Minerals and design of new waste forms for conditioning nuclear waste

Safe storage of radioactive waste is a major challenge for the nuclear industry. Mineralogy is a good basis for designing ceramics, which could eventually replace nuclear glasses. This requires a new storage concept: separation-conditioning. Basic rules of crystal chemistry allow one to select the most suitable structures and natural occurrences allow assessing the long-term performance of ceramics in a geological environment. Three criteria are of special interest: compatibility with geological environment, resistance to natural fluids, and effects of self-irradiation. If mineralogical information is efficient for predicting the behaviour of common, well-known minerals, such as zircon, monazite or apatite, more research is needed to rationalize the long-term behaviour of uncommon waste form analogs.

RésuméLe stockage sûr des déchets radioactifs est un défi technologique majeur de l’industrie électronucléaire. La minéralogie est une base de réflexion pour élaborer les céramiques qui pourraient éventuellement remplacer les verres nucléaires dans un scénario de séparation-conditionnement. Les règles de la cristallochimie permettent de choisir les meilleures structures, et l’étude des occurrences naturelles des minéraux analogues permet d’estimer les futures performances de ces céramiques dans le milieu naturel pour des échelles de temps géologiques. Trois critères sont particulièrement concernés : la compatibilité avec le milieu géologique, la résistance aux eaux naturelles, et le comportement sous auto-irradiation. Toutefois, le raisonnement minéralogique ne prend tout son intérêt que pour les minéraux courants, dont le comportement est bien connu. Les performances des céramiques à base de zircon, de monazite ou d’apatite peuvent donc être bien évaluées par la minéralogie, alors que celles des matrices se basant sur des minéraux plus rares demandent un effort de recherche plus important pour rationaliser leur comportement à long terme dans le milieu géologique.