Développement de méthodes d’analyses isotopiques et élémentaires sur combustible irradié pour la réduction des quantités de matière.
L’objectif de ce sujet post-doctoral est de mettre au point des méthodes d’analyse pour la réduction globale des quantités de matières associées aux analyses isotopiques multi-élémentaires (actinides et PF) de haute précision de combustibles nucléaires irradiés, notamment par l’utilisation de nouvelles méthodes d’introduction « faibles quantités » sur ICPMS multi collecteur. Ces développements permettront notamment de réduire les quantités de déchets radioactifs (consommables et effluents), le débit de dose et le temps d’exposition analystes/échantillons radioactifs associés à ce type d’analyses.
Pour mener à bien ce projet, le(a) candidat(e) réalisera des développements analytiques en zone contrôlée pour réduire au maximum les quantités d’éléments requis pour analyse tout en maintenant ou en améliorant les niveaux d’incertitudes par comparaison aux méthodes actuellement disponibles.
Méthode analytique miniaturisée dédiée au criblage de molécules candidates pour la capture et l’élimination de radionucléides
Ce projet vise à développer un dispositif miniaturisé multiplexe, dédié au criblage du pouvoir chélatant de molécules potentielles pour la décorporation de certains radionucléides (RN) issus de l’industrie électronucléaire, pour lesquels les traitements actuels ne sont pas satisfaisants. L’objectif est d'accélérer l'identification des molécules chélatantes les plus prometteuses, tout en bénéficiant des gains liés à la miniaturisation comme la consommation de très faibles quantités de molécules et de RN. Lors d'un projet précédent, un monolithe phosphaté de différentes longueurs a été greffé in-situ et caractérisé dans des capillaires de 100 µm de diamètre interne. Les quantités d’UO22+, Zr4+, Sr2+, Co2+, Cs+ et Ag+ immobilisés sur ces phases monolithiques ont été mesurées en ligne par couplage avec l'ICP-MS. Sur la base de ces acquis, le/la candidat.e sera en charge de développer et valider la méthode miniaturisée de criblage avec l’UO22+, pour lequel des données et des molécules chélatantes sont disponibles, d'étendre l’approche prioritairement à Zr4+, Sr2+, Co2+, fabriquer le dispositif microfluidique intégrant les micro-canaux parallèles pour à terme cribler des molécules candidates envers des RN distincts dans un microsystème fluidique unique.
Etude thermodynamique de matériaux photoactifs pour les cellules solaires
Le développement de la production d'énergie électrique par la voie solaire photovoltaïque nécessite la mise au point de nouveaux matériaux pour la conversion du rayonnement solaire en paires électrons-trous. Les pérovskites hybrides organiques-inorganiques (HOIP), de type CsPbI3 avec des substitutions notamment de Cs par des ions formamidinium (FA) et/ou méthylammonium (MA) sont apparues comme des matériaux très prometteurs en termes de performances et de fabrication. Les substitutions de Cs par des éléments comme Rb, de Pb par Sn et I par Br sont également évoquées pour améliorer la stabilité ou les performances. La synthèse et l’optimisation de la composition de couches de tels matériaux nécessitent une meilleure connaissance de leurs propriétés thermodynamiques d'équilibre et de leur stabilité. L'objectif est de construire un modèle thermodynamique du système Cs-Rb-FA-Pb-Sn-I-Br. Le projet a débuté par le ternaire Cs-Pb-I qui a donné lieu à un article [1]. L'étape suivante portera sur le système ternaire Cs-Pb-Br puis sur le quaternaire Cs-Pb-I-Br. La démarche utilise la méthode CALPHAD, centrée sur la construction d'une base de données et d'une formulation analytique de l’énergie de Gibbs des phases, capable de reproduire les données thermodynamiques et de diagramme de phase. Une revue critique des données de la littérature permet d'initialiser cette base de données et d’évaluer les données manquantes qui sont ensuite acquises par des expériences et par des calculs de DFT.
