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.

Le candidat recherché sera de formation M2/Ingénieur généraliste, chimie des matériaux. En choisissant cette thèse, vous intégrerez une équipe pluridisciplinaire dédiée aux procédés pour l’économie circulaire en travaillant sur un sujet avec une forte visibilité internationale et à fort potentiel industriel. L'étudiant bénéficiera de l’expertise scientifique et technique dans le domaine du recyclage du combustible. Le laboratoire d’accueil est situé sur le centre CEA de Marcoule, à proximité d’Avignon.