L’objectif principal de ce travail de thèse est la conception et le développement d’une première plateforme microfluidique automatique et reconfigurable, dédiée à la recherche et au développement pour le cycle du combustible nucléaire. Dans un contexte où la maîtrise des procédés nucléaires reste un enjeu essentiel, tant pour la production d’énergie que pour la gestion durable des matières nucléaires, les dispositifs microfluidiques apparaissent comme une voie particulièrement prometteuse. Ces laboratoires autonomes sur puce ont déjà démontré leur potentiel dans des domaines variés comme la chimie, la science des matériaux ou la biologie. Leur adaptation aux procédés nucléaires permettrait de réduire les risques d’exposition aux rayonnements, de limiter la production de déchets et d’optimiser les ressources en multipliant les expériences, de manière sûre, rapide et reproductible. Depuis une dizaine d’années, le DMRC mène des études phénoménologiques sur les principales étapes du procédé (dissolution, extraction par solvant, précipitation, etc.) en utilisant des dispositifs microfluidiques. Il a également développé des PhLoCs (Photonic-Lab-on-Chips), permettant de miniaturiser plusieurs techniques analytiques (spectroscopie UV-Vis, LES, holographie, etc.) et d’assurer un suivi en ligne des phénomènes étudiés. Cependant, aucune plateforme véritablement autonome et totalement automatisée ne permet aujourd’hui de combiner procédés et suivi analytique intégré.
L’objectif de la thèse est donc de franchir ce cap en concevant un dispositif modulaire, où plusieurs puces fonctionnelles pourront être associées pour réaliser à la fois des étapes du procédé (par ex. la séparation uranium/plutonium) et des mesures en ligne, dans une configuration flexible et adaptée aux environnements nucléaires. En parallèle, de nouvelles techniques instrumentales (FTIR, UV-Vis-NIR, etc.) seront intégrées directement sur puce, afin d’étudier des étapes critiques comme la dégradation des solvants. Ce projet ambitionne ainsi de poser les bases de plateformes microfluidiques de nouvelle génération, alliant sûreté, modularité et performance au service de la recherche nucléaire. À l’issue de cette thèse, le candidat aura développé une expertise unique en microfluidique appliquée aux procédés nucléaires, combinant instrumentation optique et automatisation. Ces compétences ouvriront des perspectives solides dans la recherche et l’ingénierie des procédés innovants.