Conception et élaboration de matériaux hybrides à base d'oxydes d'uranium et de thorium

Design and development of hybrid materials based on oxides of uranium and thorium

• Auteur / Autrice : Elisa Re
• Direction : Daniel Meyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Séparative, Matériaux et Procédés
• Date : Soutenance le 17/05/2021
• Etablissement(s) : Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Séparative de Marcoule - Institut de Chimie Séparative de Marcoule / ICSM - UMR 5257
• Jury : Président / Présidente : Joulia Larionova
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Meyer, Joulia Larionova, Christophe Volkringer, Olivier Durupthy, Mona Tréguer-Delapierre, Jérôme Maynadié
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Volkringer, Olivier Durupthy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thorium

Uranium

Oxydes

Matériaux hybrides

Mots clés libres

Matériaux hybrides

Nano-Oxydes

Uranium

Thorium

Hybrid materials

Nano-Oxides

Uranium

Thorium

Résumé

L’élaboration de matériaux modèle mixtes est une étape clé dans de nombreux domaines de recherche permettant l’étude et la compréhension de nombreux phénomènes. Ces matériaux mixtes modèle peuvent être élaborés par différentes méthodes et structurés à différentes échelles (micrométrique, nanométrique ou atomique). Cette étude propose de mettre en application des méthodes d’élaboration innovantes pour former des matériaux modèles structurés à l’échelle nanométrique à base de nanoparticules d’oxydes d’actinides. En particulier, une méthode d’assemblage directe a été envisagée ainsi que des méthodes d’assemblages basées sur la création de liaisons covalentes ou électrostatiques entre des nanoparticules préformées. La méthode directe repose sur un protocole de synthèse robuste et reproductible permettant l’obtention de matériaux hybrides à base de nano-oxyde d’uranium constitués de feuillets nanométriques lamellaires. L’étude multiparamétrique a permis de mettre en évidence que la température de synthèse et la taille des molécules organiques utilisées permettent un contrôle fin de la structure lamellaire ainsi que de l’espacement inter-feuillets. Les protocoles d’assemblages de type covalent et électrostatique, développés dans cette étude, ont permis l’obtention de matériaux hybrides mono-métalliques (UO2, ThO2 et Au) et hétéro-métalliques (UO2-ThO2 et UO2-Au). Les observations effectuées mettent en avant une morphologie caractéristique liée à la nature des nanoparticules. De plus, il a été démontré que, dans le cas de UO2, la morphologie peut être modulée au travers des conditions opératoires. Finalement, les premiers essais réalisés sur les assemblages mixtes ont en revanche montré un phénomène de ségrégation de phase.

The development of mixed model materials is a key step in many fields of research allowing the understanding of many phenomena. These mixed model materials can be elaborated by different methods and structured at different scales (micrometric, nanometric or atomic). This study proposes to apply innovative elaboration methods to form model materials structured at the nanometric scale based on actinide oxide nanoparticles. In particular, a direct assembly method has been considered as well as assembly methods based on the creation of covalent or electrostatic bonds between preformed nanoparticles. The direct method is based on a robust and reproducible synthesis protocol that allows hybrid materials based on uranium nano-oxide made up of lamellar nanometric sheets to be obtained. The multiparametric study showed that the synthesis temperature and the size of the organic molecules used allow a fine control of the lamellar structure as well as of the interleaf spacing. The covalent and electrostatic type assembly protocols developed in this study allowed to obtain mono-metallic (UO2, ThO2 and Au) and hetero-metallic (UO2-ThO2 and UO2-Au) hybrid materials. The observations carried out highlight a characteristic morphology related to the nature of the nano particles. Moreover, it has been shown that, in the case of UO2, the morphology can be modulated through the operating conditions. Finally, the first tests carried out on mixed assemblies showed a phenomenon of phase segregation.