Etude de la corrosion du fer à l'interface de différents milieux (eau, air) soumis à l'irradiation de protons
Résumé
During the deep geological disposal, stainless steel containers of the vitrified waste will be put in carbon steel overpacks. After the closing of the storage site, overpacks will be in contact with a humid air and a radioactive medium. After hundred years, overpacks could be in contact with water radiolysis in an anoxic medium.
In this context, my PhD work is a fundamental study which is the understanding of the corrosion mechanisms of pure iron under proton irradiation. This corrosion is affected by the contact of iron with different atmospheres (air, nitrogen) and water.
In the case of the atmospheric iron corrosion under irradiation, we have study the influence of the proton beam flux. During this work, we have characterized the structure of the oxides formed at the iron surface. The structure formed doesn't correspond to iron oxides and hydroxides indexed. However, we have shown that the oxide structure is close to that of lepidocrocite and bernalite. Moreover, we have determined the oxygen diffusion coefficient in iron under irradiation and we have shown that the irradiation accelerates of 6 orders of magnitude the iron corrosion.
In addition, the irradiations which were realized in different gas have put in evidence the negligible role of nitrates, and the importance of the O2/H2O coupling on the iron corrosion. Finally, we have shown the influence of the relative humidity, the maximum of the corrosion being observed for a relative humidity close to 45%.
In the case of the iron corrosion in aqueous media under irradiation, the influence of the oxygen dissolved in water has been studied using a surface marker. We have put in evidence that the corrosion is twice more significant in aerated medium than in deaerated medium. Moreover, the influence of radicals has been shown. An irradiated sample is more corroded than a sample put in contact with a H2O2 solution. Finally, the follow-up of the iron potential under irradiation have shown the majority role of the oxidant radicals on the iron corrosion.
In this context, my PhD work is a fundamental study which is the understanding of the corrosion mechanisms of pure iron under proton irradiation. This corrosion is affected by the contact of iron with different atmospheres (air, nitrogen) and water.
In the case of the atmospheric iron corrosion under irradiation, we have study the influence of the proton beam flux. During this work, we have characterized the structure of the oxides formed at the iron surface. The structure formed doesn't correspond to iron oxides and hydroxides indexed. However, we have shown that the oxide structure is close to that of lepidocrocite and bernalite. Moreover, we have determined the oxygen diffusion coefficient in iron under irradiation and we have shown that the irradiation accelerates of 6 orders of magnitude the iron corrosion.
In addition, the irradiations which were realized in different gas have put in evidence the negligible role of nitrates, and the importance of the O2/H2O coupling on the iron corrosion. Finally, we have shown the influence of the relative humidity, the maximum of the corrosion being observed for a relative humidity close to 45%.
In the case of the iron corrosion in aqueous media under irradiation, the influence of the oxygen dissolved in water has been studied using a surface marker. We have put in evidence that the corrosion is twice more significant in aerated medium than in deaerated medium. Moreover, the influence of radicals has been shown. An irradiated sample is more corroded than a sample put in contact with a H2O2 solution. Finally, the follow-up of the iron potential under irradiation have shown the majority role of the oxidant radicals on the iron corrosion.
Lors du stockage en site géologique profond, les conteneurs de déchets vitrifiés en acier inoxydable seront placés dans des surconteneurs en acier faiblement allié. Après la fermeture du site de stockage, ces surconteneurs seront dans un milieu radioactif contenant de l'air humide. Puis, après une centaine d'années, les surconteneurs seront probablement soumis aux effets de la radiolyse de l'eau en milieu radioactif anoxique.
Dans ce contexte, mon travail de thèse est une étude fondamentale dont le but est de mieux comprendre les mécanismes de corrosion du fer pur sous irradiation de protons au contact de différentes atmosphères (air, azote) et de l'eau.
Dans le cas de l'étude sur la corrosion atmosphérique du fer sous irradiation, nous avons tout d'abord étudié l'influence du flux et de la fluence du faisceau de protons. Lors de ce travail, nous avons caractérisé la structure des oxydes formés à la surface du fer. Le composé formé ne correspond à aucun oxyde ou hydroxyde de fer tabulés. Toutefois, sa structure est proche de celles de la lépidocrocite et de la bernalite. Nous avons, de plus, déterminé le coefficient de diffusion de l'oxygène dans le fer sous irradiation et ainsi montré que l'irradiation accélère de 6 ordres de grandeurs la corrosion. D'autre part, les irradiations effectuées dans différents gaz ont permis de mettre en évidence le rôle négligeable des nitrates et l'importance du couplage O2/H2O sur la corrosion du fer. Enfin, l'influence de l'humidité relative a été démontrée, le maximum de corrosion ayant lieu pour une humidité relative voisine de 45%.
Dans le cas de l'étude sur la corrosion du fer en milieu aqueux sous irradiation, l'influence de l'oxygène dissous dans l'eau a été étudiée à l'aide d'un marqueur de surface. Nous avons mis en évidence que la corrosion est deux fois plus importante en milieu aéré qu'en milieu désaéré. De plus, l'influence des radicaux a été mise en évidence. Un échantillon irradié est beaucoup plus corrodé qu'un échantillon mis en contact avec une solution de H2O2. Enfin, le suivi du potentiel du fer sous irradiation nous a montré que ce sont les radicaux oxydants qui participent majoritairement à la corrosion.
Dans ce contexte, mon travail de thèse est une étude fondamentale dont le but est de mieux comprendre les mécanismes de corrosion du fer pur sous irradiation de protons au contact de différentes atmosphères (air, azote) et de l'eau.
Dans le cas de l'étude sur la corrosion atmosphérique du fer sous irradiation, nous avons tout d'abord étudié l'influence du flux et de la fluence du faisceau de protons. Lors de ce travail, nous avons caractérisé la structure des oxydes formés à la surface du fer. Le composé formé ne correspond à aucun oxyde ou hydroxyde de fer tabulés. Toutefois, sa structure est proche de celles de la lépidocrocite et de la bernalite. Nous avons, de plus, déterminé le coefficient de diffusion de l'oxygène dans le fer sous irradiation et ainsi montré que l'irradiation accélère de 6 ordres de grandeurs la corrosion. D'autre part, les irradiations effectuées dans différents gaz ont permis de mettre en évidence le rôle négligeable des nitrates et l'importance du couplage O2/H2O sur la corrosion du fer. Enfin, l'influence de l'humidité relative a été démontrée, le maximum de corrosion ayant lieu pour une humidité relative voisine de 45%.
Dans le cas de l'étude sur la corrosion du fer en milieu aqueux sous irradiation, l'influence de l'oxygène dissous dans l'eau a été étudiée à l'aide d'un marqueur de surface. Nous avons mis en évidence que la corrosion est deux fois plus importante en milieu aéré qu'en milieu désaéré. De plus, l'influence des radicaux a été mise en évidence. Un échantillon irradié est beaucoup plus corrodé qu'un échantillon mis en contact avec une solution de H2O2. Enfin, le suivi du potentiel du fer sous irradiation nous a montré que ce sont les radicaux oxydants qui participent majoritairement à la corrosion.