Conditionnement de déchets nucléaires séparés

Depuis 1991, le CEA a inauguré des programmes de recherche visant à optimiser des procédés déjà existants (conditionnement de déchets de haute activité dans le verre), mais visant également la mise au point de matrices spécifiques pour conditionner des déchets séparés. Cette recherche croise alors la route des apatites.
Il se trouve que, sur le site naturel d’Oklo, au Gabon on a récolté, il y a une vingtaine d’années, une variété d’apatite qui renferme des éléments issus de réactions nucléaires naturelles datant de deux milliards d’années.
La caractérisation géochimique de ces matériaux a montré qu’ils ont confiné, sur des périodes de temps géologiques, des éléments radioactifs tout en résistant à des taux d’irradiation élevée, à de hautes  températures et à la lixiviation.
A ce constat, l’idée est venue de se servir des apatites comme matériau de stockage des déchets de haute activité.
Les apatites les plus communes sont la fluorapatite et la l’hydroxyapatite. La fluorapatite est le constituant principal des gisements de phosphate ; l’hydroxyapatite, quant à elle,  constitue la partie minérale des os.

L’étude des apatites a mis en évidence leurs propriétés favorables au conditionnement des déchets radioactifs :
– stabilité en température
– stabilité chimique en milieu aqueux faiblement alcalin
– stabilité sous rayonnement radioactif

Les apatites, en effet, possèdent une structure cristalline dans laquelle les effets de l’irradiation sont réparables : une légère augmentation de température suffit à rendre à leur position initiale les atomes déplacés par la fission. Dans le cas de la matrice apatitique, l’élévation de la température due à la radioactivité des déchets contribue à la régénération de la structure endommagée par l’irradiation.

Les études des apatites naturelles ont permis la définition d’une composition optimale pour les matrices de conditionnement des actinides et ont mené à la synthèse de la britholite silicatée : Ca₉ N(Ln, A)_10-x (SiO₄)_y(PO₄)_6-y F₂ où (Ln, A) simule un lanthanide ou un actinide.