Optimisation de la détermination des rapports isotopiques entre actinides par FXL, TIMS, ICP-MS et spectrométrie alpha pour l’analyse de combustible irradié
L’analyse des combustibles irradiés offre une opportunité unique pour acquérir des données fondamentales et des données nucléaires de base. Leurs caractérisations peuvent être directes sur le solide (oxyde ou gaine) ou après une étape de mise en solution en cellule blindée. Les déterminations demandées sont essentiellement d’ordre isotopique sur les actinides et certains produits de fission. Les études neutroniques requièrent notamment la détermination la plus exacte possible des rapports isotopiques entre actinides, comme par exemple les rapports 236U/237Np, 238U/238Pu, 241Am/238Pu, 242Cm/238Pu, … Ces mesures sont essentiellement réalisées par dilution isotopique suivie d’une mesure par spectrométrie de masse à thermo-ionisation (TIMS). Afin de surmonter les défis liés aux fortes radioactivités des échantillons, l’absence de matériau de référence nécessaire pour mettre en œuvre la dilution isotopique (par exemple pour Np et Cm) et la nécessité de diminuer les incertitudes de mesure, ces expériences nécessitent l’analyse des rapports élémentaires entre actinides (U/Pu, Am/Pu, U/Np, Pu/Np, Cm/Pu, …). Cela permet grâce à la détermination préalable de l’abondance isotopique de pouvoir remonter aux différents rapports isotopiques entre actinides.
Afin de relever ces nouveaux défis, nous recherchons un Ingénieur-Chercheur en chimie analytique H/F. Vous devrez notamment :
- Mettre en œuvre des méthodes d’analyses par spectrométrie de masse et alpha ;
- Mettre en œuvre les mesures par fluorescence X des raies L (FXL), technique non destructive et directement implantée en chaine blindée sur l’installation Atalante ;
- Développer l'expertise du laboratoire sur l’analyse élémentaire des actinides sur du combustible irradié ;
- Assurer le rayonnement scientifique du laboratoire, en valorisant les résultats par la rédaction de publications et la participation aux conférences du domaine d’activité.
Vous êtes titulaire d'un BAC+8 en chimie analytique ou en physique chimiqu
Développement et mise en œuvre d'une méthode de dosage multi-élémentaire par ablation laser couplée à l'ICPMS pour l'analyse de solides pulvérulents
Les activités du laboratoire d’accueil au sein de la Direction des Applications Militaires (DAM) du CEA portent sur l'expertise de faibles quantités de matière nucléaire. Cette étude vise à développer et mettre en œuvre une méthode de dosage élémentaire dans des solides pulvérulents, basée sur le couplage d’un dispositif d'ablation laser (LA) avec un spectromètre de masse à plasma à couplage inductif (ICPMS). La méthode développée doit couvrir une large gamme de concentrations, des ultra-traces (ng/g) jusqu'aux mineurs et majeurs. La préparation des échantillons sera réalisée par fusion alcaline afin de former des pastilles de verre, assurant une bonne homogénéité spatiale des éléments à doser. Pour certaines applications, jusqu’à une quarantaine d’éléments chimiques seront à doser.
Les mesures seront effectuées à l'aide d'un laser UV ns à 213 nm et d’un ICPMS haute résolution (Thermo-Fisher "Element XR") localisés en zone surveillée. Les échantillons cibles sont des sols marqués et des concentrés miniers d'uranium. Une partie de ce travail se fera en collaboration avec le centre de recherche commun européen (JRC) de Karlsruhe (Allemagne), qui est également équipé d’un couplage LA-ICPMS multi-collection (Thermo-Fisher "Neoma").
Protocoles d'extraction pour l'analyse de composés organiques par GC-Orbitrap appliquée à des matrices du nucléaire
L'analyse des polluants organiques polychlorobiphényles (PCB),hydrocarbures aromatiques polycycliques et autres composés organiques persitants repose sur la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS), technique de référence pour leur identification et leur quantification. Cependant, les matrices complexes issues du secteur nucléaire (boues, suies, cendres, sols, bétons, etc.) nécessitent des protocoles de préparation adaptés afin de garantir la fiabilité des analyses. Les interactions entre les contaminants et la matrice solide peuvent notamment limiter l'efficacité de l'extraction.
Ce projet a pour objectif de développer et de valider des protocoles d'extraction robustes pour l'analyse de ces contaminants par GC-Orbitrap haute résolution. Après une étude bibliographique, le candidat définira une stratégie expérimentale, comparera différentes méthodes de préparation d'échantillons et d'extraction, puis validera les protocoles retenus avant leur application à des matrices représentatives du domaine nucléaire.
Le postdoctorat se déroulera au sein de l'Institut de Recherche sur les Systèmes Nucléaires pour la production d'Énergie bas carbone (IRESNE) du CEA Cadarache. Ce stage permettra au candidat d'acquérir une expertise en chimie analytique appliquée aux matrices complexes, en développant des compétences en préparation d'échantillons, extraction de contaminants organiques et analyses par GC-Orbitrap. Il sera amené à concevoir et valider des protocoles analytiques innovants, tout en se familiarisant avec les problématiques spécifiques des matrices issues du secteur nucléaire. Le candidat développera également des compétences en traitement et interprétation de données analytiques, en validation de méthodes, ainsi qu'en valorisation scientifique des résultats au travers de la rédaction de publications et de communications scientifiques.
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.