Dans un réacteur nucléaire, en cas d’accident grave, la perte de refroidissement conduit à l’échauffement du combustible UO2 et des matériaux environnants à haute température. Le combustible réagit alors avec la gaine en alliage de zirconium puis avec la cuve en acier pour former un mélange complexe de phases solides et liquides, appelé « corium en cuve ». Dans une deuxième phase de l’accident, si la cuve est percée, ce corium peut s’écouler et réagir avec le radier en béton. Le silicate (U,Zr)SiO4 appelé tchernobylite (car présent dans le corium de Tchernobyl) peut alors se former par réaction entre l’oxyde mixte (U,Zr)O2 et la silice SiO2.
Pour prédire les échanges de chaleur et les phases qui se forment dans le corium, les codes accident grave sont couplés à des logiciels de calcul thermodynamique utilisant des bases de données décrivant les propriétés thermodynamiques du corium. Ces calculs sont effectués avec la méthode CALPHAD par minimisation de l’enthalpie libre du système. Dans les bases de données, le pseudo-ternaire UO2-ZrO2-SiO2 fait partie des systèmes importants à bien décrire pour prédire les phases se formant dans le corium. Or la limite de solubilité de l’uranium dans le zircon ZrSiO4 et les propriétés thermodynamiques de la tchernobylite (Zr,U)SiO4 sont mal connues. De plus l’oxyde mixte (U,Zr)O2 reste mal caractérisé d'un point de vue thermodynamique. Nous proposons donc l’étude de la stabilité de ces phases pour pallier le manque de données et améliorer les modèles thermodynamiques sur les systèmes UO2-SiO2-ZrO2 et U-Zr-O.
Après avoir optimisé les conditions de synthèse et de purification des deux solutions solides par voie humide, les échantillons seront caractérisés d'un point de vue physico-chimique et thermodynamique. L'ensemble de ces résultats expérimentaux serviront de données d'entrée à la modélisation des systèmes UO2-ZrO2-SiO2 et U-Zr-O.

Le candidat ou la candidate recherché(e) devra être titulaire d'un master ou d'un diplôme d'ingénieur en radiochimie, en chimie séparative ou en chimie des matériaux. Au cours de son travail, il/elle sera amené(e) à maîtriser de nombreuses techniques en lien avec la chimie des solutions (notamment celle de l'uranium et du zirconium), la chimie du solide, la physico-chimie et la caractérisation des matériaux incluant leurs propriétés thermodynamiques. Cela lui permettra de valoriser ses compétences non seulement dans le domaine du nucléaire, mais aussi plus largement dans celui de l'élaboration et de la caractérisation de matériaux.