Synthèse de chlorures/oxychlorures de lanthanides et d'actinides pour les réacteurs nucléaires à sels fondus

Synthesis of lanthanides and actinides chlorides/oxychlorides for nuclear molten salt reactors

• Auteur / Autrice : Hugo Cuvilliers
• Direction : Murielle Rivenet, Marie Colmont
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie des materiaux - UCCS
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide

Mots clés

Mots clés libres

Transition énergétique

Réacteurs nucléaires à sels fondus

Chimie du combustible nucléaire

Energy transition

Molten salt nuclear reactors

Nuclear fuel chemistry

Résumé

Ce travail de recherche s'inscrit dans le cadre de la R&D sur les petits réacteurs nucléaires modulaires affichés par le gouvernement français comme l'une des dix priorités de son plan d'investissement à 2030. Facilement pilotables, ces petits réacteurs (SMR pour « small modular reactor » en anglais) sont envisagés en soutien de la production d'électricité par les sources intermittentes qui nécessitent un suivi de charge (éolien, solaire). De manière complémentaire, les SMR peuvent être utilisés comme source de chaleur. Ainsi, placés au plus près des usages, ils permettent des applications non électrogènes comme le chauffage urbain, le dessalement de l'eau de mer, la production d'hydrogène, la fourniture de chaleur pour des procédés industriels, le raffinage d'hydrocarbures ou la propulsion navale, civile ou militaire. A la fois source d'électricité et de chaleur, les SMR peuvent donc apporter une réponse adaptée et compétitive pour la production massive d'énergie bas carbone. Le sujet proposé participera aux recherches sur les petits réacteurs nucléaires modulaires avancés, à sels fondus. Dans les réacteurs utilisant cette technologie la matière fissile se présente sous la forme d'un sel dissous dans une matrice de sels fondus qui sert également de fluide caloporteur (500&lt;T°<700°C). Le cahier des charges établi dans le cadre du programme de recherche prévoit une utilisation de PuCl3 dont le procédé de fabrication doit s'intégrer aux procédés industriels de retraitement existants. Il est ici proposé de travailler sur la mise au point du protocole expérimental de synthèse en systèmes simulants, en amont de la transposition au plutonium. L'objectif est d'identifier et de paramétrer une méthode de synthèse de chlorures de lanthanides ou d'actinides légers qui soit transposable à la synthèse industrielle de PuCl3. Le programme de travail vise à mettre en place un dispositif de conversion par chloration puis à optimiser les paramètres de synthèse par boucle de rétroaction en s'appuyant sur les outils de caractérisation approfondie du solide. Ce travail viendra conforter la collaboration existant depuis plus d'une décennie entre le laboratoire (UCCS) et l'industriel Orano et qui s'est traduite, en 2016, par la création d'un Laboratoire de Recherche Commun sur le Cycle du Combustible nucléaire et la Chimie de l'Uranium (LR4CU ; Orano-Centrale Lille-CNRS-ULille). Nous recherchons un(e) étudiant(e) en chimie ou en sciences des matériaux, motivé(e) par le domaine d'étude, possédant un goût pour le travail expérimental et aimant communiquer ses résultats.

This research project is part of the R&D on advanced small modular nuclear reactors (SMR) which were announced by the French government as one of the ten priorities of its investment plan for 2030. SMRs are called upon to support the production of electricity by intermittent sources. Additionally, this type of reactors can be used as a heat source. Thus, when they are placed close to uses, they allow non-electrical applications such as urban heating, desalination of seawater, production of hydrogen, supply of heat for industrial processes, like refining of hydrocarbons or naval, civil or military propulsion. Being considered both as a source of electricity and heat, SMRs can provide an appropriate and competitive response for the massive production of low-carbon energy. This thesis takes part of researches on molten salts small modular nuclear reactors. In this technology, the fissile material is a salt dissolved in a matrix of molten salts. The specifications drawn up within the framework of the research program are based on the use of PuCl3, which manufacturing process has to be integrated into existing industrial processes. It is herein proposed to work on the development of an experimental protocol in surrogate systems, before transposition to plutonium. The proposed strategy aims, at first, to set up a device for conversion by chlorination of lanthanide or light actinides precursors, then to optimize the synthesis parameters by relying on in-depth solid characterization tools. This work will reinforce the collaboration that has existed for more than a decade between the laboratory (UCCS) and the industrial company Orano that resulted, in 2016, in the creation of a Joint Research Laboratory on the Cycle of Nuclear Fuel and Uranium Chemistry (LR4CU; Orano-Centrale Lille-CNRS ULille). We are looking for a student in chemistry or materials science, motivated by the field of study, with a taste for experimental work and who likes to communicate his/her results.