Spéciation de l’uranium dans des particules micrométriques par spectrométrie micro-Raman et microscopie électronique à balayage
 
Fabien POINTURIER, Olivier MARIE
CEA, DAM, DIF, 91297 Arpajon

Les laboratoires d’analyse de traces du CEA / DAM – Ile de France (Arpajon, France) mesurent la composition isotopique de l’uranium présent dans des particules micrométriques, dans le cadre des programmes de surveillance de l’environnement des centres CEA et de lutte contre la prolifération nucléaire. Cependant, la détermination de la forme chimique sous laquelle se trouve l’uranium (spéciation) représente également une information précieuse, qui définit la capacité de l’uranium à migrer plus ou moins rapidement dans l’environnement ou qui permet d’identifier  le procédé industriel mis en œuvre dans une installation nucléaire (raffinage, conversion, fabrication du combustible, retraitement, etc.).
 
La spectrométrie micro-Raman fournit des informations moléculaires et structurales sur des micro-objets avec une résolution spatiale de l’ordre du micromètre. Bien que les composés de l’uranium, hautement fluorescents, sensibles à la chaleur produite par le laser, et caractérisés par un système U–O particulièrement complexe, soient difficiles à analyser en spectrométrie Raman, des bandes Raman spécifiques pour les principaux composés de l’uranium utilisés dans l’industrie ont pu être mises en évidence. Nous avons montré que ces signatures caractéristiques sont retrouvées pour des particules micrométriques. Ces dernières sont déposés sur un disque de carbone et sont repérées à l’aide d’un microscope électronique à balayage (XL30, FEI) équipé d’un logiciel de recherche automatique des particules par seuillage de numéro atomique (GSR – Gun Shot Residue). Le disque est ensuite transféré dans le spectromètre Raman (InVia, Renishaw), les particules relocalisées à l’aide d’un algorithme de repositionnement puis analysées. Pour des particules de taille inférieure à 3 µm, trop petites pour être relocalisées avec une précision suffisante, nous utilisons un dispositif de couplage entre le MEB et le spectromètre micro-Raman (SEM-SCA, Renishaw) qui permet d’effectuer l’analyse Raman à l’intérieur du MEB.

Au cours de cet exposé, nous décrivons les techniques mises en œuvre, leurs performances et limitations et présentons plusieurs applications de la spectrométrie micro-Raman, hors et avec couplage avec le MEB, à des microéchantillons de matière nucléaire.