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SL-DES-24-0191 - Caractérisation et modélisation du comportement de joints d’étanchéité en verre pour des applications d’

Wed, 11 Oct 2023 02:15:12 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La production d’hydrogène décarbonée revêt un caractère particulièrement important pour le mix énergétique du futur. Une des technologies identifiées repose sur l’électrolyse de la vapeur d'eau à haute température (EHT). Les conditions de fonctionnement de ce procédé nécessitent le développement de joints spécifiques en verres pour étancher les cellules d’électrolyse. La problématique technique d’usage de tel joint est en lien direct avec la perte d’étanchéité. Cette dernière intervient suite à un problème d’adhésion à l’interface ou à une fissuration du matériau lors des cyclages thermiques générés au cours du fonctionnement de l’électrolyseur. L’objectif de la thèse est d’étudier les performances en étanchéité de ces joints de verres. Un premier volet de l’étude sera dédié aux essais d’étanchéité servant à discriminer le type de fuite en fonction des verres proposés. Dans un deuxième temps, la caractérisation mécanique du verre en température sera réalisée pour construire une loi de comportement. L’ensemble du travail de thèse aura pour but d’établir un lien entre les propriétés physico-chimiques du verre vis-à-vis de ses propriétés mécaniques et d’étanchéité. Les connaissances acquises grâce aux essais et à la modélisation permettront d’émettre des recommandations sur le joint de verre afin de satisfaire le critère d'étanchéité en fonctionnement de l’électrolyseur. La thèse s’inscrit dans le cadre du développement des EHT en vue d’une production à l’échelle industrielle. Elle sera menée en collaboration avec GENVIA (financement CIFRE), le CEA et l’Institut de Physique de Rennes. Le candidat devra être titulaire ou en cours d’obtention d’un Master 2 en science des matériaux. De fortes connaissances en mécanique devront être acquises, les étudiants ayant une première expérience en simulation numérique seront privilégiés. De bonnes capacités de synthèse et de communication sont attendues afin de collaborer avec les différentes équipes impliquées dans le projet. Les compétences développées en mécanique des verres et l’expérience acquise dans le domaine des EHT seront un atout pour le futur docteur. Ces années de formation permettront à l’étudiant d’user de ses connaissances scientifiques au service de la transition énergétique.

Caractérisation et modélisation du comportement de joints d’étanchéité en verre pour des applications d’électrolyse à haute température

SL-DES-24-0167 - Couplage physico-chimique entre une population de bulles et l’oxydo-reduction d’un liquide formateur de

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le procédé de calcination-vitrification est la solution utilisée en France depuis plus de 30 ans pour le conditionnement des déchets nucléaires de haute activité issus du retraitement des combustibles usés. Au cours du procédé de vitrification, les déchets sont incorporés dans une fonte verrière borosilicatée à plus de 1000°C. La fonte est homogénéisée en température et composition par agitation et bullage de gaz. L’incorporation des déchets dans la fonte peut également conduire à des dégagements gazeux, dont ceux d’oxygène issus de réactions d’oxydo-réduction entre espèces dissoutes dans le liquide. Il est important de bien maîtriser l’impact de ces gaz sur le verre et le procédé. L’état d’oxydo-réduction de la fonte à l’équilibre entre les espèces dissoutes a fait l’objet de différentes études au CEA dans le cadre la vitrification des déchets nucléaires. En revanche, peu d’études ont été consacrées à la cinétique de réaction des gaz dans la fonte. L’objectif de cette thèse vise à étudier et à modéliser l’impact des bulles de gaz, quelle que soit leur nature, sur le redox de la fonte et la cinétique des réactions associées. Une approche couplant l’expérimentation et la modélisation numérique sera adoptée. Un goût pour l’expérimentation, la caractérisation et l’interprétation de résultats abordant différents domaines scientifiques est important pour mener à bien ce travail. L’ensemble des expériences seront conduites sur des éléments non radioactifs et impliqueront un traitement par modélisation numérique.

Couplage physico-chimique entre une population de bulles et l’oxydo-reduction d’un liquide formateur de verre

SL-DES-24-0186 - Modélisation prédictive de l’altération des verres de confinement de déchets nucléaires

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
En France, les déchets vitrifiés issus du traitement des combustibles nucléaires doivent être stockés en profondeur dans des couches géologiques argileuses. Dans cet environnement confiné et peu poreux, l'interaction chimique entre le verre, les produits de corrosion des enveloppes métalliques et l'argilite du site devrait contrôler l’altération du verre une fois que le milieu sera à nouveau saturé en eau. Prédire l’altération à long terme des colis vitrifiés nécessite une compréhension approfondie des mécanismes réactionnels, qui sont nombreux et étroitement liés. En pratique, ces mécanismes sont classés en fonction de leur importance sur la cinétique d’altération, puis sont intégrés au sein de modèles adaptés aux échelles de temps et d'espace pertinentes. La thèse porte sur la modélisation géochimique de l’altération du verre, qui est réalisée en utilisant un code de transport réactif (CHESS/HYTEC), une base de données thermodynamique et une loi cinétique pour les verres (modèle GRAAL2, dérivé du modèle GRAAL (Frugier et al. 2018)). Ce modèle tient compte du rôle de la composition de la couche d'altération du verre sur son caractère protecteur, ce qui permet à GRAAL2 de simuler des variations de la vitesse d’altération en fonction de la composition du verre et des conditions environnementales.

