Répartition des métaux dans la calcite à base de coccolithes et applications biotechnologiques des matériaux coccolithiques dopés aux métaux
Malgré les cultures établies de microalgues coccolithophores et la production à grande échelle de biominéraux de coccolithes (quantités de grammes de calcite minérale à partir de litres de culture), le coccolithe en tant que matériau fonctionnel avancé a peu progressé dans le domaine des bionanotechnologies. Ce projet décrira quantitativement le dopage métallique dans et à la surface de la calcite à base de coccolithes pour plusieurs métaux de transition, éléments du groupe principal et lanthanides. L'élucidation du potentiel du coccolithophore à incorporer des ions métalliques dans/à la production de calcite biogénique ne révèlera pas seulement les possibilités biotechnologiques des matériaux coccolithiques, mais offrira également un aperçu du rôle des métaux dans le processus de biominéralisation et l'effet de criblage biologique. Les matériaux coccolithiques dopés aux métaux feront l'objet d'une caractérisation physique et chimique (l'accent étant mis sur les métaux stratégiques dont l'incorporation dans la calcite biogène a été améliorée ou qui peuvent être remplacés/déposés à la surface des coccoltihs). Les candidats coccolithes dopés aux métaux seront sélectionnés en vue d'une application biotechnologique sur la base de leurs propriétés physiques et optiques (par exemple, activité catalytique pour les métaux de transition et photoluminescence pour les lanthanides).
Etude du procédé CHON-UNEX pour la séparation des isotopes à haute chaleur résiduelle du combustible nucléaire usé
Retirer les isotopes à haute chaleur résiduelle permet de diminuer le volume nécessaire à un stockage sécurisé en site géologique profond. De plus, certains de ces isotopes, tels que 241Am et 137Cs, peuvent être respectivement recyclés en combustible nucléaire pour les réacteurs à neutron rapides et en source d'émission gamma (radiothérapie, stérilisation, gammamétrie). Un nouveau procédé, le CHON-UNEX, a été récemment proposé, qui consiste en une co-extraction de tous les isotopes à haute chaleur résiduelle suivie de désextractions sélectives permettant le recyclage séparé de ces éléments. Il utilise des composés constitués uniquement des atomes C, H, O et N, permettant une combustion totale des effluents secondaires. L'extractant de Sr, Am et Ln est un diglycolamide servant en même temps de modificateur de phase à l'extractant du Cs, un calixarène éther-couronne non-soluble dans les hydrocarbures.
Dans un premier temps, plusieurs diglycolamides commerciaux seront testés avec 2 calixarènes en terme d'efficacité et de sélectivité. La spéciation de ces systèmes ainsi que leur organisation supramoléculaire seront déterminées par différents outils analytiques. Dans un second temps, on testera la désextraction sélective de l'Am par des agents relargants basés sur des phénanthrolines préalablement étudiés sur les lanthanides (travail parallèle).
A terme, l'étudiant(e) aura développé ses capacités d'analyse scientifique, et obtenu de solides connaissances sur le cycle du combustible nucléaire, l'hydrométallurgie et en chimie analytique, qui pourront être valorisées soit pour une poursuite de carrière dans l'académie, soit dans l'industrie du recyclage.
L'étudiant(e) recherché(e) possède un master ou équivalent en chimie, avec si possible des connaissances en chimie analytique.
Nouveaux extractants cycliques pour la séparation uranium/plutonium
Le sujet de thèse proposé s’inscrit dans le cadre de l’optimisation du procédé de séparation de l’uranium et du plutonium (PUREX) pour le recyclage des combustibles nucléaires usés. Des nouvelles molécules extractantes seront étudiées pour séparer les éléments d’intérêt par extraction liquide-liquide à partir d’un milieu acide nitrique. Elles devront être solubles dans les diluants aliphatiques, adaptables aux technologies d’extraction actuelles en termes de densité, viscosité, solubilité et cinétique d’extraction. Afin d’aider à la sélection de molécules cibles, des calculs théoriques de type DFT (Density Functional Theory) seront menés pour évaluer de manière comparative l’affinité des structures moléculaires pour l’U et le Pu. Puis l’étudiant devra déterminer la faisabilité de leur synthèse et proposer des voies d’obtention. Une fois synthétisées, purifiées et caractérisées, les performances séparatives des molécules seront évaluées par des tests d’extraction liquide-liquide mettant en œuvre les différents radioéléments à séparer. Enfin, les structures des complexes métalliques formés en phase organique avec ces nouvelles molécules seront étudiées afin de mieux comprendre les mécanismes d’extraction.