Impact de l'irradiation au très jeune âge des matrices cimentaires sur leur comportement chemo-mécanique à moyen terme

Les matériaux cimentaires sont communément utilisés comme matrice de conditionnement de déchets radioactifs de faible et moyenne activité ; ce processus implique l'exposition de la matrice d'immobilisation aux rayonnements ionisants pendant la prise du liant hydraulique. Actuellement, les quelques données disponibles dans la littérature ne permettent pas de statuer sur un potentiel effet de l'irradiation sur l'hydratation de la matrice cimentaire. L'IRSN s'intéresse par conséquent à l'évaluation de l'impact d'un tel phénomène sur les propriétés chémo-mécaniques du matériau durci.

Dans cette étude, des pâtes pures de silicate tricalcique (C3S-H) et de ciment Portland (CEM I) en cours d'hydratation ont été soumises à un rayonnement gamma, pour un débit de dose de 2,5 kGy/h, pendant 14 jours et à une température de 35°C. La minéralogie, les propriétés mécaniques et la microstructure de chaque matériau ont ensuite été déterminées et systématiquement comparées à deux pâtes témoins analogues, curées respectivement à 20 et 35°C. La minéralogie a été étudiée par RMN, ATG et analyses DRX ; les propriétés mécaniques ont été mesurées par nanoindentation, tandis que la porosimétrie Hg et l'adsorption d'azote ont été utilisés pour les analyses microstructurales.

Les premiers résultats suggèrent que l'impact de l'irradiation gamma sur les propriétés de ces matériaux se limite à une élévation de la température, induisant une augmentation de la cinétique d'hydratation. Néanmoins, des analyses RMN 29Si de polarisation croisée mettent en évidence une quantité d'eau liée moins importante sur la phase majoritaire des pâtes de C3S irradiés, le silicate de calcium hydraté (C-S-H), par rapport à son analogue non-irradié. Enfin, les mesures portant sur la microstructure de ces mêmes échantillons révèlent une diminution de la porosité capillaire accessible, suggérant une quantité moindre d'eau libre pendant la prise des matériaux, un comportement semblable ayant été identifié sur les pâtes de ciment Portland.

La phénoménologie responsable n'est pas encore clairement définie, bien qu'une contribution accrue de la radiolyse sur un système riche en eau pourrait être mise en cause. Des investigations visant à confirmer ces résultats sont en cours, sur des matériaux similaires ayant été irradiés pendant 28 jours.