Influence de la composition de liquides organiques radioactifs sur leur décontamination par des échangeurs ioniques hybrides

Le CEA a été créé en 1945. Acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation, le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives intervient dans le cadre de quatre missions : la défense et la sécurité, l'énergie nucléaire (fission et fusion), la recherche technologique pour l'industrie et la recherche fondamentale (sciences de la matière et sciences de la vie). S'appuyant sur une capacité d'expertise reconnue, le CEA participe à la mise en place de projets de collaboration avec de nombreux partenaires académiques et industriels. Le CEA est implanté sur 9 centres répartis dans toute la France.

Créé en 1955, le CEA Marcoule est le berceau historique de l’industrie nucléaire française avec la mise en place de trois réacteurs et d’une usine de retraitement. Le site de Marcoule, premier site industriel et scientifique du Gard, est axé sur les recherches du cycle des matières et du combustible nucléaire. Il développe des procédés visant à atteindre des énergies durables : indépendance nationale, sûreté, préservation de l’environnement et ressources durables. Par conséquent, les principaux objectifs pour l'avenir sont le multi recyclage des éléments d’intérêt comme le plutonium, matériau hautement énergétique, la gestion des déchets radioactifs et la gestion des chantiers d’assainissements-démantèlements.

De nos jours, le développement de Marcoule suit quatre axes majeurs :

• Structurer et poursuivre les recherches fixées sur la gestion durable des matières et déchets radioactifs (diminution des volumes, baisse de la radiotoxicité à long terme).
• Conduire les opérations d’assainissement/démantèlement de Marcoule et assurer le soutien au démantèlement des autres sites CEA.
• Préparer le retraitement des déchets générés pour les systèmes nucléaires du futur.
• Renforcer le positionnement de Marcoule comme grand centre scientifique.

Le projet ECCLOR (dEContamination et destruCtion de Liquides Organiques Radioactifs (LOR), PIA ANDRA) vise à trouver un exutoire aux effluents organiques actuellement sans filière. Parmi les méthodes retenues, l’une consiste à rendre les effluents compatibles avec les exutoires existants, notamment via la décontamination en radioéléments par filtration. Ceci implique le développement et la mise en forme de matériaux poreux extractants sélectifs des ions visés pour une utilisation en colonne.

Des études sont menées au CEA pour améliorer le traitement des effluents aqueux radioactifs en développant des procédés capables d’atteindre « le rejet zéro » tout en produisant un minimum de déchets. Ces dernières ont notamment abouti à la synthèse de matériaux hybrides (organique/inorganiques) capables d’extraire les émetteurs alpha dans le cadre de la remédiation d’effluents aqueux fortement acides issus des cycles amont et aval du combustible en procédé colonne.

Des supports solides fonctionnalisés sont actuellement étudiés et utilisés depuis quelques années au CEA pour le traitement des effluents organiques contaminés en radioéléments. Ces matériaux sont destinés à clarifier les solutions et à immobiliser une partie des ions indésirables ciblés (émetteurs alpha dans le cadre du projet ECCLOR…), générant ainsi un effluent de plus faible activité compatible avec des filières existantes et un filtre contaminé compatible avec une matrice confinante ou un exutoire existant.

Un premier contra post-doctoral a été dédié au développement de matériaux dédiés à cette application. Ainsi, de nombreux supports inorganiques ont été envisagés pour décontaminer ces effluents organiques. L’étude a d’abord été concentrée sur les silices, facilement modifiables et des géopolymères aisément mis en forme. Afin de mener les tests de décontaminations, une méthodologie d’analyses d’ion en phase organique par ICP sans minéralisation préalable a été mise au moins sur des effluents simulés simplifiés. Les matériaux à base de silice et de géopolymères se sont révélés capables d’extraire les ions de phases organiques.

Les performances des différents matériaux développés au cours de travaux précédents sont toutefois optimisables en termes de capacité en actinides et sélectivité vis-à-vis des ions compétiteurs. En particulier, l’étude des performances des matériaux existants doit être se poursuivie sur des LORs simulés plus complexes, avec les adaptations de méthode analytique nécessaires.

Docteur(e) en chimie (synthèse et ou analytique) ayant soutenu il y a moins de 3 ans.

Le candidat sera impliqué dans les différentes étapes du projet et sera amené à utiliser des techniques de synthèse et de caractérisation aussi bien en chimie organique (synthèses organiques usuelles, bases de fonctionnalisation de surface), en chimie des matériaux (sol-gel, formulation) qu’en chimie analytique (caractérisation des propriétés texturales des matériaux, mise au point de méthodes d’analyse en zone).

Ce sujet s'adresse donc à des candidats motivés par la pluridisciplinarité du sujet, ayant une grande curiosité scientifique et un dynamisme certain.

le travail consistera, en se basant sur l’état de l’art et les travaux en cours, à synthétiser et caractériser des liquides organiques simulés, reproduire les synthèses des support poreux, fonctionnalisé ou non, et à analyser les propriétés de décontamination du matériau à l’équilibre et en dynamique sur les solutions simulées en inactif, puis en actif. Des efforts de compréhension des phénomènes de sorption seront à réaliser, afin d’appréhender au mieux les mécanismes mis en jeu et optimiser les matériaux existants. Les missions confiées seront :

- Définition, réalisation et caractérisations des effluents simulés, en inactif puis en actif (RMN, RPE)

- Détermination et comparaison des performances de rétention d’éléments cibles par les matériaux de l’existant

- Evaluation des capacités de décontamination (cinétique de piégeage, capacité de piégeage, sélectivité) des matériaux sur effluents simulés en inactif, puis en actif en présence d’ions compétiteurs.

- Compréhension des phénomènes mis en jeu, en vue de mieux appréhender les mécanismes de sorption

- Optimisation de la formulation et de la composition des matériaux de l’existant

Pour cette étude, le Laboratoire des Procédés Supercritiques et de Décontamination (LPSD) et le Laboratoire de Formulation et Caractérisation des Matériaux minéraux (LFCM) disposent de moyens d’élaboration et de caractérisation de matériaux (MEB, granulométrie laser, rhéométrie, adsorption de gaz, ATG, DRX, spectroscopie Raman, IR-TF, ,RMN-MAS du solide, fluorescence X…), des greffons  organiques et des effluents simulés (RMN liquide, UHPLC/MS, IR, RPE…), ainsi que des outils d’analyse des solutions (chromatographie ionique, ICP-AES en zone contrôlée).

Les travaux seront menés sur le centre de recherche de Marcoule (Gard). Le post-doctorant s’appuiera sur l’expertise des équipes du LFCM et du LPSD concernant la synthèse d’effluents simulés, de greffons organiques, la fonctionnalisation des matériaux ainsi que la décontamination.

Les résultats obtenus lors de ce contrat post doctoral seront suivis lors de réunions d’avancement et valorisés sous forme de publications. La participation à des conférences est également encouragée.