Développement d’un modèle de chimie transport, sous radiolyse de l’eau, d’un combustible usé en stockage géologique profond
Le stockage direct des combustibles usés (CU) est une solution alternative à leur retraitement pour la gestion des déchets nucléaires. Ce stockage direct des CU en milieu géologique profond pose des défis scientifiques liés à la compréhension fine des processus de dissolution et de libération des radionucléides. Ce sujet de thèse propose de développer un modèle scientifique détaillé, capable de décrire les mécanismes physico-chimiques complexes, tels que la radiolyse de l'eau et l'interaction entre le combustible irradié et son environnement. L'objectif est de proposer une modélisation du transport réactif précise pour améliorer la prédiction à long terme des performances du stockage. En utilisant des approches mécanistes, cette thèse s’inscrit dans une démarche d’aller-retour entre modélisation et expérimentation, visant à affiner la compréhension des mécanismes d'altération et à valider les hypothèses par des données expérimentales. Finalement, en s'appuyant sur des modèles existants, comme le modèle opérationnel radiolytique, ce travail proposera des améliorations pour réduire les hypothèses simplificatrices actuelles. Le candidat contribuera à des enjeux industriels et sociétaux majeurs liés à la gestion des déchets nucléaires et permettra d'apporter des solutions aux enjeux de sûreté associés.
Simuler l’altération du verre dans son environnement : développement d’un module autonome pour le couplage avec les codes de transport réactif.
Dans le cadre de l’utilisation durable et sûre de l’énergie nucléaire au sein d’un mix énergétique décarboné répondant à l’urgence climatique, la maîtrise de l’inventaire en déchets radioactifs est une question prioritaire. L’altération des verres nucléaires conditionne alors directement l’évaluation à long terme de la sûreté des stockages géologiques de ces déchets. Comprendre et simuler ces processus représente donc un enjeu scientifique, industriel et sociétal majeur. Les modèles existants, tels que GRAAL2 [1] développé par le CEA, permettent de simuler et prédire des mécanismes de passivation occurrents à l’échelle nanométrique transposés à l’échelle mésoscopique via des lois cinétiques mésoscopique utilisées dans les codes de transport réactif (CTR).
Cette thèse vise à développer un module verre (MV) autonome sur la base du modèle GRAAL2, capable de calculer, l’altération du verre et de s’interfacer avec différents CTR (HYTEC, CRUNCH…). Les objectifs principaux sont : (i) concevoir et implémenter le MV sur la base d’un module cinétique robuste, (ii) développer un coupleur assurant les échanges d’informations avec le CTR, (iii) définir et réaliser des campagnes de validation numérique sur des cas tests de référence pour le MV et le coupleur, et (iv) conduire des analyses de sensibilité et d’incertitude afin d’identifier les paramètres déterminants dans un contexte de modélisation multi-matériaux (verre, fer, argile).
La thèse se déroulera dans le Laboratoire de Modélisation des Transferts dans l’Environnement de l'Institut IRESNE (CEA, site de Cadarache, Saint Paul les Durance). Le sujet offrira à le ou la doctorante des compétences transverses en géochimie, couplage multiphysique et développement logiciel, ouvrant des débouchés tant dans la recherche académique que dans l’ingénierie nucléaire et environnementale.
Références :
[1] M. Delcroix, P. Frugier, E. Geiger, C. Noiriel, The GRAAL2 glass alteration model: initial qualification on a simple chemical system, Npj Mater Degrad 9 (2025) 38. https://doi.org/10.1038/s41529-025-00589-4.