Echangeurs d’ions hybrides pour le traitement des Liquides Organiques Radioactifs : aide au design par dynamique moléculaire

Le projet ECCLOR (Projet labellisé ‘Investissement pour le future’) se concentre sur le traitement des effluents organiques radioactifs en développant des matériaux poreux capables d'éliminer sélectivement les ions émetteurs alpha. Les recherches menées au CEA ont permis de concevoir des matériaux hybrides avec des performances variables dans la capture des émetteurs alpha présents dans les liquides organiques. Comprendre ces performances à l'échelle moléculaire est essentiel mais complexe.
Pour répondre à ce défi, ce contrat post-doctoral se penche sur l'utilisation de la dynamique moléculaire classique pour rationaliser ces performances. Les travaux seront menés au laboratoire LILA du centre de recherche de Marcoule, profitant de l'expertise des équipes spécialisées dans la modélisation des systèmes solide/liquide par dynamique moléculaire classique.
Pour soutenir ces simulations, des données expérimentales pourront être fournies par des laboratoires tels que le Laboratoire des Procédés Supercritiques et de Décontamination (LPSD) et le Laboratoire de Formulation et Caractérisation des Matériaux minéraux (LFCM). Les résultats obtenus seront examinés lors de réunions d'avancement et feront l'objet de publications scientifiques.
En résumé, ce contrat post-doctoral vise à coupler des approches théoriques à l’expérience. La compréhension des interactions au sein de ces matériaux à l’échelle moléculaire est essentielle afin d’apporter des éléments de compréhension et améliorer les procédés actuellement en cours d’étude.

Étude thermodynamique des matériaux à transition métal-isolant - Le cas du VO2 dopé pour les applications de fenêtres intelligentes

Ce post-doc vise à développer une base de données thermodynamiques spécifique sur le système V-O-TM (TM=Fe,Cr,W) en utilisant l'approche CALPHAD. Le candidat mènera des campagnes expérimentales afin d'obtenir des données pertinentes pour alimenter les modèles thermodynamiques. Le candidat utilisera principalement l'équipement expérimental disponible au laboratoire (DTA, fours de recuit, spectrométrie de masse à haute température, chauffage laser, SEM-EDS). En outre, le post-doc pourra participer à des activités combinatoires à haut débit menées par d'autres laboratoires du consortium Hiway-2-Mat (par exemple, ICMCB à Bordeaux), permettant une meilleure connexion entre les résultats de la simulation CALPHAD et la plateforme de caractérisation accélérée. La base de données thermodynamiques sera ensuite incluse dans la routine de recherche autonome mise en œuvre dans la voie d'exploration des matériaux.

Séparation cryogénique d'un mélange de gaz

L'exploitation d'une installation nucléaire au sein du CEA Valduc nécessite de mettre en oeuvre un procédé cryogénique pour séparer des espèces présentes dans un mélange gazeux. Le point notable est que le procédé doit permettre de séparer des espèces en très faible concentration, et sous différentes formes chimiques. Le procédé fait actuellement l'objet d'étude, et un prototype a été développé par le CEA sur le site de Grenoble. Le sujet de post-doctorat proposé consiste à participer à des essais sur le pilote et aux moyens d'analyses associées, puis de traiter les résultats obtenus. Le candidat s'insérera dans une équipe pluridisciplinaire, sur un sujet mêlant à la fois du génie des procédés, de la thermique / cryogénie et de l'analyse chimique d'éléments à l'état de trace. Les résultats obtenus sur les analyses de gaz à l'état de trace pourront être valorisés par des communications scientifiques.

L'objectif du post-doctorat sera de réaliser des essais de séparation sur le pilote. A ce titre, il sera amené à se rendre régulièrement sur le site du CEA Grenoble (lieu où se trouve le pilote) pour réaliser des campagnes d'essais. Le candidat travaillera également sur une thématique analyse, avec la mesure de composés à l'état de trace dans une matrice gazeuse. Une analyse des résultats sera ensuite réalisée, et suivie de la rédaction de documents scientifiques tels que des rapports et des communications scientifiques. L'ensemble des résultats devra permettre de définir de manière plus précise la faisabilité de la séparation envisagée et l'exploitation de ce procédé dans un environnement nucléaire.

