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.
Marqueurs radiologiques en Antarctique : développement et validation des méthodologies d’analyse associées
Au sein de l’institut IRESNE (Institut de REcherche sur les Systèmes Nucléaires pour la production d'Energie bas carbone), situé sur le centre CEA-Cadarache, le doctorant participera au développement du Laboratoire d’Analyses Radiochimiques et Chimiques (LARC), qui apporte depuis plus de 60 ans son expertise et un soutien analytique dans les domaines des réacteurs, du combustible, des déchets, ainsi que de l’assainissement et du démantèlement. L’objectif principal de la thèse est le développement et l’optimisation de méthodes analytiques pour la détection de marqueurs radiologiques, en s’appuyant sur des collaborations internes (LANIE, LEXAN) et externes (CSIC, CIEMAT). Les analyses porteront notamment sur le 137Cs et le 210Pb par spectrométrie gamma, sur l’isotopie de l’uranium et du plutonium par MC-ICPMS, ainsi que sur l’indice alpha/bêta global par scintillation liquide. Dans un second temps, l’application de ces méthodes à des échantillons variés, notamment prélevés dans le cadre du projet GEOCHEM [1] en Antarctique permettra d’étudier la distribution spatiale et l’origine de ces marqueurs radiologiques[2]. A l’issue de cette thèse pluridisciplinaire, le doctorant aura acquis une solide expérience dans la mesure des rayonnement gamma, alpha et bêta. L’interprétation des données obtenues en lien avec les paramètres environnementaux contribuera également au développement de son esprit critique et de sa curiosité scientifique.
[1] Maestro, A. et al. Fracturation pattern and morphostructure of the Deception Island volcano, South Shetland Islands, Antarctica. Antarct. Sci. 37, 176–200 (2025).
[2] Xu-Yang, Y. et al. Radioactive contamination transported to Western Europe with Saharan dust. Sci. Adv. 11, eadr9192 (2025).
Potentialités des liants silico-magnésiens pour le conditionnement de terres contaminées
La contamination des sols par des substances radioactives constitue un enjeu majeur en matière de santé publique et de protection de l’environnement. Parmi les différentes stratégies envisageables pour la gestion de ces sols pollués, l’excavation des matériaux contaminés ouvre la voie à une réutilisation sécurisée du site. Les terres ainsi extraites, lorsqu’elles sont de faible ou moyenne activité à vie courte, doivent être stabilisées avant leur stockage. Dans ce contexte, le procédé de cimentation est apprécié pour son coût modéré, sa simplicité de mise en œuvre et sa capacité à confiner de nombreux polluants. Toutefois, son application aux sols riches en argile gonflante présente deux limites majeures : une mauvaise ouvrabilité du matériau à l’état frais, et une instabilité volumique à l’état durci. Face à ces contraintes, la thèse propose d’évaluer le potentiel des ciments silico-magnésiens comme alternative aux ciments silico-calciques traditionnels. Ces nouveaux liants suscitent à l’heure actuelle un intérêt croissant, notamment pour la construction en terre crue et le développement de matériaux à faible empreinte carbone.
Dans un premier temps, l’objectif sera d’étudier l’influence de différents paramètres de formulation sur la réactivité et les propriétés des ciments silico-magnésiens. Une étude approfondie des interactions entre les phases cimentaires et les principaux constituants des sols contaminés sera ensuite menée. Enfin, la durabilité des matériaux formulés sera investiguée au moyen d’essais de lixiviation qui alimenteront une modélisation couplée chimie – transport, visant à mieux comprendre les mécanismes de dégradation de ces matériaux et leur évolution à long terme.
Ce projet de recherche s'adresse à un doctorant souhaitant approfondir ses compétences en physico-chimie des matériaux, et contribuer à des solutions innovantes pour la gestion des sols pollués et le développement de liants à faible impact environnemental.