Application de la microfluidique à la séparation d'actinides dans des échantillons nucléaires par chromatographie
L'objectif de ce contrat post-doctoral est le développement d'une méthode de séparation chromatographique des produits de fission, de l'uranium et du plutonium contenus dans des échantillons nucléaires avec un volume de résine réduit d'un facteur 10 au moins. Le travail se concentrera autour de trois axes de recherche.
Le premier axe consistera à optimiser la méthode de séparation miniaturisée. L'influence de la méthode de remplissage du système, de la pression appliquée lors de la séparation et de la composition des éluants sera étudiée en comparant les chromatogrammes obtenus et en calculant les facteurs de décontamination associés. Ces développements seront effectués sur des échantillons simulés puis contenant du plutonium. La maîtrise de l'étape d'ajustement de l'état d'oxydation du plutonium sera ainsi nécessaire pour maximiser les facteurs de décontamination. Un second axe de développement se focalisera sur la conception d'un système simple à utiliser pour l'opérateur et minimisant les étapes de manipulation en boîte à gants afin de diminuer l'exposition aux rayonnements ionisants. L'expérience du laboratoire en conception de montages expérimentaux miniaturisés et en micro-fabrication sera ainsi mise à profit. Le dernier axe de développement consistera à appliquer les développements des deux premiers axes à la détermination de la composition isotopique d'échantillons nucléaires par TIMS ou MC-ICP-MS en zone contrôlée radiologiquement avec des incertitudes de l'ordre du pour-mille.
Investigation Expérimentale et Modélisation Thermodynamique des Phases du Corium Formées lors d’Accidents Nucléaires Sévères (24 mois)
Lors d'accidents graves dans des réacteurs à eau sous pression, le combustible en dioxyde d'uranium (UO2) réagit avec la gaine en zirconium et la cuve en acier, formant un mélange de phases liquides et solides appelé "corium en cuve". En cas de rupture de la cuve, ce corium se propage et réagit avec la dalle en béton pour former le "corium hors cuve". Ce phénomène s'est produit lors des accidents de Tchernobyl et de Fukushima. Pour simuler ces différentes étapes, les codes multi-physiques nécessitent des données thermodynamiques et thermophysiques précises sur les diverses phases du corium. Ce projet vise à combler ce manque de données grâce à des mesures expérimentales et à de la modélisation. Les travaux consisteront à synthétiser des échantillons, à mesurer les températures liquidus et solidus et les densités des liquides, ainsi qu’à caractériser les échantillons à l’aide de techniques avancées. De plus, le dispositif de chauffage laser combiné à la lévitation aérodynamique (ATTILHA) utilisé pour l’acquisition des données sera amélioré. Les résultats expérimentaux seront comparés aux modèles thermodynamiques (base de données TAF-ID), et les écarts seront résolus en utilisant la méthode CALPHAD. Les données thermophysiques seront également validées à l'aide de simulations atomistiques et d'autres techniques de mesure.
Developpement Accéléré de Matériaux résistants aux SELs fondus chlorures
Le développement accéléré de matériaux est un enjeu majeur pour toutes les industries et la résistance à la corrosion est d’autant plus importante pour les problématiques d’économies des ressources. Aussi, ce projet vise à estimer la résistance à la corrosion d’alliages FeNiMnCr dans un sel de chlorure en application aux réacteurs nucléaires à sels fondus en collaboration avec l’’université du Wisconsin qui a largement montré sa compétence dans le développement accéléré de matériaux pour les réacteurs à sels fondus de fluorures et de chlorures. Dans le cadre de ce post-doc, des dizaines d’échantillons d’alliages modèles quaternaires FeNiMnCr seront synthétisés par fabrication additive à l’université du Wisconsin en faisant varier la composition de sorte à cartographier au mieux l’intégralité du tétraèdre de composition. Ces échantillons ainsi qu’une nuance NiCr corrodée dans une large gamme de chimie du sel seront ensuite corrodés au CEA. L’intérêt de ces expérimentations est d’une part d’obtenir en très peu de temps (1.5 ans) une large base de donnée de corrosion sur les alliages FeNiMnCr mais aussi de cribler l’effet d’une large gamme de composition de sel sur un alliage modèle NiCr. Enfin ces expérimentations permettront de cibler les meilleurs matériaux pour étudier leurs mécanismes de corrosion.