Dans le cadre de ses missions, il est attendu du post-doctorant les qualités suivantes : capacité d'adaptation, travail en équipe, rigueur et capacité à rendre compte.

Nouveaux Catalyseurs Carbonés Durables pour PEMFC

Le but du projet est de développer et de tester pour l’ORR, un matériau à base d’aérogel de graphène mésoporeux et graphitisé, présentant une structuration hiérarchique permettant un meilleur transfert de matière et des domaines graphitiques augmentant la durabilité et la conductivité du matériau final, et fonctionnalisé par des Pt-NPs.
Ces structures de graphène expansé développées à l’IRIG/SyMMES présentent des chimies de surfaces, des micro/méso/macro porosités dépendantes des méthodes de synthèses, fonctionnalisation et de séchage employées. L’objectif sera d’augmenter leur degré de graphitisation, et ensuite de déposer par voie chimique les Pt-NPs. Les propriétés électrocatalytiques de ces matériaux seront ensuite testées.
La caractérisation méso-structurale avancée par diffusion de rayonnement de ces matériaux permettra de corréler propriétés structurales et propriétés catalytiques de ces nouveaux électro-catalyseurs en système pile à combustible. Ce gain de connaissance passera par des analyses ex-situ, mais aussi operando.

Conception de nouveaux outils microfluidiques pour les procédés chimiques d’extraction liquide-liquide

Cette proposition de post-doc de 12 mois s’inscrit dans le cadre du PIA MiRAGe : Plan d’Investissement Avenir « Outils Microfluidiques pour une R&D Accélérée sur les procédés de recyclaGe ».
Le projet MIRAGE vise à proposer un ensemble d’outils, plateformes et méthodes micro et millifluidiques permettant d’accélérer, intensifier et de rendre plus flexibles la R&D sur les nouveaux procédés de recyclage de métaux stratégiques (nucléaires ou non nucléaires) tout en minimisant les quantités de matières mises en œuvre.
Pour ce faire de nouveaux outils microfluidiques ont été conçus au CEA ISEC pour réaliser des opérations d’extraction liquide-liquide à contre-courant. Ces outils permettent de bousculer les ordres de grandeur dans l’importance des phénomènes physico-chimique mis en œuvre.
L’intérêt de cette invention est double et sera le cœur de travail de ce post-doc :
-Effectuer des opération d’extraction sur des temps et des volumes liquides très faibles.
-Transposer cette invention à des volumes plus importants.
Ainsi, dans un premier temps ce travail de post-doc cherchera à étudier plus en détail les capacités de ce nouveau dispositif microfluidique, puis à transposer cette nouvelle technique à des contacteurs plus volumineux.
Le travail sera effectué dans les installations de l’ISEC au CEA, sur le site de Marcoule en partenariat avec le CNRS, Universités et l’INP de Toulouse.

Développements expérimentaux et technologiques d’un procédé de minéralisation de déchets liquides organiques par plasma

Le procédé ELIPSE développé au CEA permet la destruction des liquides organiques par injection dans un plasma de forte puissance.
Si la faisabilité de destruction de différents composants organiques à des débits de quelques litres par heure est aujourd’hui démontrée, les essais doivent maintenant être approfondis pour des liquides organiques de références pertinemment choisis en fonction des gisements existants.
Ces études, sur la base des données de caractérisations des LOR (Liquides Organiques) choisis, auront pour objectif d’apporter des résultats de procédé détaillés obtenus avec des conditions opératoires les plus représentatives, pour permettre une évaluation complète et quantitative du procédé. Cela permettra d’établir des données d’exploitation, de robustesse et d’endurance du procédé.
Ces travaux incluront l’étude du comportement des radioéléments dans le procédé qui sera indispensable à l’étude de nucléarisation : il s’agira d’étudier le comportement physico-chimique des actinides lors de leur traitement via l’utilisation de simulants inactifs.

