Développement de prototype de capteur à base de Metal-Organic Framework pour la détection d'iode moléculaire // Development of a Metal-Organic Framework-based sensor prototype for the detection of molecular iodine

Ce projet de thèse concerne le développement d'une instrumentation permettant de détecter et suivre la progression d'un accident nucléaire, pour mettre en place dans les plus brefs délais, la gestion de l'accident la plus adéquate. Différents types de capteurs peuvent être envisagés pour détecter les produits de fission dans l'enceinte de confinement d'un réacteur nucléaire lors d'un accident grave. Aujourd'hui, plusieurs technologies existent pour la détection de gaz radioactifs (notamment ceux à base d'iode) pouvant être émis lors d'un accident nucléaire. Cependant, celles-ci montrent des limitations rendant impossible leur utilisation en situation d'accident grave.
Afin de remédier à ce problème, nous proposons dans ce projet de développer des capteurs spécifiques utilisant des matériaux poreux de type Metal-Organic Framework (MOF) pour la détection sélective d'agents radioactifs et notamment l'iode moléculaire I2. En effet, les MOFs présentent à la fois une porosité très importante permettant de concentrer des quantités infimes d'espèces (ppb), mais également une charpente adaptable pour l'immobilisation de l'iode au sein du matériau. Ainsi, ce travail de thèse se concentrera sur la fabrication de MOFs nanométriques, spécifiques à l'iode moléculaire, et pouvant être adaptés à des technologies de détecteurs déjà existantes.
Ce travail de recherche sera principalement réalisé sur le campus de Villeneuve d'Ascq. Une première partie impliquera deux équipes de recherche, l'une pour la fabrication de MOF nanométriques pour la capture d'agents radioactifs (UCCS, C. VOLKRINGER) et l'autre pour la fabrication de capteurs spécifiques (IEMN, Y. COFFINIER). Enfin, la tenue en conditions accidentelles du capteur développé sera étudiée en étroite collaboration avec l'Autorité de Sureté Nucléaire et Radioprotection sur les sites de Cadarache et de Saclay.
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This thesis project concerns the development of instrumentation to detect and monitor the progression of a nuclear accident, in order to implement the most appropriate accident management as soon as possible. Different types of sensors can be considered to detect fission products in the containment of a nuclear reactor during a severe accident.
Today, several technologies exist for the detection of radioactive gases (in particular those based on iodine) that may be emitted during a nuclear accident. However, these technologies show limitations that make their use impossible in a severe accident situation. In order to solve this problem, we propose in this project to develop specific sensors using porous materials of the Metal-Organic Framework (MOF) type for the selective detection of radioactive agents and in particular molecular iodine I2. Indeed, MOFs have both a very high porosity allowing to concentrate tiny quantities of species (ppb), but also an adaptable framework for the immobilization of iodine within the material.
Thus, this thesis work will focus on the manufacture of nanometric MOFs, specific to molecular iodine, and which can be adapted to already existing detector technologies. This research work will be mainly carried out on the Villeneuve d'Ascq campus. A first part will involve two research teams, one for the manufacture of nanometric MOFs for the capture of radioactive agents (UCCS, C. VOLKRINGER) and the other for the manufacture of specific sensors (IEMN, Y. COFFINIER). Finally, the resistance to accident conditions of the developed sensor will be studied in close collaboration with the Nuclear Safety and Radioprotection Authority on the Cadarache and Saclay sites.Profil du candidat.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Financement d'un établissement public Français

Centrale Lille Institut

104 Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement

Nous recherchons un chimiste ou physico-chimiste de niveau bac+5, ayant des connaissances sur la synthèse et la caractérisation des matériaux. Des compétences en traitement de signal sont appréciables, mais pas obligatoire.
We are looking for a chemist or physical chemist with a bac+5 level, with knowledge of the synthesis and characterization of materials. Signal processing skills are appreciated, but not mandatory.