Synthèse, caractérisation et modélisation moléculaire des phases M-(A)-S-H
Le principal produit d’hydratation des ciments à base de magnésium et silicate est le silicate de magnésium hydraté (M-S-H), dont la composition évolue avec le temps et les interactions environnementales [réfs. 1,2]. Les rapports Mg/Si varient de 0,67 à 1,5, avec une teneur en eau variable et une possible incorporation d’aluminium. Les modèles atomistiques des phases M-(A)-S-H restent largement inexplorés [réf. 4], et la plupart de leurs propriétés sont encore inconnues, ce qui complique l’établissement de relations composition–propriétés.
Ce projet vise à élucider la structure atomique des silicates de magnésium hydratés (alumino)silicatés (M-(A)-S-H), en combinant techniques expérimentales et simulations atomistiques, et à estimer leurs propriétés mécaniques. L’étude se concentrera sur des compositions de M-(A)-S-H pertinentes pour les applications nucléaires ou les matrices cimentaires bas carbone
Impact de la microstructure dans le dioxyde d’uranium sur de l’endommagement balistique et électronique
Lors de l'irradiation en réacteur, les pastilles de combustible subissent des modifications microstructurales. Au-delà de 40 GWd/tU, une structure High Burnup Structure (HBS) apparaît en périphérie, où les grains initiaux (~10 µm) se subdivisent en sous-grains (~0.2 µm). Près du centre, sous haute température, des sous-grains faiblement désorientés se forment. Ces évolutions résultent de la perte d'énergie des produits de fission, générant des défauts tels que dislocations et cavités. Pour étudier l'effet de la taille des grains sur ces dommages, des échantillons de UO2 nanostructurés seront synthétisés au JRC-K par frittage flash. Des irradiations ioniques seront menées à JANNuS-Saclay et GSI, suivies de caractérisations (Raman, MET, MEB-EBSD, DRX). Le postdoctorat se déroulera au JRC-K, CEA Saclay et CEA Cadarache sous encadrement spécialisé.
Etude thermochimique et thermodynamique des sels fondus chlorures
L’accès à une énergie propre et peu coûteuse semble plus que jamais primordial dans le contexte actuel d’urgence climatique. Plusieurs pistes sont envisagées depuis plusieurs années déjà mais de nombreux verrous technologiques restent à lever pour les concrétiser, tant elles représentent des ruptures technologiques. Que ce soit pour le stockage d’énergie ou les réacteurs nucléaires de 4ème génération, le milieu sel fondu utilisé comme caloporteur et/ou comme combustible est fortement corrosif rendant le choix des matériaux de structure très complexe.
L’objectif du sujet de post-doctorat proposé au sein du Service de Corrosion et du Comportement des Matériaux (S2CM) consiste en une étude approfondie des propriétés chimiques de différents chlorures fondus : le sel ternaire de base (NaCl-MgCl2-CeCl3) mais également celles des potentiels produits de corrosion/ de fission/ d’activation (MxCly avec M=Cr, Fe, Te, Nd, Ni, Mo,…). Les coefficients d’activités et les limites de solubilité de ces éléments métalliques seront déterminés à l’aide de différentes techniques telles que l’électrochimie et la spectrométrie de masse en cellule d’effusion de Knudsen. Cette étude pourra être complétée, en fonction des besoins, par la détermination des températures de transition de phase et des capacités thermiques en utilisant la calorimétrie à balayage différentiel
Optimisation des Phytotechnologies pour la Réhabilitation des Sites Nucléaires Contaminés
Le CEA recrute un(e) post-doctorant(e) pour un projet de recherche visant l’optimisation des phytotechnologies pour la réhabilitation des sites nucléaires contaminés. Cette recherche s’inscrit dans le cadre de la gestion des risques et de la réhabilitation des sols contaminés, en particulier ceux issus du démantèlement des installations nucléaires. Le projet a pour objectif de développer un modèle mécanistique avancé des transferts sol-plante, afin d’approfondir la compréhension de la mobilité des contaminants dans les sols faiblement contaminés et d'optimiser l’usage de plantes adaptées pour stabiliser ces contaminants.