En savoir plus : la lixiviation

Très schématiquement, l‘altération d’un oxyde se décompose en plusieurs réactions élémentaires :

• hydratation de la surface,
• échange entre les protons de la solution et les alcalinoterreux, faiblement liés : apparition d’une pellicule désalcalinisée,
• dissolution du réseau : il s’agit de la réaction limitante.
• formation d’une pellicule d’altération : squelette résiduel (formé des éléments insolubles) ou phases secondaires (éléments dissous et reprécipités)

schématisation des étapes de la lixiviation

En milieu fermé (statique):

• l’altération est d’abord rapide : le déséquilibre thermodynamique entre le matériau et la solution est grand ; on détermine une vitesse initiale maximale d’altération Vo
• l’altération tend à ralentir avec l’augmentation des concentrations en solution : l’approche d’un équilibre thermodynamique se traduit par une vitesse d’altération résiduelle plus faible de plusieurs ordres de grandeur à la vitesse initiale Vo.

L’énergie d’activation traduit la dépendance d’une réaction à la température :

Ea est l’énergie d’activation (kJ/mol)
R est la constante des gaz parfaits
K est un paramètre intrinsèque au matériau
V(T) est la vitesse de la réaction à la température T
T est la température (en°K)

De nombreuses références donnent :

• Ea de l’ordre de 25 à 30 kJ/mol pour les réactions de diffusion
• Ea de l’ordre de 60 à 80 kJ/mol pour les réactions de surface (dissolution)

Dans le cas des vitrifiats, cette propriété permet d’accélérer les réactions et d’obtenir en laboratoire des résultats rapides équivalentes à des périodes de temps de plusieurs mois (voir plusieurs années) à température ambiante.

Quelques vitesses d’altération Vo déterminées en mode Soxhlet (100°C; milieu renouvelé ; eau pure) :

• verre à vitre ou granite : 0,1 g/m²/j à100 °Csoit environ 0,07 nanomètre / jour à25°C(soit plus de 39 000 ans pour altérer 1mm, en rivière par exemple)
• basalte ou verre de stockage des produits de fission (verre nucléaire) : 2 g/m²/j à100°Csoit environ 1,5 nm / jour à25°C
• cristal : 7 g/m²/j à100°Csoit environ 5 nm / jour à25°C
• vitrifiats de REFIOM : de 1 à 10 g/m²/j à 100°C soit environ 1 à 7 nm/j à 25°C