Modélisation prédictive de l’altération des verres de confinement de déchets nucléaires

SL-DES-24-0110 - Précipitation directe d’oxydes mixtes par conversion hydrothermale réductrice

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le développement de nouvelles filières de réacteurs nucléaires conduit à envisager des méthodes innovantes de fabrication des combustibles de type MOx (U,Pu)O2. Dans ce cadre, des travaux récents se sont intéressées à la conversion hydrothermale de carboxylates d’actinides tétravalents, notamment des oxalates. Ce procédé permet l’obtention directe d’oxydes d’actinides hydratés via l’utilisation de conditions dites « douces ». L’ajustement des conditions expérimentales permet en outre d’orienter les caractéristiques des poudres obtenues. Néanmoins, aucune étude impliquant l’utilisation du cation uranyle UO22+ n’est reportée, alors que plusieurs travaux ont mis en évidence la réduction de U(VI) par des matières organiques dans les milieux géologiques. Ce sujet de thèse se propose donc d’aborder la précipitation directe, en conditions hydrothermales réductrices, de UO2+x et de solutions solides associées à partir de solutions à base d’uranyle. L’étude de systèmes simples contenant uniquement U(VI) sera tout d’abord entreprise en considérant différentes sources de matière organique. Une étude multiparamétrique permettra de préciser les conditions expérimentales permettant la réduction de U(VI) en U(IV) et la formation quantitative de UO2+x, tandis que le mécanisme de réduction sera étudié par le biais d’analyses XANES in situ sur les lignes FAME et FAME-UHD de l’ESRF. La seconde partie du travail concernera l’étude de systèmes mixtes contenant initialement de l’uranium (VI) et un cation tétravalent. Les systèmes U(VI)-Th et U(VI)-Ce(IV) seront étudiés en première approche, de manière à complexifier progressivement le comportement redox des échantillons. L’étude sera enfin transposée au système U(VI)-Pu(IV) sur l’installation ATALANTE du CEA Marcoule, en collaboration avec le DES/DMRC/SPTC/LSEM. Quel que soit le système chimique abordé, une caractérisation physico-chimique complète des solides obtenus sera entreprise. L’étude du frittage des poudres préparées sera également abordée. Ce travail de thèse vise donc à proposer une voie alternative pour la fabrication/refabrication des combustibles nucléaires de future génération, en offrant la possibilité originale de réduire in situ l’uranium(VI) dans le réacteur, ce qui constitue une voie directe permettant de passer des ions en solution au solide final. Le candidat ou la candidate recherché(e) devra être titulaire d'un master ou d'un diplôme d'ingénieur en radiochimie, chimie séparative ou chimie des matériaux. Au cours de son travail, il/elle sera amené(e) à maîtriser de nombreuses techniques relevant de la chimie des matériaux, de la microscopie et de la chimie en solution, ce qui lui permettra de valoriser des compétences non seulement dans le domaine du nucléaire, mais aussi plus largement dans celui de l'élaboration de matériaux céramiques.

Précipitation directe d’oxydes mixtes par conversion hydrothermale réductrice

SL-DES-24-0078 - Etude et mise en oeuvre de la photocatalyse en réacteur Taylor-Couette

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le domaine des réactions photocatalytiques hétérogènes offre une solution intéressante à divers défis écologiques. Pour exploiter ces techniques à grande échelle, il est essentiel d'étudier en profondeur les facteurs qui influencent leur efficacité. Ces facteurs comprennent notamment la transmission de la lumière dans le système, l’hydrodynamique du réacteur, les réactions chimiques spécifiques impliquées et surtout le couplage de l’ensemble de ces éléments. Dans ce sujet de thèse, la polyvalence de l’écoulement de Taylor-Couette, qui permet d’aller d’un écoulement piston à une turbulence élevée dans un même appareil tout en autorisant un éclairement élevée grâce à une rapport surface/volume maximisé, sera exploitée pour étudier ces différents phénomènes et leurs couplages. L’étude s’appuiera sur des simulations Monte Carlo et des simulations numériques directes pour décrire respectivement le comportement de la lumière et l’écoulement polyphasique dans le réacteur et ainsi identifier et étudier les paramètres d’influence tels que la structure de l’écoulement, la distribution spatiale des particules, le transport des photons et l’interactions photons-matière à l'intérieur du réacteur, sans oublier le rôle du gaz. Ces simulations seront comparées à des résultats expérimentaux obtenus sur une maquette optique dédiée et permettront d’améliorer la compréhension des couplages dans ces photoréacteurs. La thèse est située sur le centre CEA de Marcoule, proche d'Avignon, dans une équipe pluridisciplinaire résolument orientée vers les procédés pour la transition écologique. Le candidat recherché est un ingénieur et/ou titulaire d'un master 2 avec un profil généraliste désireux de jouer un rôle actif dans la transition écologique. A l’issue de cette thèse, le candidat aura une première expérience des problématiques actuelles liées à l'économie circulaire des énergies bas carbone. Ce type de profil polyvalent sera sans un aucun doute un atout pour une poursuite de carrière aussi bien dans le milieu académique que dans l’industrie.

