Dégradation chimique des plastiques dans l'environnement et en contexte de stockage de déchets radioactifs
Cette thèse s'intéresse à la dégradation du polyéthylène (PE) et du chlorure de polyvinyle rigide (PVC), deux plastiques très présents dans notre quotidien, mais également dans les déchets de moyenne activité à vie longue du stockage nucléaire. Lorsque ces matériaux vieillissent ou sont soumis...
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| Autore principale: | |
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| Altri autori: | , , , , |
| Natura: | Thèse numérique |
| Lingua: | Français |
| Pubblicazione: |
2025.
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| Soggetti: | |
| Accesso online: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2025ORLE1092_va.pdf https://theses.fr/2025ORLE1092/abes https://theses.hal.science/tel-05679072 |
| Nota: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU Partenaire(s) de recherche : ISTO - Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Jérôme Ledauphin (Président du jury) ; Pierre Faure, Pierre Adam, Anaëlle Simonneau (Membre(s) du jury) ; Pierre Faure, Pierre Adam (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Chemical degradation of plastics in the environment and in the context of radioactive waste storage |
| Riassunto: | Cette thèse s'intéresse à la dégradation du polyéthylène (PE) et du chlorure de polyvinyle rigide (PVC), deux plastiques très présents dans notre quotidien, mais également dans les déchets de moyenne activité à vie longue du stockage nucléaire. Lorsque ces matériaux vieillissent ou sont soumis à l'irradiation, qu'elle soit naturelle (UV) ou provenant de rayons ionisants (rayonnement), ils peuvent libérer des gaz et des produits solubles dans l'eau, capables d'interagir avec des éléments métalliques ou radioactifs, notamment en les complexant, ce qui les rendraient plus solubles et susceptibles d'être entraînés dans l'environnement. Aussi, comprendre ces mécanismes de transformation est essentiel pour évaluer leur impact non seulement sur l'environnement, mais aussi pour la sécurité des sites de stockage. Ainsi, l'objectif de ce travail est de caractériser les produits libérés et de mieux comprendre les mécanismes chimiques de dégradation du PE et du PVC rigide en contexte de stockage nucléaire, lorsque ces polymères sont exposés à des rayonnements en présence, ou non, de solutions aqueuses. La bibliographie a montré que, si la formation de gaz et la migration de certains additifs sont bien documentées, la majorité des produits hydrosolubles potentiellement formés reste peu étudiée, surtout lorsque l'irradiation est suivie d'une hydrolyse. Des expériences d'irradiation, en présence, ou non, d'eau ont été menées sur différents types de PVC (pur, sanitaire et utilisé dans des laboratoires de l'industrie nucléaire) et sur du PE, en faisant varier le pH des solutions, la température et la dose d'irradiation. Les analyses infrarouges et chromatographiques (GC-MS) ont révélé la formation de nouveaux groupes chimiques, tels que carbonyles, alcools, acides et esters, ainsi que la rupture partielle des chaînes polymériques. Le PVC se dégrade rapidement par déshydrochloruration, libérant des ions chlorure et de l'acide chlorhydrique qui se solubilise rapidement dans les solutions aqueuses, tandis que le PE se dégrade plus lentement, par oxydation progressive et formation de radicaux libres. La production de gaz, notamment d'hydrogène et de dioxyde de carbone, dépend du polymère et du pH du milieu. Enfin, la combinaison de l'irradiation et de l'hydrolyse a montré un effet amplificateur : l'irradiation préalable favorise la rupture des chaînes et la libération de produits hydrosolubles, augmentant le carbone organique dissous et la réactivité des fragments libérés. Dans l'ensemble, ce travail met en lumière la complexité des mécanismes de dégradation du PE et du PVC rigide, et apporte des éléments nouveaux pour comprendre la formation des produits solubles et gazeux. Ces résultats offrent une meilleure compréhension du comportement de ces plastiques dans les environnements naturels et dans les sites de stockage des déchets nucléaires. This thesis focuses on the degradation of polyethylene (PE) and rigid polyvinyl chloride (PVC), two plastics widely used in daily life and in industry and present in intermediate-level long-lived nuclear waste. When exposed to aging or irradiation (natural or ionizing radiation), these materials can release gases and water-soluble compounds that may interact with metals or radioactive elements. These complexations can increase the solubility of these elements, making them more likely to be transported into the environment. Therefore, understanding these processes is essential for anticipating their long-term behavior and potential impact on storage sites and the environment. The main aim of this work is to investigate the chemical mechanisms behind PE and PVC degradation under irradiation and in aqueous conditions, and to identify the compounds released. Previous studies have focused on gas emissions or additive migration, but water-soluble degradation products remain poorly documented, especially when irradiation is followed by hydrolysis. Irradiation experiments were carried out on several types of PVC (pure, sanitary, and nuclear) and on PE, varying parameters such as pH, temperature, and irradiation conditions. Infrared spectroscopy (IR) and GC-MS analyses showed the formation of carbonyls, alcohols, acids, and esters, as well as partial breakdown of polymer chains. PVC proved particularly sensitive, degrading mainly through dehydrochlorination and releasing chloride ions and hydrochloric acid, while PE degraded more slowly via oxidation and radical formation. Gas production, including hydrogen and carbon dioxide, depended on both the polymer and the medium. Finally, combining irradiation with hydrolysis amplified degradation: pre-irradiated polymers released more reactive, water-soluble fragments, increasing dissolved organic carbon and chemical reactivity. Overall, this work highlights the complexity of PE and PVC degradation and provides new insights into the formation of soluble and gaseous products, improving our understanding of plastic behavior in natural and nuclear waste storage environments. |
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| Descrizione del documento: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU Partenaire(s) de recherche : ISTO - Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Jérôme Ledauphin (Président du jury) ; Pierre Faure, Pierre Adam, Anaëlle Simonneau (Membre(s) du jury) ; Pierre Faure, Pierre Adam (Rapporteur(s)) |
| Natura: | Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF |
| Accesso: | Thèse soumise à l'embargo de l'auteur jusqu'au 19 mars 2026 |