La fermeture du cycle du combustible nucléaire est essentielle au développement de systèmes d'énergie bas carbone. En France, le plutonium issu du retraitement des combustibles UOX irradiés est recyclé à travers la fabrication de combustible MOX (U,Pu)O2 et exploité dans certains réacteurs à eau pressurisée (REP). Le combustible MOX est également envisagé pour les futurs réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium (RNR-Na) de génération IV, y compris certains concepts de petits réacteurs modulaires rapides (SMR). Dans ces réacteurs, le fort gradient thermique radial modifie la microstructure du combustible et entraîne une redistribution radiale de l’oxygène, et donc du rapport O/M (M = U + Pu). Le déploiement sûr de cette filière repose donc sur l’obtention de nouvelles données, jusqu’ici inaccessibles, sur les propriétés qui gouvernent le transfert de chaleur dans le MOX, notamment la conductivité thermique (lambda, W.m-1.K-1) et la capacité thermique (Cp, J.kg-1.K-1). En effet, les données disponibles restent limitées pour les MOX sous-stœchiométriques et pour les MOX irradiés. Les codes de performance du combustible (FPCs) utilisent actuellement des corrélations établies à partir de données obtenues sur UO2 ou sur des MOX dans des domaines restreints de composition et de température. Ces extrapolations sont particulièrement limitantes pour décrire les zones chaudes du MOX irradié, où le rapport O/M peut atteindre des valeurs inaccessibles par fabrication directe d’un MOX monophasique. Ce travail de thèse vise donc à étudier l’impact du rapport O/M et de la microstructure sur les propriétés thermophysiques du combustible MOX, jusqu’ici inaccessibles, entre ~500 et ~3000 K. Les mesures seront réalisées, par laser flash, sur des MOX élaborés selon les procédés RNR et COCA, afin de comparer l’impact des différentes microstructures initiales issues de ces deux voies de fabrication. Afin d’étudier et reproduire les états les plus sous-stœchiométriques observées en réacteur, une stratégie innovante d’ajustement in-situ du rapport O/M sera développée dans le dispositif CLASH. La thèse se déroulera au CEA Marcoule, où seront réalisées les caractérisations des matériaux avant et après mesures thermophysiques qui seront, quant à elles, effectuées au JRC-Karlsruhe (Allemagne) lors d’une mobilité de 12 mois. En parallèle, des calculs thermodynamiques (CALPHAD) seront réalisés afin d’interpréter les équilibres de phases à haute température, et relier ainsi les propriétés mesurées aux évolutions structurales et physico-chimiques du MOX. Ces données inédites alimenteront les FPCs afin d’évaluer plus précisément la température et la marge à la fusion du MOX.