Etude et mise en oeuvre de la photocatalyse en réacteur Taylor-Couette

SL-DES-24-0080 - Description du système Pd-Rh-Ru-Te-O dans les verres nucléaires et son impact sur les propriétés de cond

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
En France, les déchets nucléaires de haute activité sont vitrifiés. Les éléments du déchet sont intégrés dans un réseau vitreux borosilicaté avec lequel ils forment un verre homogène. Cependant, les éléments platinoïdes Pd, Rh et Ru, associés ou non à du Te et de l’O, sont très peu solubles dans le verre et forment des particules dans la fonte et dans le verre. Ces particules peuvent alors modifier les propriétés physiques de la fonte verrière et particulièrement sa conductivité électrique qui est primordiale pour le pilotage industriel. De fait, la connaissance de la spéciation et de la morphologie des éléments du système Pd-Rh-Ru-Te-O est essentielle pour la bonne maîtrise du procédé de vitrification. Pour cela, cette thèse sera découpée en 2 approches interdépendantes : une approche par calculs thermodynamique Calphad et une approche expérimentale. L’approche expérimentale aura, dans un premier temps, pour but de comprendre et de quantifier les phénomènes de réduction de (Ru,Rh)O2 et la solubilisation de Ru et Rh dans Pd-Te via des élaborations et des caractérisations (MEB-EDS-WDS et DRX principalement) de verres avec platinoïdes. Les résultats acquis permettront d’enrichir une base de données Calphad. Les calculs permettront d’interpréter les résultats expérimentaux acquis et pourront prédire l’état des platinoïdes dans la fonte verrière lors de l’élaboration à l’échelle industrielle. Dans un second temps, des essais de conductivité électrique haute température seront menés sur les verres précédemment élaborés afin de relier la spéciation des platinoïdes avec la conductivité électrique des fontes.

Description du système Pd-Rh-Ru-Te-O dans les verres nucléaires et son impact sur les propriétés de conductivité de la fonte

SL-DES-24-0067 - Développement de catalyseurs à base d’oxydes mixtes pour la valorisation du bioéthanol en butanol

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La production de biobutanol à partir de bioéthanol via la réaction de Guerbet est un processus important pour améliorer la valorisation de la biomasse en biocarburants de nouvelle génération. L’objectif de cette thèse est de développer de nouveaux catalyseurs à base d’oxydes mixtes qui permettent cette réaction en phase liquide. La formulation de départ est l’oxyde mixte CuMgAl de type hydrotalcite. Des substitutions partielles ou totales dans les sites Cu et Al par Ni et/ou Co et Ce et/ou La respectivement seront étudiées. Une modulation de la microstructure sera également étudiée en synthétisant ces oxydes à partir de différentes voies de synthèse (NPG, alginate, ….). Une fois synthétisés les oxydes seront caractérisés par des méthodes classiques DRX, MEB, BET/BJH, ATG, MET haute résolution, mais aussi par TDP de NH3 et CO2 dans le but de déterminer la quantité de sites acides et basiques. Les catalyseurs synthétisés seront alors testés dans la réaction de Guerbet de l'éthanol en phase liquide, en réacteur batch, les produits étant analysés par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution pour déterminer les taux de conversion d’éthanol mais aussi la sélectivité de la conversion en butanol. Après un premier screening, des études cinétiques complètes seront réalisées sur les 2 ou 3 formulations les plus prometteuses en faisant varier l’ensemble des paramètres (température, quantité de catalyseurs, absorbeur d’humidité, …). Des caractérisations post-réactions seront réalisées pour étudier d’éventuelles désactivations des catalyseurs par des phénomènes de cokage. Enfin il sera envisagé de mettre au point un procédé en continu afin de pallier les inconvénients d’un procédé batch discontinu.

