Nouveaux composés d'actinide: des précurseurs au matériau modèle – COMP-ACT

La chimie des premiers éléments actinides a connu un regain d'intérêt ces dernières années avec la prise en compte du devenir de certains des déchets nucléaires et de la valorisation du combustible usé. Cet intérêt devrait s'accroître avec les projets de nouveaux réacteurs étudiés dans le cadre du forum Génération IV . Hormis ces aspects appliqués, les actinides sont aussi importants d'un point de vue théorique. En effet, la participation des sous couches 6d et 5f à la liaison chimique leur confère une chimie et une cristallochimie unique. Trois équipes françaises très actives dans ce domaine et échangeant des collaborations bilatérales depuis plusieurs années se sont rassemblées pour proposer ce projet. La complémentarité de ces équipes doit permettre une extension de ces collaborations et générer une véritable synergie permettant d'affirmer le rôle de ce groupe au niveau national et international. Ce projet ambitieux et innovant porte essentiellement sur: i) la synthèse, en utilisant différentes méthodes, de nouveaux composés d'actinides hybrides organique-inorganiques, précurseurs d'oxydes, de carbures (ou de nitrures) simples ou mixtes; ii) leur caractérisation par diffraction X (détermination des structures cristallines) et nombreuses techniques physicochimiques; iii) leur décomposition thermique sous différentes atmosphères et l'étude des étapes intermédiaires conduisant aux oxydes, carbures (ou nitrures) ultimes; iv) l'étude des propriétés physico-chimiques des matériaux tels que l'aptitude au frittage et le comportement vis-à-vis de la dissolution dans le but de modéliser et de quantifier les phénomènes intervenant lors de la dissolution et l'altération avec, en corollaire, la précipitation, la rétention ou le relâchement des radionucléides. Ce projet ne cible pas une étape particulière du cycle du combustible nucléaire, mais concerne l'élaboration et la caractérisation de nouveaux matériaux préparés par des procédés chimiques innovants. Ce projet peut être divisé en deux Work Package selon la classe de matériaux visée: oxydes ou carbures. WP1: Oxydes. Cette partie s'appuie sur l'expérience acquise par les trois équipes sur les oxalates d'actinides. L'obtention de nouvelles structures poreuses sera recherchée en associant l'actinide (ou les actinides) à d'autres di-acides tel que l'acide squarique ou des acides di-, tri-, tetra-carboxyliques. La compensation de charge accompagnant la présence de deux actinides à des degrés d'oxydation différents (An(III) – An(IV) par exemple) sera assurée par la quantité de contre cations présents dans les cavités. La microstructure des oxydes obtenus par décomposition thermique des précurseurs, et par conséquence les propriétés de frittage et de dissolution, sont influencées par la morphologie des précurseurs. Celle-ci dépendant de nombreux facteurs tels que leur composition, leur structure cristalline, le mode et les conditions de synthèse... Ce projet pourrait trouver à long terme des applications dans le domaine de la gestion des actinides dans les cycles du combustible du futur. WP2: Carbures (ou nitrures). Cette étude est totalement innovante. Dans le cadre du programme Génération IV, l'utilisation de carbures mixtes (plus que les nitrures présentant des inconvénients au niveau de l'enrichissement initial de l'azote) en tant que combustible, est envisagée. En effet, ces matériaux présentent de meilleures propriétés thermiques et un taux d'incorporation en termes d'atomes d'actinides supérieur aux oxydes. La voie de référence de préparation de carbures d'actinide est la réduction carbothermique des oxydes à haute température. La part la plus innovante de ce projet est la préparation de carbures à plus basse température. En parallèle avec la synthèse des oxydes (WP1), nous envisageons de préparer des carbures par décomposition thermique de précurseurs riches en carbone (et pauvres en oxygène)). Des ligands donneurs N étant utilisés, la formation de nitrures n'est pas exclue dans