Potentialités des liants silico-magnésiens pour le conditionnement de terres contaminées
La contamination des sols par des substances radioactives constitue un enjeu majeur en matière de santé publique et de protection de l’environnement. Parmi les différentes stratégies envisageables pour la gestion de ces sols pollués, l’excavation des matériaux contaminés ouvre la voie à une réutilisation sécurisée du site. Les terres ainsi extraites, lorsqu’elles sont de faible ou moyenne activité à vie courte, doivent être stabilisées avant leur stockage. Dans ce contexte, le procédé de cimentation est apprécié pour son coût modéré, sa simplicité de mise en œuvre et sa capacité à confiner de nombreux polluants. Toutefois, son application aux sols riches en argile gonflante présente deux limites majeures : une mauvaise ouvrabilité du matériau à l’état frais, et une instabilité volumique à l’état durci. Face à ces contraintes, la thèse propose d’évaluer le potentiel des ciments silico-magnésiens comme alternative aux ciments silico-calciques traditionnels. Ces nouveaux liants suscitent à l’heure actuelle un intérêt croissant, notamment pour la construction en terre crue et le développement de matériaux à faible empreinte carbone.
Dans un premier temps, l’objectif sera d’étudier l’influence de différents paramètres de formulation sur la réactivité et les propriétés des ciments silico-magnésiens. Une étude approfondie des interactions entre les phases cimentaires et les principaux constituants des sols contaminés sera ensuite menée. Enfin, la durabilité des matériaux formulés sera investiguée au moyen d’essais de lixiviation qui alimenteront une modélisation couplée chimie – transport, visant à mieux comprendre les mécanismes de dégradation de ces matériaux et leur évolution à long terme.
Ce projet de recherche s'adresse à un doctorant souhaitant approfondir ses compétences en physico-chimie des matériaux, et contribuer à des solutions innovantes pour la gestion des sols pollués et le développement de liants à faible impact environnemental.
Elaboration et évaluation de la durabilité de membranes multicouches permsélectives à l’eau, applicables à la conversion du CO2 en électro-carburants
L’hydrogénation catalytique du CO2 en carburants est envisagée pour décarboner certains modes de transport difficilement électrifiables. Cependant, certaines des réactions de synthèse envisagées sont thermodynamiquement équilibrées (rendements de conversion du CO2 limités) et une dégradation du catalyseur par l’eau produite par la réaction est observée. L’utilisation de réacteurs membranaires, permettant la séparation de l’eau, est envisagée. Pour cela, le développement de membranes permsélectives à l’eau, sans défauts et résistantes aux conditions de synthèse, est nécessaire. Des études antérieures ont ciblé l’utilisation de membranes zéolithes (LTA et SOD) pour cette application. Cependant la présence de défauts réduit leur sélectivité, et leurs performances se dégradent en fonctionnement. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier le colmatage des défauts des membranes et le dépôt de couches protectrices à leur surface pour améliorer leurs performances et leur durabilité. Pour cela, le dépôt de couches zéolithes permsélectives sera tout d’abord réalisé par voie hydrothermale sur des supports poreux adaptés. Le colmatage des défauts par imprégnation/conversion de précurseurs de silice en milieu CO2 supercritique sera ensuite étudié. Enfin, différentes couches protectrices (zéolithe, oxyde céramique…) seront déposées sur les membranes (voies sol-gel, CO2 supercritique, hydrothermale). Les dépôts seront caractérisés (DRX, MEB, porosimétrie, elipsométrie…) afin de s’assurer de la nature chimique du dépôt, de son épaisseur/homogénéité et de sa porosité. Les performances en perméation de gaz seront évaluées aux différentes étapes d’élaboration et la durabilité des membranes sera étudiée en présence de vapeur d’eau à différentes températures.
Le/la candidat(e) évoluera au sein du Laboratoire des Procédés Supercritiques et Décontamination (Marcoule), et bénéficiera de l’expertise du laboratoire dans les membranes céramiques. L’étudiant(e) interagira avec les techniciens, ingénieurs, doctorants et post-doctorants du laboratoire et échangera avec les collaborateurs du Laboratoire des Réacteurs et des Procédés (Grenoble). Le/la doctorant(e) sera impliqué(e) dans les différentes étapes du projet, la publication des résultats et la présentation de ses travaux dans des conférences. Il/Elle développera de solides connaissances dans les domaines de l’environnement et de l’énergie, ainsi qu’en gestion de projet.
Conditions systémiques pour le développement de l’industrie des batteries en Europe : politiques publiques, écosystème industriel et géoéconomie.
En tant que leader mondial de la neutralité carbone, l’Europe fonde son modèle de développement sur la transition énergétique et a développé des solutions technologiques décarbonées dans de nombreux domaines. Cependant, cette avance politique ne s’est pas toujours traduite par une compétitivité industrielle dans le marché mondialisé malgré des efforts en matière d’innovation. Un déclin industriel a été observé, laissant l’Europe en position de faiblesse sur les marchés internationaux.
L’objectif de neutralité carbone pris par l’Union européenne (UE) à l’horizon 2050 impose une profonde refondation du système énergétique qui mobilisera un ensemble de technologies posant des défis à la fois techniques, économiques mais aussi sociaux.
Les récents bouleversements géopolitiques, tels que les tensions commerciales ou la volatilité des chaînes d’approvisionnement, renforcent l’incertitude pesant sur la géoéconomie mondiale. Face à ces défis, les décideurs cherchent à élargir leur vision stratégique. L’UE a ainsi acté la nécessité d’une autonomie stratégique dans un monde fragmenté dans lequel l’accès à certaines ressources et certains équipements devient plus difficile et pourrait être devenir une arme géopolitique.
La maitrise des chaînes d'approvisionnement européennes afin d’assurer un accès stable à l’énergie et aux ressources critiques dans un contexte de compétition mondiale est dorénavant une priorité politique, qui passe notamment par l’installation de capacités productives des équipements bas-carbone sur le sol européen. L’ensemble de ces objectifs ne pourra être adressé qu’en articulant un ensemble large de mesures politiques, en trouvant un équilibre entre les politiques énergétique, environnementale et industrielle. Or, certaines mesures pourraient entrer en tension avec les politiques mises en œuvre ces dernières décennies pour construire le marché européen de l’énergie, mais aussi celles fondant les relations de commerce et d’investissement.
Dans ce contexte, cette thèse propose un cadre théorique permettant d’analyser les conditions systémiques du développement de l’industrie européenne des batteries, en intégrant les dimensions des politiques publiques, de la souveraineté industrielle et des enjeux géoéconomiques. Elle sera réalisée au sein du pôle Régulation et Organisation de Marchés de l’Énergie (ROME) de l'Institut de recherche et d'études en économie de l'énergie (I-Tésé) du CEA, en partenariat académique avec l’Université Paris Dauphine-PSL.