Développement de catalyseurs à base d’oxydes mixtes pour la valorisation du bioéthanol en butanol

SL-DRT-24-0106 - Guidage astucieux des outils de géneration de tests

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le fuzzing est une technique de génération de tests automatisée. Il consiste en une exécution répétée d'un programme avec des entrées générées automatiquement, afin de déclencher des plantages, symptômes de bugs sous-jacents au niveau du code, qui peuvent ensuite être corrigés. Un défi majeur dans ce domaine consiste à passer d’une exploration indistincte du fonctionnement des programmes à un guidage astucieux vers la découverte de bugs importants. Profitant de l’expertise de notre équipe et de nos travaux antérieurs, l'objectif de la thèse est de proposer, mettre en œuvre et évaluer des moyens pour relever ce défi, en tirant avantage de mécanismes de guidage plus fins.

Guidage astucieux des outils de géneration de tests

SL-DES-24-0064 - Apport de l’intelligence artificielle pour établir des cartographies tridimensionnelles de la contaminat

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La connaissance de l’inventaire radiologique d’une installation nucléaire est essentielle pour garantir, tout au long de la vie de l’installation, la maitrise des risques liés à la sûreté-criticité et la maitrise de l’impact radiologique sur l’homme et sur l’environnement. La maîtrise de l’état radiologique des procédés et des équipements d’une installation permet de définir des scénarios d’intervention sûrs afin d’optimiser les opérations de maintenance ou des opérations d’assainissement/démantèlement en milieu hostile et d’optimiser la gestion des déchets. Lors du démantèlement d’une installation nucléaire, des opérations d’assainissement doivent être menées dans le but de déclasser définitivement les zones à déchets nucléaires en zones à déchets conventionnels. Cette étape implique au préalable d’établir une cartographie précise de la radioactivité d’origine artificielle au sein des structures de génie civil en béton. Pour pallier aux limitations des méthodologies existantes et conformément aux directives de l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN), le sujet de thèse proposé vise à développer une méthodologie de caractérisation radiologique non destructive innovante et performante, utilisant des algorithmes d’apprentissage (intelligence artificelle) pour analyser de manière automatisée des mesures in situ de spectrométrie gamma avec un détecteur Germanium hautement résolu. La finalité est d’établir en temps réel des cartographies tridimensionnelles de la distribution des contaminants dans des structures de génie civil contaminées des INB. La méthodologie de caractérisation développée à l’issue du projet présentera un fort potentiel de valorisation industrielle en particulier dans le domaine de l’assainissement et du démantèlement. Le thésard travaillera au sein d’une équipe qui dispose d’un fort retour d’expériences dans le développement et la mise en œuvre in situ de techniques et méthodes de caractérisation radiologique non destructives (techniques d’imagerie alpha, gamma et techniques de spectrométrie alpha, bêta, gamma). Le thésard aura l’opportunité d’évaluer les solutions proposées sur des chantiers de démantèlement parmi les plus importants au monde.

Apport de l’intelligence artificielle pour établir des cartographies tridimensionnelles de la contamination dans les structures de génie civil des INB à partir de mesures de spectrométrie gamma

SL-DES-24-0088 - Etude et utilisation de verres à l’uranium pour la détection des neutrons par voie optique

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le Laboratoire de Dosimétrie, Capteurs et Instrumentation du CEA Cadarache, développe, fabrique et exploite des détecteurs de flux neutroniques qui sont utilisés à proximité immédiate ou à l’intérieur des cœurs des réacteurs nucléaires. En plus des détecteurs classiques (chambres à fissions, collectrons…), le LDCI mène des recherches actives sur des voies de mesures innovantes telles que des détecteurs optiques, semi-conducteurs, scintillateurs fibrés… Dans cette thèse, le laboratoire souhaite explorer le potentiel de verres dopés à l’Uranium. Ces verres sont connus pour produire une vive fluorescence sous différents rayonnements. L’idée maitresse est d’essayer d’exploiter cette fluorescence pour détecter les réactions de fission qui sont induites dans le verre lorsqu’il est exposé à un flux de neutrons. Cela permettrait de développer une nouvelle génération de détecteurs de neutrons par voie optique à mi-chemin entre une chambre à fission et un scintillateur. Le travail de thèse sera articulé autour de deux grand axes : - d’une part la compréhension fine des mécanismes de fluorescence, ainsi que la synthèse de verre à l’uranium aux propriétés optimisés pour nos besoins (sensibilité, spectre d’émission, vecteur isotopique…). La synthèse sera effectuée dans des laboratoires partenaires ; - d’autre part le développement d’une instrumentation dédiée, probablement sous la forme de fibres optiques, pour tester ces prototypes en réacteur.

