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Chimie des actinides et lanthanides en solution

Dernière mise à jour : vendredi 21 septembre 2018, par Olivier COURSON

Responsable scientifique : Maria Boltoeva

Ces derniers temps, les liquides ioniques sont considérés comme des solvants capables de remplacer des composés organiques volatils traditionnellement utilisés dans des procédés de séparation liquide-liquide. Les liquides ioniques présentent un intérêt croissant grâce à leurs propriétés physico-chimiques remarquables : ils ont une très faible pression de vapeur saturante et ensuite la perte du solvant par évaporation peut être négligeable, ils sont non inflammables et représentent une grande stabilité thermique, chimique et radiolytique.
En outre, le choix du cation et de l’anion du liquide ionique permet d’ajuster un nombre de leurs caractéristiques pour chaque application particulière.

Dans le solvant considéré la réactivité des métaux dépend principalement de leur spéciation. Il est donc important d’étudier la solvatation et les réactions de complexation des métaux dans les liquides ioniques pour utiliser au mieux ces solvants dans divers procédés.

Nous études à la fois fondamentales et appliquées portent d’une part sur la solvatation et la complexation des actinides, lanthanides et autres métaux lourds dans les phases organiques d’extraction, et d’autre part sur l’utilisation des solvants ioniques dans des procédés d’extraction liquide-liquide des métaux.

L’enjeu majeur est de pouvoir réaliser un « tri » ionique poussé des métaux qui nécessite une forte exigence pour le traitement des déchets de façon à minimiser les rejets métalliques. Les plus grands verrous scientifiques associés à l’extraction en phase liquide, portent sur la sélectivité du procédé car les effluents issus de ces traitements sont souvent complexes, contenant des ions métalliques à des concentrations variées avec des propriétés physico-chimiques différentes.

Notre objectif est d’explorer les nouvelles voies de l’optimisation du procédé hydrométallurgique du retraitement des combustibles, notamment pour la séparation sélective des actinides et lanthanides.

Au-delà du domaine nucléaire, la séparation sélective est d’importance pour différents procédés, par exemple, pour le recyclage sélectif des métaux « stratégiques ».

Activités scientifiques

Les axes principaux de recherche et d’études sont :

1. Chimie des actinides, lanthanides et produits de fission en solution, y compris en milieu liquide ionique (aspects fondamentaux de solvatation, complexation, mécanisme d’extraction, échanges d’espèces aux interfaces liquide/liquide…) ;
2. Développement de systèmes d’extraction liquide-liquide avec des « solvants verts » (liquides ioniques, mélanges eutectiques profonds) en tant que remplaçants des solvants organiques pour la séparation et récupération des métaux, radioactifs ou non.

Collaborations

• Groupe ACE, Institut de Physique Nucléaire de Lyon (UMR 5822)
• Laboratoire d’Electrochimie et de Physicochimie des Matériaux et des Interfaces - Grenoble (UMR 5279)
• Institut Lumière Matière - Villeurbanne (UMR 5306)
• Chimie de la Matière Complexe - Strasbourg (UMR 7140)
• Cyclotron Institute, Texas A&M University, Etats-Unis
• Académie des Sciences de Russie

Publications récentes

1. M. Boltoeva, C. Gaillard, S. Georg, V.K. Karandashev, and A.N. Turanov, Speciation of uranium(VI) extracted from acidic nitrate media by TODGA into molecular and ionic solvents, Sep. Purif. Technol. 2018, 203, 11-19. DOI : 10.1016/j.seppur.2018.04.003
2. D. Ternova, A. Ouadi, V. Mazan, S. Georg, M. Boltoeva, V. Kalchenko, S. Miroshnichenko, I. Billard, C. Gaillard, New ionic liquid based on the CMPO pattern for the sequential extraction of U(VI), Am(III) and Eu(III), J. Sol. Chem., 2018, 47(8), 1309-1325.DOI : 10.1007/s10953-018-0730-3
3. E. Tereshatov, M. Boltoeva and C. M. Folden III, First Evidence of Metal Transfer into Hydrophobic Deep Eutectic and Low-Transition-Temperature Mixtures : Indium Extraction from Hydrochloric and Oxalic Acids, Green Chem., 2016, 18, 4612-4622. DOI : 10.1039/C5GC03080C
4. A. Melchior, C. Gaillard, S. G. Lanas, M. Tolazzi, I. Billard, S. Georg, L. Sarrasin, and M. Boltoeva, Nickel(II) Complexation with Nitrate in Dry [C4mim][Tf2N] Ionic Liquid : A Spectroscopic, Microcalorimetric, and Molecular Dynamics Study, Inorg. Chem., 2016, 55 (7), 3498-3507. DOI : 10.1021/acs.inorgchem.5b02937
5. C. Gaillard, M. Boltoeva, I. Billard, S. Georg, V. Mazan, A. Ouadi, D. Ternova and C. Hennig, Insights into the Mechanism of Extraction of Uranium (VI) from Nitric Acid Solution into an Ionic Liquid by using Tri-n-butyl phosphate, ChemPhysChem, 2015, 16, 2653–2662. DOI : 10.1002/cphc.201500283