Conversion de l’uranium et du plutonium par dénitration thermique avancée en présence d’additifs organiques

Les procédés de conversion de l’uranium et du plutonium consistant au passage d’actinides présents en solution à une forme solide permettant la fabrication de combustible MOx (Mixed Oxide fuel) occupent une place clé dans le recyclage du combustible nucléaire usé. Plus particulièrement, la préparation d’oxydes homogènes (U,Pu)O2 constitue un enjeu dans l’optique d’un multi-recyclage des actinides présents dans le combustible usé. Dans ce contexte, la conversion par voie ADOA (Advanced Denitration in presence of Organic Additives) constitue une option permettant la préparation d’oxyde avec une excellente homogénéité de la distribution cationique, sans nécessiter d’étape d’ajustement valentiel. Ce procédé repose sur la formation d’un gel polymère en phase aqueuse, permettant de piéger de façon homogène les actinides présents en solution, puis à déshydrater et calciner ce gel pour former des oxydes d’actinide. Néanmoins, une optimisation des conditions physico-chimiques à mettre en œuvre pour adapter ce procédé à l’industrie nucléaire et obtenir des oxydes adaptés aux opérations de fabrication du combustible nucléaire reste nécessaire.
L’objectif de ce projet de recherche postdoctoral sera de préciser les conditions à mettre en œuvre lors de la polymérisation, du séchage du gel et de sa calcination pour développer un protocole complet et évaluer la robustesse du procédé. Les aspects liés à la morphologie des oxydes d’actinide obtenus, à la teneur en impuretés à l’issue des essais (en particulier la teneur en carbone résiduel), la facilité de mise en œuvre du procédé et son adéquation avec la fabrication de pastilles de combustible MOx seront particulièrement étudiés.
Le (la) candidat(e) recherché(e) devra être titulaire d'une thèse en radiochimie ou chimie des matériaux. Les résultats obtenus seront valorisés par le biais de brevets et/ou de publications permettant d’ouvrir des perspectives d’emploi en recherche académique ou en R&D industrielle.

modélisation de la cinétique de précipitation de l’uranium en fonction du pH. Application à un réacteur à lit fluidisé

L’usine Orano au Niger (Somaïr) précipite son concentré uranium dans un réacteur à lit fluidisé par ajout d’hydroxyde de sodium. Le concentré obtenu contient environ 6% de sodium qui entraine des pénalités du convertisseur. Orano a effectué en fin d’année 2019 des essais sur un lit fluidisé au laboratoire pour changer le point de fonctionnement de la précipitation et former préférentiellement de l’UO3 via un changement de pH. Pour affiner le pilotage de l’unité industrielle, une modélisation des réactions de précipitation de l’uranium s’avère nécessaire. Le candidat devra proposer et calibrer un modèle de la précipitation compétitive de Na2U2O7 et UO3 basé sur les constantes d’équilibre et des cinétiques des réactions, en fonction du pH au sein du réacteur. En particulier, le modèle devra permettre de comprendre l’impact du pH sur la répartition des deux espèces principales identifiées dans le concentré : Na2U2O7 et UO3. Ce modèle chimique devra servir de donnée d’entrée à un modèle physique existant du réacteur à lit fluidisé. Un élargissement du modèle à d’autres réactifs de précipitation, notamment la magnésie pourrait également être étudié.

Synthèse et caractérisation structurale de phases minérales d’uranium de référence pour l’identification de phases porteuses d’uranium en environnement minier par SLRT.

Dans le cadre d’un projet de recherche collaboratif entre le CEA et Orano, une étude est menée pour détecter et identifier les phases porteuses d’uranium dans les résidus des traitements miniers et les stériles par spectrofluorimétrie laser à résolution temporelle (SLRT). La spectroscopie SLRT est un outil de spéciation permettant de sonder l’environnement chimique local de l’uranyle. Néanmoins, l’identification des phases uranifères au sein d’un échantillon prélevé sur site par SLRT repose sur l’utilisation d’un modèle chimiométrique construit à partir d’une base de spectres de référence. Afin d’enrichir et diversifier la base de spectres de référence la préparation et la caractérisation structurale d’échantillons uranifères synthétiques au sein de trois familles principales s’avèrent nécessaire. Ces familles phases minérales sont les oxyhydroxydes, les sulfates et silicates d’uranyle. L’acquisition des spectres SLRT des phases synthétisées et la mise en évidence de l’impact de la chimie de coordination de l’ion uranyle sur les spectres enregistrés constitue le second volet de ce travail.

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.

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