Etude et utilisation de verres à l’uranium pour la détection des neutrons par voie optique

SL-DES-24-0059 - Etude de la synthèse et de la purifcation d'un sel combustible à base chlorure pour les réacteurs à sel

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Pour la filière nucléaire, le développement de nouveaux concepts innovants de réacteur permettant de répondre aux besoins énergétiques décarbonés tout en gérant de la matière nucléaire de façon optimisée est un enjeu majeur. Un réacteur français à neutrons rapides avec un combustible de type sel fondu est en cours de développement au CEA en collaboration avec Orano. Dans ce concept, le combustible est un sel fondu sous forme liquide qui assure aussi le rôle de caloporteur. Ce réacteur fonctionne à des températures proches de 600 °C dans lequel les actinides (An) sont dissouts, de manière homogène, dans un liquide composé de chlorures, d’alcalins et d’alcalino-terreux. Pour alimenter ce réacteur, la synthèse du sel combustible de type NaCl-MgCl2-AnCl3 nécessite de limiter la présence d’impuretés (comme les ions oxyde et hydroxyde…) dans le sel pour éviter les phénomènes de précipitation et de corrosion. En lien avec cette problématique, l’objectif principal de la thèse est d’étudier une méthode de fabrication de sel combustible pur en minimisant les impuretés. Pour cela, une première étape consiste à synthétiser et caractériser les chlorures d’actinides par une approche multi-échelle (DRX, MEB, DSC, WDS…). La voie de synthèse de référence correspond à la réaction gaz-solide d’hydrochloration à partir d’oxalates d’actinides. Dans la mesure où ces composés sont sensibles à leur environnement (hygroscopiques), d’autres méthodes innovantes de synthèse seront aussi envisagées. Par la suite, le comportement des chlorures synthétisés après mise en solution dans le sel fondu et des impuretés sera étudié par électrochimie via des techniques analytiques. La dernière étape consiste à éliminer les impuretés restantes dans le sel par des moyens complémentaires de purification du sel. La mesure de la teneur résiduelle en impuretés dans le sel ainsi que la définition du critère de pureté sont des enjeux pour évaluer la purification des sels. Une fois purifié, certaines propriétés physico-chimiques du sel pourront être également étudiées.

Etude de la synthèse et de la purifcation d'un sel combustible à base chlorure pour les réacteurs à sel fondu

SL-DES-24-0086 - rétro-conception automatique de maquettes BIM par apprentissage automatique

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le BIM (Building Information Modelling) ou « maquette numérique du bâtiment » est aujourd’hui devenu un standard dans la gestion des informations d’une usine, d’un bâtiment ou d’une installation industrielle. L’approche BIM est particulièrement adaptée dans les environnements industriels complexes, en particulier pour les installations nucléaires, car il s’avère être un outil pertinent sur tout le cycle de vie de l’installation, que ce soit en phase de conception, de construction, d’exploitation et de démantèlement, en proposant une modélisation partagée, intelligente et structurée. Cette démarche est centrée sur une maquette 3D, généralement réalisée à partir d’un nuage de points obtenu par lasergrammétrie. La plupart du temps, il est possible d’acquérir en même temps des photos panoramiques. A partir de ce nuage de points, une maquette 3D est, en règle générale, reconstruite pour représenter les équipements présents de manière unitaire en objets solides. Cette étape de reconstruction de la maquette 3D, souvent longue et fastidieuse, est aujourd’hui réalisée manuellement par un projeteur CAO. Ce sujet de thèse propose de développer une méthode automatique de reconstruction de maquettes BIM à partir de nuages de points par apprentissage automatique et d’analyse d’image, en exploitant à la fois le nuage de points et les photos panoramiques disponibles. Les environnements des installations nucléaires sont composés de procédés en acier ou alliages bien spécifiques, et comportent principalement des équipements de tuyauteries. En couplant le machine learning et le computer vision, en utilisant à la fois des méthodes de clustering et de classification d’une part et de reconnaissance de forme et d’image d’autre part, le travail consiste à identifier directement dans le nuage de points des objets appartenant à des familles d’objets métier de type tuyau, coude, vannes, support, raccords, cuve…, ainsi que certaines de ses métadonnées : le matériau qui les compose, ses propriétés géométriques (diamètre, épaisseur, longueur), son volume et sa masse.

rétro-conception automatique de maquettes BIM par apprentissage automatique

SL-DES-24-0049 - Nouveaux extractants cycliques pour la séparation uranium/plutonium

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
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 de la famille des monoamides cycliques 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 classiquement utilisés, adaptables aux technologies d’extraction actuelles en termes de densité, viscosité, solubilité et cinétique d’extraction. L’affinité et la sélectivité vis-à-vis des éléments d’intérêt devront être optimisées pour permettre une simplification du schéma de procédé. 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 dans les laboratoires actifs de l’installation ATALANTE. La résistance à l’hydrolyse et à la radiolyse sera évaluée grâce à des essais d’irradiation en batch. Enfin, les structures des complexes métalliques formés en phase organique avec ces nouvelles molécules seront étudiées afin de mieux comprendre les mécanismes d’extraction et d’orienter de nouvelles synthèses.

