Vous êtes un jeune chercheur motivé à la recherche de nouveaux défis dans le domaine de l'économie circulaire du carbone. Nous proposons un contrat postdoctoral au CEA-Liten pour étudier les interactions entre catalyseurs innovants et composés inorganiques issus de biomasses et de déchets dans des conditions supercritiques.
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.
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.
Des technologies telles que l'électrification directe et l'utilisation d'hydrogène propre peuvent jouer un rôle dans la défossilisation du secteur de l'énergie et des industries chimiques. Cependant, pour certains domaines spécifiques, comme le transport maritime ou aérien ou la production d'intermédiaires chimiques à base de carbone, il sera nécessaire de remplacer les molécules fossiles par des molécules renouvelables ayant des propriétés/fonctionnalités proches. La réaction inverse du gaz à l'eau (RWGS), consistant en une hydrogénation catalytique d'une molécule de CO2 très stable en un gaz de synthèse riche en CO plus courant, est une étape clé dans le but de retrofitter diverses infrastructures déjà existantes de nos jours. En effet, ce gaz de synthèse est utilisé dans l'industrie chimique depuis environ un siècle pour synthétiser des produits chimiques et des carburants.
Néanmoins, la RWGS étant une réaction endothermique équilibrée favorisée à haute température, la gestion thermique de la réaction reste un verrou clé, particulièrement l'apport de chaleur au réacteur, qui dans le contexte doit être efficace et provenir d'une source décarbonée.
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.
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.
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.
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.
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.
Le Pu(IV) présente la propriété d’être fortement sujet aux phénomènes d’hydrolyse et de conduire à la formation de suspensions colloïdales de Pu(IV) extrêmement stables (ou colloïdes intrinsèques). Le manque de connaissances concernant la spéciation et la réactivité de ces colloïdes de Pu nuit à la proposition de modèles fiables permettant de prédire leur comportement dans les systèmes industriels et environnementaux. Le comportement de ces espèces vis-à-vis de la dissolution, de la complexation, ou de l’agrégation a été très peu décrit dans la littérature. Il apparait ainsi essentiel d’étudier et de caractériser les colloïdes de Pu(IV) et notamment leurs propriétés de charges de surface qui assurent leur stabilité et leur interaction avec leur environnement. Ce projet en rupture et inédit dans le domaine du nucléaire vise l’étude et la caractérisation de suspensions colloïdales de Pu(IV) dont la taille, la concentration et le milieu de dispersion peuvent être contrôlés par notre approche. Il comprend : (i) la préparation de suspensions colloïdales de Pu(IV) intrinsèques et l’étude de leur réactivité (sono-)chimique ; (ii) la caractérisation électrophorétique de différentes suspensions colloïdales ainsi que l’étude de leur comportement sous l’influence d’un champ électrique ; (iii) la caractérisation de leurs propriétés structurales multi-échelles par diffusion aux petits et grands angles (SAXS/WAXS) couplée à des mesures EXAFS/XANES (ligne MARS, synchrotron SOLEIL).