La recombinaison d’hydrogène

Les zéolithes 4A et la recombinaison H2surO2

Comme nous l’avons noté lors de nos expériences et d’après la bibliographie [voir clicours.com], dans le cas des irradiations externes, la recombinaison se manifeste par une diminution du rendement de dégagement de dihydrogène cas des irradiations in-situ, une quasi disparition du dihydrogène et du dioxygène complète et confirme cette recombinaison de H2. tenter d’identifier les facteurs qui en sont à l’origine ou qui l’influencent. Cette analyse nous permettra de proposer des éléments de réponse quant aux rôles joués par les zéolithes sur la recombinaison H2/O2 permettant d’établir une relation liant les paramètres d’influence à son temps de déclenchement. Dès la fin des années 80, les résultats obtenus par Nakashima et al. [24] permettent déjà de proposer une recombinaison du dihydrogène produit lors de la radiolyse de l’eau adsorbée dans des zéolithes A. La Figure II-1 représente les quantités de dihydrogène dégagées en fonction du dépôt d’énergie dans des systèmes zéolithes 5A/eau exposés à des irradiations gamma. Les auteurs ont étudié le comportement des zéolithes pour quatre taux de chargement différents, de 4, 6, 9 et 17%. Chaque point de la Figure II-1 représente une irradiation suivie d’une analyse de gaz permettant de quantifier le dégagement de dihydrogène. Celui-ci augmente linéairement avec la dose déposée pour l’échantillon hydraté à un taux de chargement proche de la saturation en eau (dans les conditions de l’étude).

Nous avons observé le même phénomène à faible débit de dose, lorsque les zéolithes 4A contenant différentes quantités d’eau sont exposées au 137Cs (5,4 Gy.min-1). Néanmoins, il se manifeste différemment, puisque nous avons irradié un même échantillon à plusieurs reprises, en éliminant les gaz de radiolyse entre deux irradiations consécutives (chapitre 2). Notre mode opératoire nous permettait En éliminant le dihydrogène dégagé entre deux irradiations consécutives (durée d’exposition identique), nous avons observé une augmentation linéaire du dégagement de H2 avec le dépôt cumulé d’énergie. L’augmentation du dépôt d’énergie instantané permet de déterminer quelle est l’influence de l’élimination de H2. En effet, une irradiation plus longue s’apparente à deux irradiations courtes consécutives, entre lesquelles le dihydrogène ne serait pas éliminé. Lorsque nous avons augmenté le temps d’irradiation, c’est-à-dire le dépôt instantané d’énergie, nous avons observé une diminution de Aussi, puisque nous avons occasionnellement fait varier le temps d’irradiation pour cinq systèmes, nous pouvons représenter le dégagement de dihydrogène pour une irradiation en fonction du dépôt d’énergie instantané dans l’ensemble zéolithe 4A/eau à chaque exposition (Figure II-2). Les résultats des analyses de gaz ainsi présentés pour cinq des échantillons exposés au 137Cs sont très similaires à ceux de Nakashima et al. [24] : le dégagement de dihydrogène augmente linéairement avec le dépôt instantané d’énergie lorsque la zéolithe est saturée en eau (Figure II-2). Au contraire, lorsque les échantillons sont partiellement hydratés, une inflexion est observée. Le rendement radiolytique instantané de dégagement de H2 diminue avec le dépôt d’énergie instantané. Ces résultats semblent mettre en évidence un lien existant entre la recombinaison de H2 et le taux de chargement en eau.

La recombinaison du dihydrogène est révélée par le résultat des analyses de gaz. Ces analyses mettent en évidence une diminution conjointe de la quantité de dioxygène, indiquant que la recombinaison a lieu entre H2 et O2 (Annexe 4). L’enregistrement de la pression dans les réservoirs étanches qui contiennent les zéolithes et l’eau adsorbée, traduit l’évolution de la quantité de matière totale des espèces qui se présentent sous forme gazeuse. Elle est calculée en utilisant la loi des gaz parfaits (Figure II-3). Elle présente des diminutions qui ne sont pas associées à des prélèvements de gaz grâce à l’enregistrement de la pression dans l’ensemble des réservoirs et de la température. L’évolution de la quantité de matière est détaillée dans le second chapitre, pour chacun des systèmes, caractérisé par un taux de chargement en eau à une activité volumique donnée. La Figure II-3 regroupe le suivi de la quantité de matière au cours du temps dans les quatre réservoirs ayant subi une recombinaison H2/O2. Celle-ci nécessite plusieurs jours, ce qui indique qu’il ne s’agit pas d’une combustion, qui expliquerait la diminution, voire la disparition de H2 et O2, mais qui serait quasiment instantanée. Pour les zéolithes les plus faiblement chargées en eau tritiée (4,1% et 7,8% pour l’activité volumique la plus basse, 4,6% pour l’activité volumique la plus élevée) aucun dégagement de H2 ou de O2 n’est mis en évidence. Cette observation est cohérente avec le lien qui se dessine entre le délai avant recombinaison et le taux de chargement en eau. Plus la zéolithe est chargée en eau, plus la recombinaison est retardée. Aussi, nous pouvons supposer que pour les taux de chargement les plus faibles, la recombinaison de H2 prédomine rapidement sur la décomposition de l’eau. Elle est alors quasiment instantanée et aucun gaz issu de la décomposition radiolytique de H2O n’est dégagé en quantité suffisante pour être détecté.