Maitriser les rejets d’effluents des centrales nucléaires : la R&D d'EDF publie dans la revue Fluid Phase Equilibria

Connaissez-vous l’auteur ?

Alvaro Martinez a rejoint la R&D d'EDF en 2019 pour réaliser une thèse portant sur la distillation transmembranaire pour la valorisation d'effluents industriels, dans le cadre de l’équipe de recherche commune entre la R&D d'EDF et le LRGP - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés - unité mixte CNRS/Université de Lorraine).

Cette thèse a été hébergée au sein du projet Trait’EAU, qui étudie les traitements et technologies à mettre en œuvre sur les circuits d’eau et les effluents, c’est-à-dire les rejets des centrales nucléaires, pour limiter l’impact sur l’environnement des moyens de production nucléaire tout en maintenant ou améliorant leur performance. Depuis 2022, Alvaro est ingénieur chercheur au sein de l’équipe « Chimie et microbiologie de l'eau et de l’environnement ». En avril 2023, il contribue à une publication scientifique sur la détermination expérimentale de la volatilité de l’acide borique pour des températures inférieures à 100°C.

Publication dans la revue Fluid Phase Equilibria

Volatilité de l'acide borique dans l'eau : Nouvelles données expérimentales en-dessous de 373,15K (100°C) et réévaluation des modèles de constantes d'équilibre​​​​​​

Pourquoi le groupe EDF s’intéresse à ce sujet ?​​

L’exploitation des centrales nucléaires requiert l’utilisation de produits chimiques, conduisant à la production d’effluents chimiques liquides ou gazeux. Ces rejets font l’objet d’une analyse d’impact environnemental et sanitaire stricte, encadrée par la réglementation. Leur maîtrise et optimisation est une préoccupation permanente du groupe EDF. Les effluents issus du circuit primaire contiennent notamment de l’acide borique, un produit utilisé pour le pilotage du réacteur, et aussi de l’eau pure nécessaire au fonctionnement des installations. La R&D d'EDF travaille à l’identification et l’évaluation des technologies innovantes de traitement des effluents liquides ainsi que les possibilités de recyclage des substances chimiques et radiochimiques qui s’y trouvent afin de limiter les rejets environnementaux et économiser les ressources utilisées comme intrants pour la production d’électricité dans les centrales. Il est donc nécessaire de mettre au point des procédés permettant de séparer les molécules d’intérêt. La distillation transmembranaire, étudiée dans la thèse d’Alvaro, apparait comme une solution prometteuse et innovante pour la récupération sélective de l’acide borique dans des effluents liquides. C’est un procédé qui repose sur les différences de solubilités/volatilités et sur les propriétés de transfert dans les membranes.

Publication

​​​​​​​La connaissance de la volatilité de l’acide borique est critique pour la prédiction des performances séparatives des procédés thermiques. En-dessous de 100°C, conditions d’intérêt pour EDF, aucune donnée de la littérature n’est identifiée. L’objectif de l’étude est ainsi de caractériser expérimentalement l’équilibre liquide-vapeur de solutions eau/acide borique, dans la gamme de températures < 100°C, et d’identifier le modèle thermodynamique le mieux adapté à la prédiction de l’équilibre.

Un dispositif d’ébulliométrie du laboratoire LRGP a été utilisé pour mesurer la volatilité de l’acide borique entre 60 et 100 °C. L’analyse des concentrations en bore en phase gaz et liquide a été réalisée par ICP optique (« Inductively Coupled Plasma »). Les données expérimentales de la littérature et celles produites dans l’étude ont ensuite été analysées pour évaluer les modèles thermodynamiques. Cette étude a permis d’étoffer très largement la revue des données expérimentales de la littérature et des modèles pour représenter la volatilité de l’acide borique.

Comment EDF va pouvoir utiliser les travaux de cette publication ?

Les données générées par cette étude peuvent être utilisées par EDF pour le design de futurs évaporateurs, impliqués dans le traitement des effluents, et aider à l’opération et amélioration des évaporateurs du parc actuel. Plus largement, la distillation transmembranaire apparait comme une des briques pertinentes à court-terme pour la production d’eau pure à partir d’eaux industrielles. Les travaux sont à poursuivre pour évaluer son utilisation pour la récupération de substances chimiques moins volatiles (comme l’acide borique) ou plus volatiles (comme l’ammoniac) que l’eau, et son utilisation seule ou en combinaison d’autres techniques (osmose inverse, résines échangeuses d’ions). Les données et outils produits durant cette thèse permettront d’alimenter les possibilités de réutilisation de l’eau après épuration des effluents liquides des circuits primaires et secondaires et de produits chimiques (ammoniac, bore) en CNPE (Centre Nucléaire de Production d’Electricité).​​​​​​​