Nouveaux extractants cycliques pour la séparation uranium/plutonium

SL-DES-24-0037 - Développement de ligands lipophiles de type acide aminopoly(carboxylique) ou acide hydroxamique pour la

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le sujet de cette thèse a été défini dans le but de proposer des méthodes d'extraction liquide-liquide (ELL) applicables dans le domaine du recyclage des lanthanides et des actinides en aval du cycle du combustible nucléaire. La méthodologie proposée repose essentiellement sur la mise à disposition de ligands lipophiles dérivés d’agents chélatants particulièrement polaires que sont les acides poly(aminocarboxyliques) (APAC) ou les acides hydroxamique (AH). Le doctorant devra donc dans un premier temps, s’investir dans un important travail de synthèse organique consistant à constituer une biblio-thèque de plusieurs de ces différents dérivés. Durant la première phase de son doctorat, le candidat pourra s’appuyer sur les travaux déjà entrepris dans ce sens au LTSM. Il sera amené, durant les phases suivantes, à élaborer de nouvelles stratégies de synthèse plus efficaces et dans certains cas stéréosélectives (énantio- et/ou diastéréosélectives) lorsque plusieurs stéréoisomères pourront être obtenus. Parallèlement à cette activité de synthèse, il sera demandé au candidat de procéder à la caractérisation des propriétés d’extraction (affinité et sélectivité) des ligands synthétisés vis-à-vis de certains lanthanides et actinides d’intérêt. Ceci sera effectué suivant des méthodes parfaitement maitrisées au laboratoire permettant le suivi quantitatif et qualitatif d’ELL réalisée à l’échelle de quelques millilitres. Le doctorant sera suivi durant l’intégralité de sa thèse par deux co-directeurs de thèse et un encadrant dont il pourra bénéficier des expertises pluridisciplinaires.

Développement de ligands lipophiles de type acide aminopoly(carboxylique) ou acide hydroxamique pour la séparation d’ions

SL-DES-24-0077 - La spectroscopie d’émission X : une alternative à la spectroscopie d’absorption X pour l’étude de la phy

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
L’exploitation au mieux des combustibles nucléaire est indispensable afin de conserver une production d’énergie à bas carbone pour les décennies à venir. Pour ce faire, les combustibles tels que les mélanges d’oxyde mixtes U1-yPuyO2-x sont envisagés. La sûreté de leur utilisation future nécessite cependant une connaissance multi-échelle exhaustive de leur comportement aussi bien lors de leur fabrication que de leur passage en réacteur et également de leur aptitude à la dissolution après irradiation pour leur recyclage. La spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) est une technique clef pour la caractérisation des combustibles utilisée au CEA Marcoule. Une approche complémentaire à cette dernière est la spectroscopie d’émission des rayons X (XES). Cependant, si les études XES sont nombreuses dans le cadre des éléments 3d, seulement une poignée d’études sont disponibles quant aux actinides. Ces travaux très récents laissent présager un accès à des connaissances inédites sur les propriétés des combustibles et une limite de détection supérieure par rapport à la XAS. L’objectif principal de cette thèse est donc le développement de la méthodologie et de l’instrumentation nécessaire aux analyses XES des actinides, ainsi que la réalisation de campagnes expérimentales dédiées à la compréhension des liens entre les observations expérimentales et les propriétés intrinsèques des actinides dans ces combustibles. La thèse sera réalisée en collaboration entre le CEA Marcoule et l’Université d’Helsinki et commencera par une période de 1,5 ans à Helsinki avant de se poursuivre au CEA Marcoule.

La spectroscopie d’émission X : une alternative à la spectroscopie d’absorption X pour l’étude de la physico-chimie des actinides ?

