Quantification des propriétés thermophysiques des sels fondus à haute température: apports des techniques laser

Les réacteurs à sels fondus font l’objet de travaux de recherche importants à l’échelle nationale et internationale, notamment pour évaluer leur potentiel en matière de gestion des actinides et des déchets nucléaires. La connaissance des propriétés des sels correspondants en fonction de la température est essentielle pour développer et opérer de tels réacteurs. Il s'agit notamment de mieux quantifier le point de fusion, la viscosité, la tension de surface, ou encore la conductivité thermique en fonction de la composition du sel dans la plage de température de 600°C à 800°C. La détermination de ces propriétés nécessite des expériences spécifiques et complexes (radioactivité, hautes températures, corrosion). Afin de surmonter les limitations actuelles des techniques de mesure et d'obtenir une évaluation aussi précise que possible de ces propriétés, il est proposé de développer un ensemble original d'expériences et de méthodologies reposant sur des techniques laser et optiques. Plus précisément, des lasers de haute puissance seront utilisés pour amener les sels à haute température, et des techniques d'imagerie, de spectrométrie, de thermographie et de pyrométrie seront déployées pour déterminer les propriétés d'intérêt grâce à la grande flexibilité offerte par ces techniques photoniques. L'approche proposée pour atteindre ces objectifs est de tester et valider les concepts dans un laboratoire d'optique (Institut Fresnel) et de développer les systèmes relatifs à l'application dans un laboratoire de haute activité, (objectif applicatif visé par le CEA), les expériences étant soutenues par une approche de modélisation complémentaire [voir par exemple : 1,2, 3].

Le travail de thèse se fera en collaboration entre l’Institut Fresnel de Marseille, et l’Institut de REcherche sur les Systèmes Nucléaires pour la production d'Energie bas carbone (IRESNE) du CEA/Cadarache.
La thèse permettra au doctorant d’acquérir des compétences en instrumentation optique, chauffage laser, métrologie à haute température, traitement d’images et modélisation numérique. Ces compétences pourront être valorisées dans la recherche publique ou industrielle, notamment dans les domaines de l’instrumentation, des matériaux et de l’énergie nucléaire.
Responsable CEA (encadrant) : Y. Pontillon

Références.
[1] Gabriel Aulanier, Matthieu Reymond, Thomas Doualle, Cihan Koc, Julien Lumeau, Yves Pontillon, Laurent Gallais, Development of a spectral ellipsometer for the investigation of the optical properties of mono- and polycrystalline UO2, Optics Continuum, vol. 5, 2647-2665, 2026
[2] Matthieu Reymonda,b, Thomas Douallea,b, Jerome Sercombea, Mathilde Roccaa, Mehdi Nasselahsena, Christian Colina, Yves Pontillona and Laurent Gallaisb, High power laser heating of nuclear ceramics for the generation of controlled spatio-temporal gradients, J. Appl. Phys. 134, 033101 (2023)
[3] T. Doualle, V. Le Guillous, V. Klosek, C. Onofri-Marroncle, M. Reymond, L. Gallais, Y. Pontillon, ‘Development of UO2 thermal diffusivity measurement with laser techniques’, EPJ Web of Conferences 253, 07005 (2021)