Etude de la précipitation quantitative de l’uranium(VI) et du plutonium(IV) en milieu acide nitrique par de nouveaux ligands organiques
(Study on the quantitative precipitation of uranium(VI) and plutonium(IV) in nitric acid medium by new organic ligands)

Thèse confidentielle jusqu'au 16/11/2023.
URL d'accès : http://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupver...

Auteur(s):  Loubert, Gaël
Date de soutenance : 16/11/2018
Éditeur(s) : Université Lille1 - Sciences et Technologies 

Langue : Français
Directeur(s) de thèse :  Loiseau, Thierry ; Arab-Chapelet, Bénédicte
Laboratoire : Unité de catalyse et chimie du solide (UCCS)
Ecole doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq)

Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie
Discipline : Molécules et Matière Condensée
Mots-clés : N-Cyclohexylpyrrolidone
Combustibles nucléaires irradiés -- Traitement
Dioxyde d'uranium
Octaoxyde de triuranium
Oxydes de plutonium
Précipitation (chimie)
Structure cristalline (solides)
Rayons X -- Diffraction
Ligands
Oxalique, Acide
Pyrrolidones -- Dérivés

Résumé : Devant la baisse des ressources naturelles en uranium et la croissance élevée de besoin en énergie, les centrales nucléaires de quatrième génération de type RNR, permettant le multi-recyclage de l’uranium et du plutonium, peuvent être une solution industrielle adaptée. Toutefois, ces évolutions modifient potentiellement le procédé de retraitement des combustibles usés. De plus, la précipitation conjointe U(VI)/Pu(IV) sans ajustement valentiel pourrait permettre de répondre aux exigences de performance et de sûreté. Dans ce contexte, ces travaux s’intéressent à la recherche de nouveaux ligands organiques permettant la précipitation quantitative de l’uranium(VI) et du plutonium(IV) en milieu acide nitrique. Parmi les molécules identifiées, le mélange acide oxalique/NCP a été employé pour une précipitation de ces deux actinides. La caractérisation du solide obtenu a été entreprise afin d’identifier les structures et les morphologies des précipités. Les mesures de solubilité au cours du temps ont permis d’évaluer leurs cinétiques de précipitation très rapides et leur forte insolubilité. Enfin, le traitement thermique des précipités aboutit à la formation d’oxydes d’actinides dont les propriétés répondent aux exigences de l’étape de mise en forme du combustible. Ainsi, l’ensemble de ces études a conduit à identifier de nouveaux ligands organiques capables de précipiter massivement l’uranium(VI) en milieu nitrique. L’extension des résultats au plutonium(IV) a permis de proposer un procédé de conversion innovant de ces deux actinides en milieu nitrique et sans ajustement valentiel, respectant les critères du cahier des charges des combustibles pour la génération IV de réacteurs.


Résumé (anglais) : Due to the uranium natural resource depletion and the high growth in energy requirements, the fourth-generation nuclear power plants, with FNR, which involve the uranium and plutonium recycling, can be a future appropriate industrial route. Nonetheless, these evolutions modify potentially the spent fuel reprocessing. Furthermore, U(VI) and Pu(IV) precipitation, without any valency adjustment, would provide an answer to the efficiency and safety demands. In this context, the present work is interested in new organic ligands research allowing the quantitative precipitation of uranium(VI) and plutonium (IV) in a concentrated acid medium. The whole studies led to the identification of new organic ligands, and these new ligands are able to massively precipitate uranium(VI) in a nitric acid medium. Among these identified molecules, the oxalic acid/NCP ligands association has been used to precipitate both of these two actinides. A determination of the precipitate has been done in order to identify the structures and the morphologies of the precipitate. The solubility measurements over time have allowed to assess the fast precipitating kinetic and the very low solubility of the precipitated component. Finally, the thermal treatment of the precipitate gives rise to the formation of actinides oxides whose properties match the requirements of the fuel shaping step. The extension of these results made it possible to offer an innovating conversion process of both actinides in a nitric acid medium and that without any valency adjustment, which fit to all the conditions of the requirement specifications of the spent fuel reprocessing for the fourth generation of nuclear reactors.


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