Dans un réacteur nucléaire modéré et/ou refroidi par l’eau, une perte des systèmes de refroidissement peut entraîner la fusion partielle ou totale du cœur qui peut alors interagir avec l’eau éventuellement présente dans la cuve ou hors cuve, tel que cela est survenu lors de l’accident nucléaire de Fukushima-Daiichi en 2011. L'étude des interactions entre le corium et l'eau est aujourd’hui un prérequis pour définir les termes sources en radionucléides en cours d’accident graves pouvant s’échapper de l’enceinte de confinement par altération et lixiviation que ce soit avec l’eau résiduelle du réacteur ou par une injection d’eau volontaire postérieure ou encore avec une eau d’environnement. Elle nécessite pour cela une meilleure connaissance des structures cristallographiques des coriums ayant interagis avec le béton et incorporant des produits de fission et d’identifier les mécanismes d’interaction et de relâchement lors du contact avec l’eau.
Afin d’apporter des éléments de réponse, ce projet de thèse s’inscrit dans une démarche expérimentale originale en couplant des études structurales et microstructurales sur des coriums béton prototypiques dans lequel des isotopes stables simulant des produits de fissions présents dans le corium auront été introduits, à des essais de lixiviation. Les matériaux à base de béton siliceux et silico calcaire seront élaborés sur la Plateforme PLINIUS du CEA Cadarache, et seront caractérisés au laboratoire LMAT du CEA de Marcoule par l’utilisation de différentes techniques de pointes en analyse de surface (MEB, EDS, microsonde de Castaing WDS pour la mesure élémentaire des teneurs inférieure à 1% massique). L’étude de la formation des phases dans les coriums/bétons (Ségrégation, formes cristallines et amorphes) pourra être menée par une analyse cristallographique réalisée par les techniques de diffractions aux grands instruments (SOLEIL et à l’ILL). L’analyse cristallographique fine mettra en œuvre la méthode Rietveld. Les propriétés de la micro texture pourront être qualifiées sur solide massif et sur couche mince par les techniques EBSD, TKD, DRX, et par micro diffraction de Laue au synchrotron de l’ESRF. Des premiers essais de lixiviation en conditions oxydantes seront réalisés avec le laboratoire LEMC du CEA de Marcoule en parallèle aux campagnes de caractérisation afin d’identifier les principaux mécanismes d’altération. Ces connaissances pourront alimenter une base de données « matériaux accidents graves » utiles à la gestion des coriums au cours de l’accident et au-delà. Les compétences acquises par le doctorant autour de la caractérisation des matériaux pourront être valorisables dans de nombreux domaines en sciences de matériaux. Le profil de l’étudiant recherché demandera des connaissances en matériaux et en instrumentation. La thématique « accident grave » et interaction avec l’eau présentera également un intérêt pour le doctorant dans le domaine de l’environnement et plus particulièrement des rejets.