[STAGE] Etude de la cristallisation d’espèces chromifères au sein de verres simplifiés d’intérêt nucléaire

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service de l'État, de l'économie et des citoyens. S'appuyant sur une recherche fondamentale d'excellence, il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux :

• les énergies bas carbone (nucléaire et renouvelables)
• le numérique,
• les technologies pour la médecine du futur,
• la défense et la sécurité.

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 les 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.

A la recherche d'un étudiant en dernière année d'école d'ingénieur ou en Master 2 avec une spécialité en chimie des matériaux, physico-chimie ou génie des procédés

Début possible à partir de février-mars 2026