Soutenance de thèse
Décomposition thermique du bitume et des enrobés de sels de nitrates : étude expérimentale-numérique démontrant le potentiel prédictif d’un modèle cinétique (DAEM)
Soutenance de thèse par Ali HODROJ.
- 09h15
- 10 avril 2026
- Auditorium ICSM, Institute Chemistry Séparative De Marcoule, Centre de Marcoule, 30207 Bagnols-sur-Cèze
La thèse a été dirigée par Monsieur Patrick PERRÉ et co-encadrés par Messieurs Nicolas COURTOIS et Simon DELCOUR
Le jury sera composé de :
| Mme Sophie DUQUESNE, Professeure des universités, Centrale Lille Institut, FRANCE | Rapporteuse |
| M. Patrick VAN HEES, Professeur, Lund University, SUÈDE | Rapporteur |
| M. Abdenour AMOKRANE, Ingénieur de recherche, EDF R&D Lab Chatou, FRANCE | Examinateur |
| M. Damien MARQUIS, Ingénieur de recherche, National laboratory of metrology and testing (LNE), FRANCE | Examinateur |
| M. Jose L. TORERO CULLEN, Professeur, University College London, ROYAUME-UNI | Examinateur |
| M. Antony DUFOUR, Directeur de recherche, Université de Lorraine, FRANCE | Examinateur |
Résumé :
Dans les années 1960, le bitume a été choisi par l'industrie nucléaire française comme matrice d'enrobage de certains sous-produits de faible et de moyenne activité radiologique générés lors des procédés de retraitement du combustible nucléaire. Actuellement, en France, plusieurs milliers de colis de déchets bitumés sont entreposés temporairement en attendant leur stockage définitif. La gestion de ces déchets soulève des questions de sûreté, notamment concernant le comportement thermique du bitume, qui est un matériau combustible, et des interactions chimiques qui peuvent avoir lieu avec les déchets incorporés (en particulier les nitrates). Cette problématique fait l'objet d'une démarche de sureté menée par le CEA et Orano, afin de garantir la sûreté des installations et de maîtriser le risque incendie. Les températures de sureté envisagées sont en-dessous des seuils d'inflammation du bitume.
L’analyse de la dégradation thermique et de la combustion des enrobés améliore la compréhension des mécanismes physico-chimiques impliqués au-delà de ces seuils. C’est pourquoi une étude a été menée pour évaluer le comportement thermique et la combustion du bitume pur et d'enrobés bitumineux monosels à base de nitrates. L’objectif de cette recherche s’est articulé autour de deux axes complémentaires : expérimental et numérique. Dans un premier temps, le comportement de thermolyse du bitume pur et de deux enrobés de sels de nitrates modèles (nitrate de magnésium hydraté et nitrate de sodium) a été étudié à l’échelle de la matière à l’aide de la thermogravimétrie couplée à l’analyse thermique différentielle. Un modèle DAEM (Distributed Activation Energy Model) a été proposé pour décrire leur décomposition thermique selon un profil temporel de température donné. Dans un deuxième temps, l’analyse a été étendue à l’échelle du matériau, en étudiant la combustion forcée des matériaux considérés à l’aide d’un calorimètre à cône, dans des conditions bien ventilées et en atmosphère appauvrie en oxygène. L’influence de la concentration en oxygène et du flux thermique incident sur les phases condensées et gazeuses a ainsi été évaluée. Enfin, un modèle de pyrolyse a été développé et implémenté en couplant le DAEM à un modèle de transfert thermique, afin de démontrer son potentiel de changement d’échelle et de permettre la prédiction numérique de la décomposition du bitume sous calorimètre à cône.
Les résultats enrichissent les connaissances sur le comportement thermique et la combustion du bitume et des enrobés bitumineux. Les observations expérimentales permettent d’identifier les principaux processus thermochimiques, tandis que le modèle DAEM décrit avec succès la décomposition thermique et présente une bonne capacité prédictive. Son intégration dans un modèle de pyrolyse unidimensionnel conduit à des prédictions satisfaisantes.