Parmi les produits de fission de l’Uranium et du Plutonium, l’iode 129 est un élément radioactif qui a une demi-vie d’environ 16 millions d’années.
De nombreuses études ont donc été menées pour optimiser son stockage dans des couches géologiques profondes, en le piégeant par exemple dans différents matériaux. Une équipe de chercheurs français s’est plus particulièrement intéressée à des matériaux inorganiques de la famille des apatites, qui pourraient permettre de stocker l’iode sous forme iodate. Ces travaux ont été récemment publiés dans une revue de la Royal Society of Chemistry.
Afin d'optimiser les propriétés de ces matériaux, il est nécessaire de connaître les détails de leur structure, notamment à l'échelle moléculaire. Les phases apatites aux iodates avaient déjà été caractérisées par une série de techniques analytiques, dont la diffraction des rayons X sur poudre, la RMN du solide et les spectroscopies infrarouge et Raman. Cependant, ces premières analyses ne permettaient pas d'avoir d'information précise sur l'environnement de l'iode dans le matériau.
Dans ce contexte, les scientifiques ont cherché à caractériser l'environnement local de l'iode au sein des matériaux, au moyen d'études de spectroscopie d'absorption X (EXAFS et XANES), aux seuils K et L3 de l'iode, sur les lignes SAMBA et LUCIA, combinées à des modélisations de calcul théorique (DFT, Théorie de la fonctionnelle de la densité). L’utilisation du rayonnement synchrotron s’est donc avérée nécessaire, et riche en informations. L’analyse des spectres EXAFS obtenus au seuil K de l’iode a révélé en particulier le désordre autour de l’anion iodate, une observation confirmée par des calculs de fonctionnelle de densité (DFT).
FIG 1 : Modèle de la structure d’une apatite substituée aux iodates. L’ion iodate remplace les ions hydroxyle, conduisant à un désordre dans l’empilement des cations calcium.
Fig 2 : Analyse par spectroscopie d’absorption X aux seuils L3 et K de l’iode d’une apatite substituée en iodates.
Comme l’expliquent Lionel Campayo et Danielle Laurencin, « Jusqu’à présent, les phases apatites aux iodates avaient été préparées uniquement sous forme de poudres. Nos recherches portent donc à l’heure actuelle sur leur mise en forme sous forme de monolithes. Ces procédés de mise en forme pouvant conduire à des modifications de l'environnement de l'iode, une campagne d’analyses sur la ligne LUCIA aura lieu prochainement, pour caractériser la structure locale autour des iodates dans ces monolithes. »