Expérimentation et modélisation du transport réactif des I, Sr, U, et T par des approches couplant équilibre et cinétiques (Ref Th ENV 26-06)

Les modèles actuels de prédiction de la migration des radionucléides dans les sols reposent sur l'hypothèse d'interactions de sorption-désorption réversibles, instantanées et à l'équilibre, adaptées aux prévisions à long terme. Or dans des contextes de court et moyen terme, notamment en situations accidentelles ou post-accidentelles, il est crucial de prendre en compte les phénomènes dynamiques de rétention, un enjeu majeur pour l'ASNR et EDF face à la mobilité, mal prédite, de certains radionucléides.
L'objectif de la thèse est d'améliorer la prédiction de la migration du Sr, de l'U, de l'I et du Tc à l'échelle d'un site, à l'aide d'un modèle de transport réactif intégrant la dynamique des interactions sol-radionucléides. Cela impliquera d'identifier des données expérimentales permettant de vérifier la réversibilité et les cinétiques de sorption et de paramétrer un modèle à deux compartiments, dit Equilibrium-Kinetic (EK), l'un en équilibre instantané avec la solution de sol et l'autre selon une cinétique de sorption. Ce modèle sera intégré dans des simulations de migration dans le sol afin d'optimiser l'usage du code MELODIE, développé à l'ASNR.
Cette thèse permettra, d'une part, d'améliorer les connaissances sur les processus de rétention de ces éléments dans les sols et les cinétiques qui y sont associées et, d'autre part, de bénéficier d'un code de calcul enrichi pour modéliser la migration des radionucléides à court et moyen termes.

La thèse sera co-encadrée par le LT2S et l'UEMIS, qui apporteront respectivement leurs compétences en géochimie et chimie analytique et en modélisation.
Le volet expérimental comptera trois types d'expériences pour obtenir une confrontation modèle-mesure :

• étude statique de la sorption (réacteur fermé) pour mesurer la sorption après l'équilibre local pour différentes concentrations en RN. Les isothermes reliant la concentration sorbée à la concentration en solution serviront à caler certains paramètres du modèle EK ;
• étude cinétique de la sorption (réacteur ouvert) en présence d'un écoulement pour caler les paramètres cinétiques du modèle EK ;
• étude en colonnes de sol, uni-dimensionnel et saturées en eau afin de valider les prédictions du modèle EK implémenté dans MELODIE.

Le volet numérique de la thèse vise à concevoir, implémenter et livrer un module EK opérationnel pour les milieux saturés dans MELODIE. Il s'agira de comparer les formulations numériques, sélectionner l‘approche la plus adaptée, puis de développer une implémentation modulaire. Le doctorant s'appuiera sur les avancées d'un stage de Master 2 réalisé en 2026.
La validation reposera sur une campagne complète incluant benchmarks 2D/3D, tests de convergence, contrôles de conservation de la masse et analyses de stabilité. La calibration s'appuiera sur les données expérimentales pour construire une bibliothèque de paramètres validés et quantifier les incertitudes. Une extension à la faisabilité de la modélisation en milieux non saturés pourra être envisagée après la validation en milieux saturés. Une application du modèle à l'échelle du terrain sera réalisée sur la base d'un scénario fictif de contamination fourni par EDF.

Calendrier de thèse prévu à partir de mi-octobre 2026

1er volet numérique (9 mois)

• octobre 2026 à juin 2027 : développement et implémentation du modèle EK dans le code MELODIE ;

2nd volet expérimental avec des interactions périodiques avec le code MELODIE (24 mois) :

• juillet 2027 à février 2028 : expérimentation 1
• mars à novembre 2028 : expérimentation 2 et publication
• décembre 2028 à juin 2029 : expérimentation 3 et publication
• juillet à septembre 2029 : rédaction du manuscrit (3 mois)
• 1er octobre 2029 : soutenance de thèse

Publications en lien avec le sujet

• Garcia-Sanchez L. et al. 2014. Kinetics of selenate sorption in soil as influenced by biotic and abiotic conditions: a stirred flow-through reactor study. J. Environ. Radioact. 138: 38-49
• Mathieu G. et al. 2008. Modeling of radionuclide transport through repository components using finite volume finite element and multidomain methods. Phys. Chem. Earth (Pt A B,C) 33(Sup 1): S216-S224
• Van Genuchten M.T., Wagenet R.J. 1989. Two-site/two-region models for pesticide transport and degradation: theoretical development and analytical solutions. Soil Sci. Soc. Am. J. 53: 1303-1310

La thèse se déroulera au Laboratoire de recherche sur les transferts dans les sites et sols pollués (LT2S) à Cadarache

L'Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection est une autorité administrative indépendante créée par la loi du 21 mai 2024 relative à l'organisation de la gouvernance de la sûreté nucléaire et de la radioprotection pour répondre au défi de la relance de la filière nucléaire. Elle assure, au nom de l’État, le contrôle des activités nucléaires civiles en France et remplit des missions d'expertise, de recherche, de formation et d’information des publics.

La thèse se déroulera au LLaboratoire de recherche sur les transferts dans les sites et sols pollués (LT2S) de l'ASNR à Cadarache. Les missions du laboratoire consistent à définir et mettre en œuvre des programmes de recherche et des études dans le domaine de l’évaluation de la maîtrise des risques associés aux installations de stockage de déchets radioactifs en surface, aux sites miniers d’uranium, aux sites ou territoires pollués par des substances radioactives, y compris suite à une situation accidentelle ou à la présence de radioactivité naturelle renforcée.(voir site)

Le/la candidat(e) sera titulaire d'un Master2 de recherche ou d'une équivalence de M2 délivrée par une école d'ingénieur, spécialisé(e) en géochimie des sols. Le/la candidat(e) présente une forte appétence pour le développement numérique et un goût prononcé pour le travail expérimental en laboratoire.
La personne candidate doit faire preuve de rigueur, d'autonomie et de capacités à rédiger une documentation technique claire. Un bon niveau d'anglais sera aussi exigé.