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.