[STAGE] Etude des fontes verrières partiellement cristallisées : de la cristallisation à la rhéologie

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, les déchets nucléaires de haute activité à vie longue subissent une étape de vitrification dans le but de confiner les radionucléides dans un matériau vitreux stable dans le temps. Industriellement, le déchet est mélangé à haute température à une fritte de verre de type aluminoborosilicaté pour former un verre dont la composition dépend de la composition du déchet, de son taux d’incorporation et de la composition de la fritte utilisée. La formulation d’un verre de confinement doit alors tenir compte de la charge en déchet, de la faisabilité technologique et du comportement à long terme du verre.
Aujourd’hui, les verres mis au point par le CEA et élaborés à l’usine Orano de La Hague sont homogènes, c’est-à-dire qu’ils ne contiennent pas de cristaux. Toutefois, certains éléments chimiques contenus dans les futurs déchets pourraient avoir tendance à former des espèces cristallines dans les fours de vitrification. Or, l’apparition de cristaux est susceptible de modifier les propriétés physicochimiques de la fonte verrière, notamment sa rhéologie [1], qui est une propriété clé dans le pilotage des fours de vitrification (mélange dans le four, coulée du verre, …). D’un autre côté, l’intensité du cisaillement peut également jouer un rôle sur les mécanismes de nucléation et de croissance des cristaux. Une compréhension fine des interactions mutuelles entre cristallisation et écoulement est donc nécessaire.
L’objectif de ce stage est d’étudier l’effet de la cristallisation sur le comportement rhéologique d’un verre nucléaire simplifié. Dans un premier temps, le travail consistera à élaborer le verre d’étude et à le caractériser par diverses techniques d’analyse (DRX, MEB-EDS, …) pour déterminer sa composition et sa microstructure.
Ensuite, la cristallisation de ce verre sera étudiée en l’absence de cisaillement en réalisant des traitements thermiques à différentes températures et différentes durées. La nature, les quantités, les tailles et les morphologies des cristaux seront déterminées par analyses MEB et par DRX. Les vitesses de cristallisation et les fractions cristallines à l’équilibre pourront être alors reliées au temps et à la température.
En parallèle le comportement rhéologique du système sera suivi lors 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, la vitesse de refroidissement, le temps et la température, seront considérés.
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 septembre-octobre 2026