SL-DES-24-0038 - Comportement d’un bloc de verre fracturé en phase vapeur

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
L’altération du verre au cours du temps est largement étudiée dans de multiples domaines d’application, dont un majeur : le stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde. En effet, ces déchets sont vitrifiés en vue d’un stockage à très long terme dans des galeries à 500 m de profondeur. Il est prévu que l’eau liquide n’atteigne pas les colis de verre avant une centaine de milliers d’années. Néanmoins, durant cette période, une certaine humidité relative est attendue dans l’espace de stockage. Ainsi, l’impact de la vapeur d’eau sur le verre doit être pris en compte pour prédire le comportement du colis de verre sur toute la période de décroissance radioactive des radionucléides. Le colis est intrinsèquement fracturé ; en cause : des gradients thermiques lors du refroidissement après coulée. Les fissures développées accroissent la surface réactive du matériau. Mais à quel point ? Quelle est la contribution des fissures dans l’altération globale du bloc en phase vapeur ? Est-ce que de l’eau condense au sein du réseau de fissures, induisant l’altération du matériau en milieu liquide ultra-confiné ? Si oui, dans quelles proportions ? De ces questions découlent d’autres problématiques à aborder telles que l’évolution de l’altération au cours du temps dans ce système potentiellement biphasique, ainsi que le comportement du bloc de verre lors de l’arrivée de l’eau liquide. Cette thèse se propose donc de répondre à ces questions en menant des études sur des verres simulants non radioactifs. Des systèmes de fissures modèles ainsi que des blocs de verre fracturés seront utilisés. Au cours de ce travail, le doctorant sera donc amené à élaborer des verres au laboratoire et à réaliser des expériences en exposant des échantillons à la vapeur d’eau dans des chambres atmosphériques. La thèse comportera trois parties constituées de 1) l’étude de la condensation au sein du réseau de fissures, 2) l’étude de l’altération et de son évolution au cours du temps et 3) le comportement de ces systèmes lors de la remise en eau liquide. Un large panel de techniques d’analyse sera déployé pour caractériser les échantillons solides et liquides. Au sein même du service, le doctorant pourra être formé à la manipulation du DVS (études de sorption de l’eau), du MEB-EDS, de la DRX, du spectromètre Raman ainsi qu’au spectromètre UV-Visible. Des collaborations sont envisagées pour mener des analyses par MET, de la tomographie, de l’AFM ou encore de la RMN. Pour ce travail, le candidat devra présenter des compétences solides dans le domaine de la science des matériaux. Il devra être curieux, ouvert et dynamique car il sera amené à interagir avec de nombreuses personnes, voire potentiellement à collaborer avec des intervenants dans un cercle plus élargi que le domaine du verre (concernant les milieux fissurés d’autres matériaux). Cette thèse apportera au doctorant de larges compétences techniques au vu du nombre d’outils analytiques prévus. Par ailleurs, ce travail lui fournira une connaissance poussée du matériau qui pourra être valorisée dans de nombreux domaines d’activités.

Comportement d’un bloc de verre fracturé en phase vapeur

SL-DES-24-0091 - Développement de méthodologies de test de systèmes électroniques destinés aux environnements irradiants

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Les chantiers d’assainissement et démantèlement (A&D) et plus généralement les installations nucléaires mettent en œuvre des équipements électroniques (capteurs, vecteurs mobiles, robots, bras téléopérés…) dans des environnements irradiants. Or, l'effet des rayonnements est l'un des principaux facteurs affectant la fiabilité des composants et systèmes électroniques. Dans ce cadre, l’évaluation de composants et systèmes électroniques permet d’identifier les technologies les plus tolérantes aux environnement irradiants et également de déterminer quelles sous fonctions sont les plus sensibles. Pour répondre à cette problématique, il est nécessaire de développer des méthodologies de qualification de l’électronique pour le domaine du nucléaire en s’appuyant sur l’expérience du domaine spatial mais en prenant en compte certaines spécificités : l’environnement peut y être beaucoup plus sévère, l’utilisation de composants commerciaux y est très répandue et une approche au niveau système doit être considérée (car il n’est pas envisageable de tout développer en partant du composant). Les tests au niveau système et l’utilisation de composants COTS en environnement irradiant sont des problématiques émergentes et suscitent l’intérêt de nombreux acteurs. Le travail de thèse commencera donc par l’étude de systèmes spécifiquement développés. Nous aurons alors une maitrise et une connaissance complète du système et surtout des composants élémentaires qui le compose. Il nous sera possible de caractériser sous faisceau chaque composant élémentaire et le système complet. La synergie de dégradation entre le système et le composant élémentaire fera l’objet d’études pour évaluer les règles de dégradation avant de passer à la mise en place de méthodologies qui pourront ensuite être évaluées sur des systèmes commerciaux « boite noire ». L’objectif est de vérifier que les conclusions obtenues lors de la première étape seront toujours vérifiées et de déterminer les observables nécessaires à l’identification d’une défaillance. Des méthodes innovantes d’analyse de données basées sur l’IA pourront également être mises en place en fonction du type et du volume des données collectées. Il est également essentiel, compte tenu des quantités attendues de systèmes à tester, de compléter ces travaux par une rationalisation des moyens d’irradiation. Pour cela, des essais seront menés, notamment sur le filtrage des photons X dans le domaine photoélectrique pour garder uniquement le domaine Compton et ainsi avoir une équivalence au Cobalt60. Au final, une méthodologie devra être mise en place. Cette méthodologie devra prendre en compte aussi bien l’approvisionnement des systèmes, la définition des observables, la définition des conditions d’irradiation et de caractérisation ainsi que l’analyse des défaillances élémentaires et fonctionnelles observées. Une partie du travail de thèse s’attachera également à définir la structure d’une base de données « radiation » permettant de répertorier les tests en radiation réalisés sur des composants et des systèmes électroniques.

