Dans un soucis d’économie des ressources en uranium et de stabilisation de son inventaire en plutonium, la France étudie la possibilité de généraliser l’emploi des combustibles à base d’oxyde mixte d’uranium et de plutonium (MOX) au sein de son parc électronucléaire. Ce scénario impliquerait de faire évoluer l’outil industriel existant pour permettre le traitement des MOX usés à cadence industrielle, et rendre ainsi possible le multi-recyclage du plutonium. Relever ce défi nécessite le développement de procédés innovants, dont les bases scientifiques sont à construire.
L’oxydation des MOX usés via un traitement thermique adapté pourrait permettre de lever un des verrous technologiques identifiés, qui réside dans la séparation du combustible de sa gaine métallique en amont de l’étape de dissolution. L’idée est de tirer parti des transformations de phase se produisant au cours de l’oxydation du combustible pour provoquer son effondrement en poudre. Il n’existe toutefois à l’heure actuelle que peu de données sur l’oxydation des oxydes (U,Pu)O2. L’objectif de cette thèse est de contribuer à combler cette lacune. L’étudiant(e) retenu(e) devra dans un premier temps caractériser les phases formées au cours de l’oxydation des oxydes (U,Pu)O2, ainsi que la cinétique et les mécanismes réactionnels associés. Ces résultats lui permettront d’aboutir à la proposition d’un modèle phénoménologique reliant la cinétique de suroxydation aux grandeurs d’intérêt que sont la teneur en Pu, la pO2, la température et la durée du traitement thermique.
A l’issue de cette thèse, le(la) candidat(e), de formation initiale en physico-chimie des matériaux, maitrisera un large panel de techniques expérimentales ainsi que des méthodes pointues de modélisation de la réactivité des solides. Cette double compétence lui ouvrira de nombreuses perspectives d’emploi en recherche académique ou en R&D industrielle, au sein comme hors du secteur nucléaire.