Développement de cellules Potassium-ion performantes et respectueuses de l'environnement
Les batteries Lithium-ion constituent un système de référence en termes de densité d’énergie et de durée de vie au point de devenir une technologie clé de la transition énergétique notamment en alimentant les voitures électriques. Cependant, cette technologie repose sur une utilisation importante d’éléments peu abondants et sur des procédés de fabrication énergivores.
Dans cette optique, notre équipe développe de nouvelles batteries Potassium-ion présentant des performances élevées et n’utilisant que des éléments abondants et des procédés de fabrication respectueux de l’environnement.
Pour ce projet ambitieux et innovant, le CEA-LITEN (acteur majeur européen dans le domaine de la recherche pour l'énergie) recrute un chercheur post doctoral en chimie des matériaux. L’offre s’adresse à un jeune chercheur talentueux possédant un excellent niveau scientifique et un gout prononcé pour la dissémination de ses résultats au travers de brevets et de publications scientifiques.
Recyclage de plastics par l'extraction d'additifs toxiques par solvents verts
Il est important de développer les connaissances scientifiques et de stimuler les innovations en matière de recyclage des plastiques. La très grande variété d'objets en plastique que nous utilisons dans notre vie quotidienne est constituée d'un large éventail de matériaux plastiques couvrant de nombreux polymères différents, de nombreuses formulations différentes. Les objets en plastique sont également utilisés à de nombreuses fins et il est donc nécessaire de disposer de différents moyens pour les collecter, les trier et les traiter.
Les méthodes de recyclage des plastiques sont généralement divisées en quatre catégories : primaire, secondaire, tertiaire et qua-ternaire (voir figure 9). On parle de recyclage primaire ou de méthode de recyclage en circuit fermé lorsque les matériaux après recyclage présentent des propriétés égales ou améliorées par rapport aux matériaux initiaux ou vierges. Lorsque les produits recyclés présentent une diminution de leurs propriétés, on peut s'inquiéter de la méthode de recyclage secondaire ou de la méthode de recyclage en aval. Dans la méthode de recyclage tertiaire (également connue sous le nom de recyclage chimique ou de recyclage des matières premières), le flux de déchets est converti en monomères ou en produits chimiques qui peuvent être avantageusement utilisés dans les industries chimiques. Enfin, la méthode de recyclage quaternaire (également connue sous le nom de recyclage thermique, de récupération d'énergie et d'énergie à partir des déchets) correspond à la récupération des plastiques sous forme d'énergie et n'est pas considérée comme un recyclage dans le cadre de l'économie circulaire.
Divers procédés peuvent être envisagés pour le recyclage chimique, qui présentent différents niveaux de maturité. D'où ce projet qui étudiera la décontamination de diverses formulations de PVC à l'aide de solvants verts, et plus particulièrement le CO2 supercritique.
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.
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.
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.
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.
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.