Développement de nouvelles matrices vitreuses incorporant du chlore et étude de son impact sur les propriétés physico-chimique du verre

Résumé

Ce projet de recherche doctorale vise à explorer une formulation innovante de verre intégrant le chlore comme composant clé, afin de développer des solutions durables pour le conditionnement des déchets. L’étude portera sur l’impact de l’incorporation du chlore sur les propriétés physico-chimiques du verre, notamment la solubilité, la viscosité et la stabilité chimique.

Sujet de thèse:

Ce poste est proposé dans le cadre d’un contrat doctoral CIFRE de trois ans. La thèse sera menée en partenariat avec VEOLIA, principalement à l’Institut de Physique du Globe de Paris et à Sorbonne Université.

Contexte et objectif

Le développement de nouveaux réacteurs modulaires de petite taille (SMR, Small Modular Reactor) représente une avancée majeure vers des solutions énergétiques flexibles et économiquement viables. Ces réacteurs compacts et de faible puissance sont conçus pour être fabriqués en série et installés rapidement sur site. Cependant, les circuits de refroidissement utilisés dans ces futurs réacteurs génèrent d’importantes quantités de chlore, notamment le chlore-36, un isotope radioactif à longue durée de vie. La gestion du chlore est un enjeu critique dès les premières phases de conception des réacteurs afin d’éviter sa dispersion dans l’environnement.

Une approche prometteuse repose sur la vitrification, un procédé qui permet d’immobiliser le chlore dans une matrice vitreuse stable, réduisant ainsi les risques de dispersion et de contamination environnementale. La vitrification est largement utilisée pour la gestion des déchets nucléaires, garantissant une immobilisation sûre et durable des radionucléides. Toutefois, les verres borosilicatés conventionnels ne peuvent incorporer qu’une quantité limitée d’anions, notamment d’halogènes comme le chlore.

Ce projet de recherche doctorale vise à explorer une formulation innovante de verre intégrant le chlore comme composant clé, afin de développer des solutions durables pour le conditionnement des déchets. L’étude portera sur l’impact de l’incorporation du chlore sur les propriétés physico-chimiques du verre, notamment la solubilité, la viscosité et la stabilité chimique.

Méthodologie

Cette recherche combinera des expériences de synthèse avec des modélisations thermodynamiques et structurales afin de développer et caractériser de nouvelles matrices vitreuses :

• Synthèse et caractérisation du verre
• Développement de compositions de verres contenant du chlore
• Détermination de la solubilité maximale du chlore dans différentes matrices
• Analyse structurale par spectroscopie Raman, RMN et absorption X pour identifier les sites d’incorporation du chlore
• Études des propriétés physico-chimiques
• Mesure de la viscosité en fonction de la température afin d’évaluer l’effet du chlore sur le comportement des verres en fusion
• Évaluation de la stabilité thermique et chimique

Impact et applications

Cette recherche contribuera à une meilleure compréhension des interactions entre le chlore et les verres, tout en fournissant une base solide pour la conception de matrices vitreuses optimisées pour le confinement des halogènes. Les résultats obtenus auront un impact significatif sur le domaine des matériaux vitreux et de la gestion des déchets nucléaires.

Ce que nous proposons

• Un projet scientifique appliqué à la gestion des déchets et aux services énergétiques
• Une intégration dans une équipe pluridisciplinaire en partenariat avec le monde académique
• Un travail couvrant l’ensemble du processus, de la conception des matériaux aux tests expérimentaux
• La possibilité de formuler des recommandations pour le passage à l’échelle industrielle
• Une opportunité d’apprentissage dans un environnement académique prestigieux, en partenariat avec une entreprise industrielle française

Ce que nous proposons

Laurent Cormier, Directeur de recherche au CNRS à l’IMPMC, et Daniel Neuville, Directeur de recherche au CNRS à l’IPGP, collaborent depuis de nombreuses années sur l’étude de la structure et des propriétés des verres et des matériaux en fusion. Leur expertise leur permet d’analyser des systèmes complexes, tant naturels qu’artificiels.

Leur expérience ne se limite pas au cadre académique : ils travaillent également en étroite collaboration avec de nombreux partenaires industriels et sont activement impliqués dans les réseaux nationaux et internationaux dédiés à la science des verres.

En partenariat avec Veolia, un acteur clé dans la gestion des déchets radioactifs, cette thèse bénéficiera d’un cadre théorique et expérimental solide pour relever les défis liés à l’incorporation du chlore dans les matrices vitrifiées.

Contact

Daniel Neuville,

Cyril Veronneau,

Laurent Cormier,

Formation demandée

Formation souhaitée • Sciences des matériaux, chimie inorganique, génie chimique • Intérêt pour la recherche, l’innovation et une future carrière en R&D • Maîtrise de l’anglais

Expérience demandée

Profil recherché Nous recherchons un(e) jeune chercheur(se) motivé(e), capable de relever des défis scientifiques complexes. Vous êtes : • Curieux(se), dynamique et innovant(e), avec un fort intérêt pour l’exploration scientifique • Organisé(e) et apte à travailler efficacement dans un environnement pluridisciplinaire • Passionné(e) par la science des matériaux et la recherche, avec un intérêt pour la gestion des déchets et les solutions énergétiques