Développement de méthodologies de test de systèmes électroniques destinés aux environnements irradiants

SL-DAM-24-0028 - Etude de la réponse dynamique du molybdène à un choc laser

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Depuis quelques années, le molybdène est utilisé pour plusieurs applications dynamiques, notamment dans le domaine de la défense comme revêtement de charges creuses, impliquant de fortes sollicitations mécaniques (grandes vitesses de déformation, grandes déformations, fortes pressions, …). Pour autant, ce matériau a été caractérisé essentiellement en quasi-statique ou à des pressions extrêmes pour des besoins en planétologie, par exemple. Les chocs laser, comparés à d'autres sources de sollicitations dynamiques (impacts, explosifs, ...), bénéficient de plusieurs avantages. Ils permettent de couvrir un large spectre de sollicitations - en faisant varier l'intensité, la taille et la durée du pulse laser - , d'étudier la réponse élasto-plastique du matériau à très haute vitesses de déformation, et de réaliser des analyses post-mortem facilitées par la capacité de récupération des échantillons offertes par ce dispositif. L'objectif de ce travail de thèse, co-encadré par l'Institut Pprime à Poitiers, est de caractériser le comportement du molybdène sous choc laser, sur une gamme de sollicitations représentatives du fonctionnement d'une charge creuse, d'évaluer et de faire évoluer, si besoin, les modèles de comportement existants pour ce matériau. Des configurations innovantes seront également étudiées et mises en oeuvre. A cette fin, le candidat devra notamment dimensionner, réaliser et exploiter des essais de choc laser permettant : - de caractériser le comportement élasto-plastique par des mesures de vitesse en face arrière et, si possible, par des mesures de température; - la récupération et l'analyse post-mortem des échantillons ; - l'étude de la phase d'implosion génératrice du jet d'une charge creuse sur des échantillons entaillés ; - l'analyse de l'effet d'un choc incliné sur le molybdène.

Etude de la réponse dynamique du molybdène à un choc laser

SL-DAM-24-0024 - Stabilité d'écoulements d'ablation en fusion par confinement inertiel : croissances transitoires

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La fusion par confinement inertiel (FCI) vise à produire de l'énergie à partir de réactions nucléaires de fusion entre éléments légers. Une voie possible pour obtenir les hautes densités et températures nécessaires au déclenchement des réactions de fusion, consiste à imploser un micro-ballon, rempli d'un mélange fusible, au moyen d'un rayonnement intense. Ce rayonnement provoque une vaporisation violente – ablation – de l’enveloppe du micro-ballon conduisant à l’implosion de celui-ci. La durée limitée de l'implosion du micro-ballon met en exergue la nécessité d'identifier d'éventuelles croissances transitoires de perturbations susceptibles de dominer l'écoulement sur des temps courts. Pour cette thèse on souhaite procéder à de telles identifications pour des écoulements d'ablation auto-semblables fortement accélérés, à symétrie plane ou sphérique, pertinents pour décrire la phase principale d'une implosion. Ce travail sera mené au moyen d'une méthode direct-adjoint de l'analyse de stabilité non-modale, développée précédemment pour des écoulements d'ablation auto-semblables à faible accélération, qu'il faudra adapter aux configurations à fortes accélérations. Les résultats obtenus pourront être exploités pour définir dans un contexte plus réaliste des simulations « multi-physiques » d'implosions de micro-ballon.

Stabilité d'écoulements d'ablation en fusion par confinement inertiel : croissances transitoires

SL-DAM-24-0012 - Astrophysique de laboratoire relativiste

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique corpusculaire et cosmos
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La thèse proposée porte sur la modélisation numérique et théorique des plasmas ultra relativistes rencontrés dans certains objets astrophysiques, tels les sursauts gamma ou les nébuleuses de vent de pulsar, ainsi que dans de futures expériences d'interaction laser-plasma, faisceau-plasma ou gamma-plasma en régime extrême. Ces dernières pourront avoir lieu sur les installations laser multi-pétawatt actuellement en développement (par ex. le projet européen ELI) ou sur les accélérateurs de particules de nouvelle génération (par ex. l'installation américaine SLAC/FACET-II). Les plasmas considérés, qui se caractérisent par un fort couplage entre particules, rayonnements énergétiques et mécanismes d'électrodynamique quantique, seront simulés numériquement au moyen d'un code « particle-in-cell » (PIC) développé au CEA/DAM depuis plusieurs années. Outre les effets collectifs propres aux plasmas, ce code décrit certains processus de rayonnement gamma et de création de paires électron-positron. Le but de la thèse sera d'y inclure de nouveaux mécanismes d'interaction photon-particule et photon-photon, puis d'examiner en détail leur impact dans diverses configurations expérimentales et astrophysiques.

Astrophysique de laboratoire relativiste