Etude du comportement en corrosion dans NaCl-MgCl2-CeCl3 d’un alliage base nickel en présence de produits de fission (Te,S) pour les réacteurs à sels fondus
L’accès à une énergie propre et peu coûteuse semble plus que jamais primordial dans le contexte actuel d’urgence climatique. Plusieurs pistes sont envisagées depuis plusieurs années déjà mais de nombreux verrous technologiques restent à lever pour les concrétiser, tant elles représentent des ruptures technologiques. Que ce soit pour le stockage d’énergie ou les réacteurs nucléaires de 4ème génération, le milieu sel fondu utilisé comme caloporteur et/ou comme combustible est fortement corrosif rendant le choix des matériaux de structure très complexe.
L’objectif du sujet de thèse proposé au sein du Service de Corrosion et du Comportement des Matériaux (S2CM) consiste en l’étude intégrale du comportement d’alliages base nickel prometteurs dans le ternaire NaCl-MgCl2-CeCl3, représentatif du sel utilisé dans le concept français de réacteurs à sels fondus, à 600°C. Par intégrale, il est ici entendu depuis la préparation d’éprouvette à la caractérisation multi-échelle et multi-techniques des produits de corrosion. Cette thématique revêt un haut caractère expérimental et de compréhension des mécanismes de corrosion. L’influence des produits de fission, tels que le tellure ou le soufre sur les mécanismes de corrosion sera particulièrement étudiée.
Matériaux fonctionnels luminescents développés par fabrication additive pour le suivi de la corrosion
Dans le cadre de la transition énergétique, prolonger la durée de vie des composants métalliques exposés à des environnements corrosifs est essentiel, notamment dans l'industrie nucléaire, où les conditions agressives entraînent une dégradation rapide. Les méthodes de maintenance actuelles, comme les contrôles non destructifs par ultrasons, sont limitées pour détecter la corrosion localisée. Pour y remédier, des techniques basées sur la luminescence ont été développées pour un suivi in situ de la perte de matière. Des recherches récentes ont démontré l'intégration de luminophores dans des composants métalliques par fabrication additive, offrant ainsi des propriétés optiques et la possibilité de servir de marqueurs de corrosion. Cependant, leur comportement en milieu corrosif et leurs caractéristiques luminescentes nécessitent une exploration approfondie.
Ce projet de thèse vise à intégrer dans des matrices métalliques divers candidats luminescents par fusion laser sur lit de poudre (L-PBF) tout en étudiant l'interdépendance entre microstructure et corrosion. La corrosion sera évaluée dans des milieux salins et acides nitriques pour identifier les mécanismes de corrosion et optimiser l'application. Les essais de corrosion (immersion et électrochimiques), accompagnés d'observations microstructurales, permettront d’évaluer la durée des luminophores sur la structure avant de migrer dans le milieu, information essentielle pour définir le dispositif de détection et les intervalles de maintenance. Un banc d'essai sera également mis en place pour surveiller la corrosion in situ.
Dévéloppement d’un instrument microfluidique sans lentille de mesure in-situ de cinétiques de dissolution faciès dépendants
Cette thèse fait partie d’un programme ambitieux désigné comme un programme prioritaire de recherche. Ce projet identifie le sous-sol français comme un réservoir majeur de ressources nécessaires à la transition énergétique.
Dans ce contexte, un des enjeux majeurs est la dissolution de minerais dans le cadre de l’extraction minière et de la métallurgie extractive. En particulier, dans l’objectif de l’industrialisation des procédés, les cinétiques de dissolution des minerais doivent être compatibles avec l’empreinte au sol des installations, la biocompatibilité et le volume des réactifs consommés.
Le constat aujourd’hui est la très forte inadéquation entre le volume des données expérimentales produites et celles nécessaires pour modéliser les processus chimiques indispensables pour démontrer la viabilité des procédés industriels.
Cette thèse propose de mettre au point un banc prototype millifluidique d’acquisition de données cinétiques en masse par des techniques d’imagerie sans lentille. Ceci permettra de mesurer des cinétiques réactionnelles de dissolution par des techniques de reconstitution 3D, in-situ, dans des conditions chimiques stables et avec une représentativité statistique permettant la prise en compte des propriétés originales du solide.
Une large part des recherches sera orientée vers la mise au point de la technique optique sans lentille dans un dispositif millifluidique et la production en masse de données cinétiques chimiques pour des modèles de dissolution catalytiques.
Le profil recherché est celui d'un étudiant en physique et chimie généraliste, avec une forte envie d'apprentissage dans les domaines qu'il connait le moins comme la microfluidique ou de l'optique. A l'issue de cette thèse, l'étudiant acquerra une solide expérience professionnelle dans la recherche appliquée et apprendra à évoluer dans un environnement multithématique.