La radio-oxydation du PVC, c’est son rayon !
Dans le cadre de ses travaux de recherche, l'Andra accorde chaque année plusieurs bourses de thèses sur des thématiques scientifiques ou technologiques liées à la gestion des déchets radioactifs. Parmi les sujets étudiés : le comportement des déchets au fil du temps en conditions de stockage. Depuis 2018, Mathilde Chantreux, jeune chimiste spécialisée dans les sciences de l’environnement, consacre ses travaux à la question de la dégradation d’un certain type de déchets contenant des plastiques, dans le cadre du projet Cigéo.
Quel a été votre parcours jusqu’à présent ?
Mathilde Chantreux : Après une licence de sciences de l’environnement, j’ai obtenu un master de chimie analytique appliquée à l’environnement. Cela m’a orientée sur des thématiques comme le diagnostic des pollutions. J’ai effectué mon stage de fin d’études en R&D dans une société spécialisée dans la dépollution des sols où j’ai travaillé au développement de procédés de décontamination. A travers la thèse financée par l’Andra, que j’effectue depuis deux ans, j’ai trouvé exactement le type de sujet que je cherchais. J’ai pu revenir à la recherche fondamentale, à des travaux d’analyse.
Quel est précisément le sujet de votre thèse ?
M.C : Dans le cadre du projet de stockage géologique pour les déchets les plus radioactifs, Cigéo, je travaille sur les déchets de moyenne activité à vie longue (MA-VL), et plus particulièrement ceux qui contiennent des polymères comme le PVC(1). Ces déchets vont être stockés, sous la forme de colis, à – 500 m sous terre. Durant l’exploitation du centre de stockage, avec l’action de l’oxygène et de la radioactivité, ils vont se dégrader au fil du temps sous l’effet d’un phénomène appelé radio-oxydation. À long terme, une fois Cigéo fermé et lorsque les alvéoles de stockage seront saturées par l’eau présente naturellement dans le milieu géologique, ils vont également se dégrader. C’est ce qu’on appelle l’hydrolyse. Ma thèse consiste à étudier dans le détail la dégradation des polymères et d’identifier précisément l’ensemble des produits issus de cette dégradation. Ces travaux permettront de consolider l’analyse menée par l’Andra concernant l’effet de ces produits sur le déplacement des éléments radioactifs.
En quoi consistent concrètement vos travaux ?
M.C : Dans un premier temps, il s’agit de simuler la dégradation en condition de stockage et de soumettre des échantillons de PVC à des doses de l’ordre de 1 à 10 mega Gray (le Gray est une unité qui permet de mesurer la dose de radiation absorbée par la matière). Dans un deuxième temps, je cherche à identifier le plus grand nombre de produits de radio-oxydation qui se forment. J’utilise pour cela différentes techniques d’analyses.
Tout d’abord, il faut prélever quelques milligrammes de produit. Une première technique, l’extraction, consiste à mettre ce produit en contact avec un solvant approprié. La dissolution du produit permet d’analyser les molécules présentes. La deuxième technique, appelée chromatographie en phase gazeuse, s’appuie quant à elle sur le fait que les différentes molécules sont plus ou moins volatiles. On va donc les mettre dans une colonne qui permet de séparer les composés en fonction de leur volatilité. On peut ensuite procéder à une détection et une identification par spectrométrie de masse, une technique qui permet de déterminer la structure chimique des molécules par mesure de leur masse et de leur fragmentation.
Les échantillons de PVC, préalablement irradiés, sont ensuite mis en contact avec de l’eau à pH basique afin de recréer les conditions de stockage à long terme. Sous l’effet de l’irradiation et de l’hydrolyse du matériau, des produits de sa dégradation vont se former dans l’eau. Le but est d’identifier le maximum de molécules par différentes techniques analytiques.
Avec qui collaborez-vous ?
M.C : J’utilise ces deux techniques dans le laboratoire de chimie de l’environnement de l’université Aix-Marseille où j’effectue mes recherches. Grâce à la collaboration avec l’Institut de chimie de Clermont-Ferrand, spécialiste des polymères, j’emploie également d’autres procédés qui permettent de caractériser le PVC, comme des techniques d’analyse thermique, la DSC par exemple(2), et des techniques pour identifier des molécules plus grosses (chromatographie d’exclusion stérique).
L’ensemble de mes travaux de recherche est encadré à la fois par mon directeur de thèse et par une scientifique de l’Andra spécialisée dans les matériaux organiques. Elle m’apporte tous les compléments d’information nécessaires, notamment sur la connaissance de la radioactivité, des déchets radioactifs et leur gestion.
Que vous inspire le fait de travailler pour l’Andra et sur le projet Cigéo ?
Cette thèse est le fruit du hasard : mon professeur d’université a répondu à l’appel à projets de l’Andra et m’a proposé le sujet. J’ai découvert les activités de l’Agence à cette occasion. J’ai tout de suite saisi cette opportunité : une chance immense de pouvoir produire des travaux utiles et d’apporter sa pierre à l’édifice. Cigéo représente plus de 30 ans de recherches, c’est un projet au cœur des problématiques environnementales qui concerne les générations futures sur le très long terme !
Après la thèse, quels sont vos projets ?
La chimie appliquée à l’environnement toujours, pas forcément dans le domaine du nucléaire. Je me verrais bien dans un laboratoire d’analyse des pollutions et des contaminations. Mon moteur dans le travail comme dans la vie : chercher à comprendre sans relâche ce qui m’entoure, car je suis obstinée et d’une curiosité sans limite !
(1) Il s’agit notamment des accessoires utilisés lors des activités de maintenance et de fonctionnement de l’usine de retraitement du combustible nucléaire usé. Les matériaux en PVC sont notamment présents dans les filtres de ventilation, des sacs et des manches de boîte à gants.
(2) La DSC (calorimétrie à balayage différentiel) consiste à chauffer les polymères et à mesurer les différences des échanges de chaleur entre un échantillon à analyser et une référence.