LFCM). L’étude sera réalisée sur des systèmes simplifiés non radioactifs. Des pièces métalliques en tungstène seront immergées dans des milieux de corrosion : en première approche, des solutions synthétiques simulant la solution porale des matériaux cimentaires, couvrant une large gamme de pH, seront utilisées. Dans un second temps, les pièces seront enrobées dans des pâtes cimentaires de natures chimiques variées, à base de ciment Portland silico-calcique, de ciments composés, de ciment phospho-magnésien, de ciment brushitique ou encore de géopolymère acide. La corrosion du tungstène sera alors suivie en mettant en oeuvre différentes techniques expérimentales : - suivi pondéral des échantillons métalliques corrodés (gravimétrie), - analyse par ICP-AES de l’évolution de la composition des solutions en contact avec le métal, - mesure des gaz de corrosion par chromatographie en phase gazeuse, - étude du comportement électrochimique du tungstène par spectroscopie d’impédance. Une attention particulière sera également portée à la caractérisation de l’interface métal / solution par des techniques microscopiques. On cherchera à préciser l’influence du pH de la solution de corrosion et de la composition du ciment sur le processus de corrosion du tungstène (vitesse de corrosion, oxydes formés sur la surface). Ce stage s'adresse à un étudiant intéressé par les questions énergétiques, et souhaitant développer ses compétences dans le domaine des matériaux minéraux et métalliques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives pour le conditionnement des déchets radioactifs. Contact : Gabriel Poras, gabriel.poras@cea.fr