Stage - Ingénieur Caractérisation Physico-Chimique des Matériaux H/F CEA

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En France, l'utilisation de l'énergie nucléaire pour la production d'électricité génère des déchets dits de Haute Activité lors de l'étape du retraitement des combustibles usés.
Ces déchets sont immobilisés dans une matrice vitreuse borosilicatée, dont la structure permet d'incorporer à l'échelle atomique un grand nombre d'éléments chimiques, et garantir d'excellentes propriétés de comportement à long terme.
Les enjeux à venir de la filière conduisent à une évolution des combustibles mis en oeuvre dans le réacteurs, ce qui peut potentiellement induire de fait une évolution de la nature des flux à vitrifier. Les spectres de déchet à traiter pourraient donc comporter des éléments de faible solubilité dans les matrices actuelles.
Parmi les éléments chimiques à étudier, on retrouve notamment le chrome, dont la solubilité est
relativement faible dans les verres borosilicatés (environ 0,50wt%).
Par ailleurs, ce dernier est connu
pour présenter des synergies de cristallisation avec d'autres éléments contenus dans les verres de conditionnement, dans des teneurs potentiellement accrues, tels que le fer, le nickel ou le zinc2, ce qui pourraient conduire à une diminution du taux d'incorporation de déchets.
L'objectif de ce stage est d'étudier l'effet de la teneur en zinc sur la nature et la quantité de phases
cristallines observées au sein de compositions simplifiées d'intérêt contenant une teneur en chrome
donnée. Dans un premier temps, le travail consistera à élaborer un verre d'étude et à le caractériser par diverses techniques d'analyse (DRX, MEB-EDS, ...).

Ensuite, les cinétiques de cristallisation seront étudiées en réalisant des traitements thermiques à différentes températures et durées. Les quantités, tailles et morphologies des cristaux seront déterminées par analyse d'images MEB. La vitesse de cristallisation et la fraction cristalline à l'équilibre
pourront être alors reliées à la température.

D'un autre côté, le comportement rhéologique du système sera suivi au cours de la cristallisation à l'aide d'un rhéomètre rotatif haute température.
Les effets sur la cristallisation de différents paramètres, dont
le taux de cisaillement et la vitesse de refroidissement, seront considérés.
Les valeurs de viscosité ainsi obtenues permettront de valider ou non la faisabilité technologique de la vitrification industrielle de ces systèmes partiellement cristallisés.

Ce stage se déroulera au sein du Laboratoire de Formulation et Caractérisation de Matériaux Minéraux
(LFCM) au CEA de Marcoule. L'intégralité du travail sera réalisé dans un environnement non radioactif.

Vous intègrerez les équipes de l'Institut des Sciences et technologies pour une Economie Circulaire des énergies bas carbone - ISEC.