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.
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.
Capteurs électrochimiques à base de diamant pour le contrôle de la pollution de l'eau en milieux urbains
Ce postdoc est proposé par le CEA List dans le cadre du projet européen UrbaQuantum (« A novel, integrated approach to urban water quality monitoring, management and valorisation ») de l’appel à projet HORIZON-CL6-2024-ZEROPOLLUTION-02. Ce projet a pour objectif principal de développer, en réponse aux contexte des changements climatiques, des capteurs, des modèles et des protocoles pour une meilleure gestion du cycle de l’eau en milieux urbains.
Le post-doctorant au sein du Laboratoire Capteurs et Instrumentation pour la Mesure (LCIM) du CEA List contribuera au développement des capteurs électrochimiques à base de diamant de synthèse et des protocoles de mesure associés pour la détection de polluants de types pharmaceutiques, métaux lourds, PFAS et pesticides. Ces capteurs seront miniaturisés et intégrés dans une cellule microfluidique, en partenariat avec le CEA-Leti, puis testés en conditions réelles sur le terrain.
Microsystème séparatif couplé à la spectrométrie de masse pour la purification et la caractérisation en ligne d’échantillons nucléaires
La miniaturisation d’étapes analytiques communément effectuées en laboratoire présente de nombreux avantages et en particulier dans le secteur nucléaire, pour lequel la réduction de consommation de matières et de production de déchets est d’intérêt majeur. Dans ce contexte, un des axes du laboratoire est la miniaturisation d’outils analytiques, notamment de techniques séparatives par chromatographie.
Dans ce projet, il s’agira de réduire l’échelle des étapes de purification d’échantillons nucléaires par chromatographie d’extraction sur phase solide, en amont des processus d’analyse. L’obtention de ces dispositifs d’extraction miniaturisés repose sur la synthèse et l’ancrage in situ de monolithes dans les canaux de microsystèmes en copolymère d’oléfine cyclique (COC). Ce matériau étant chimiquement inerte, des stratégies de fonctionnalisation du COC sont en cours de développement au laboratoire pour greffer de façon covalente des sites réactifs à sa surface, avant d’ancrer localement des monolithes spécifiques des actinides aux parois des micro-canaux. L'objectif est de concevoir et fabriquer des microsystèmes d’extraction chromatographique en COC, de les mettre en œuvre pour des purifications chimiques et des mesures par spectrométrie de masse, hors ligne et en ligne
Développement d'analyses en ligne pour les actinides en solution
La quantification des actinides présents dans les solutions issues des procédés mis en oeuvre sur le site de Valduc est un enjeu fort pour le CEA qui propose de développer une stratégie d’analyse en ligne.
L'approche chimiométrique basée sur des mesures en spectrophotométrie UV-Visible-NIR a démontré son efficacité pour l’analyse de solutions contenant du plutonium en milieu acide nitrique. Ces études ont été menées dans le cadre d'un précédent contrat post-doctoral.
La présente offre propose de poursuivre le développement de cette approche chimiométrique, de façon à étendre la compatibilité du modèle à d’autres configurations analytiques (concentrations et spéciations des actinides différentes) et à en optimiser les paramètres. En complément, des essais par spectrométrie gamma seront conduits pour pallier les limitations de la spectrophotométrie. Le(la) post-doctorant(e) aura également en charge l’implantation des moyens d’analyse développés sur une ligne de procédé ainsi que l’évaluation des performances dans cette configuration.
Développement d’une méthode automatisée de transfert et d’analyse du xénon
le CEA/DAM s’intéresse à la mesure de certains gaz rares comme les isotopes radioactifs du xénon qui sont émis vers l’atmosphère lors de divers événements nucléaires. Il a développé ainsi des systèmes de prélèvement et traitement d’échantillons concentrés en gaz rares dans le cadre du système de surveillance international du Traité d’Interdiction Complète des Essais nucléaires (TICE). C’est dans ce cadre que le CEA/DAM a développé depuis le début des années 2010 une méthode basée sur la cryo-condensation permettant d’une part de transférer le contenu d’une archive vers une cellule de mesure de spectrométrie gamma avec un fort rendement (supérieur à 50 %) et d’autre part d’analyser la teneur en Xe stable afin de déterminer l’activité volumique de l’échantillon. La principale faiblesse de la méthode actuelle est le fait que celle-ci soit peu automatisée et requiert la présence d’un opérateur pour une part significative des opérations (contrôles qualité, tests d’étanchéité, transfert de l’échantillon, …). l’objectif principal de cette étude est donc de contribuer à développer et valider une nouvelle méthode de transfert et d’analyse du Xe qui puisse être automatisée.
Mousses de lixiviation pour l’extraction de métaux des déchets électroniques
Le sujet s’insère dans le projet ANR "Foamex" couvrant les TRL 1 à 5 sur une développement de recyclage des métaux majoritaires d’un broyat de cartes électroniques, ce recyclage s’effectuant dans une mousse fluide (minimisation du volume de solvants) que l’on peut considérer au premier niveau comme une colonne de chromatographie dynamique. Le principe étant d’utiliser la mousse comme un réservoir contenant une solution acide et des agents oxydants spécifiques pour dissoudre et extraire les métaux sous forme d’espèces ioniques, un phénomène exalté par la friction entre bulles et simultanément de les concentrer via les interfaces liquide/air fluides et mobiles par entrainement.
Développement de méthodes de quantification de l’U dans des cellules exposées à l’uranium
Ce projet s’intègre dans le programme transversal TOXICOLOGIE, mené par le CEA, dont la vocation est d’aborder par des approches pluridisciplinaires les effets potentiels sur le Vivant d’éléments d’intérêt stratégique pour le CEA. L’objectif est d’aider à la compréhension des mécanismes de toxicité et du comportement de l’uranium, en cohérence avec sa spéciation dans des cellules en culture. En effet, la spéciation des éléments gouverne leur biodisponibilité, leur accumulation, leur biodistribution, leur toxicité, leur détoxification et leurs mécanismes d’interaction au niveau moléculaire.
Le sujet de ce stage post doctoral (12 mois) consistera à :
- Mettre au point des méthodes de quantification de l’U accumulé dans les cellules ainsi que des teneurs d’éléments traces endogènes après exposition des cellules à de l’uranium.
- Développer des méthodes de détermination de la composition isotopique précise de l’U dans les cellules après exposition.
Le candidat sera en charge de développer des méthodes de purification chimique et de mesure pour les analyses élémentaires et isotopiques précises. Les analyses seront réalisées à l’aide de spectromètres de masse à source à plasma inductif quadripolaire (ICP-MS Q) ou multi-collection de dernière génération (ICP-MS MC), afin d’atteindre des incertitudes les plus faibles possibles.
Capteurs de gaz à base de nanoparticules de diamant et de matériaux nanoporeux dopés de molécules-sondes
Il s’agit de réaliser des capteurs à ondes acoustiques de surface (SAW) sensibles et sélectifs pour détecter de très faibles concentrations de composés gazeux (< 100 ppb). La stratégie pour accroître la sensibilité de la couche guidante repose sur l’utilisation, comme couche guidante, de nanoparticules de diamant chimiquement modifiées et déposées en multi-couches sur un film piézoélectrique. Pour obtenir une grande sélectivité, ces capteurs seront couplés à des filtres spécifiques placés en amont, constitués de matériaux poreux dopés de molécules sondes aptes à capter les interférents gazeux.
Le projet comporte quatre volets : 1) synthèse et greffage des nanoparticules de diamant, 2) étude des molécules sondes et dopage des matrices nanoporeuses, 3) étude du piégeage des polluants-cibles et des interférents potentiels, 4) métrologie et calibration.
Le travail sera réalisé dans le laboratoire « Capteurs Diamant » et dans le laboratoire Francis Perrin situés tous deux au centre d’études de Saclay.