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Description du sujet de thèse

Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences

Purification des sels chlorures en vue de leur utilisation dans des systèmes de production d'énergie : développement de méthodes, compréhension et optimisation

Thèse

Dans le cadre de la transition énergétique, les sels chlorures fondus reçoivent un intérêt croissant comme fluide caloporteur et combustible dans des systèmes de production d'énergie, tels que le solaire à concentration ou le nucléaire de IVème génération avec les réacteurs à sels fondus ('molten salt reactors' ou MSR). Toutefois, leur utilisation est pour l'instant limitée par les fortes vitesses de corrosion des matériaux de structure utilisés, corrosion qui semble en grande partie liée à la pureté du sel utilisé. En particulier, la maîtrise de la teneur en oxygène semble primordiale pour limiter la dissolution de nombreux éléments. Cependant, certains sels d'intérêt pour l'industrie nucléaire (ternaire NaCl-MgCl2-PuCl3 et son simulant NaCl-MgCl2-CeCl3) se trouvent être particulièrement difficile à purifier, du fait de leur forte affinité avec l'eau.

Il est donc nécessaire de comprendre la nature et la stabilité des espèces formées dans un système pollué (chlorures, oxydes, oxy-chlorures, hydroxy-chlorures) et de proposer des méthodes de purification des sels adaptées à un système industriel. Le candidat à la thèse aura ainsi pour objectifs de purifier et caractériser des mélanges de sels (binaires, ternaires et éventuellement quaternaires) à partir des méthodes disponibles dans les différents laboratoires impliqués par ce travail. La purification pourra avoir lieu à partir d'électrolyse, de précipitation, de filtration, de bullage de gaz chlorant ; la caractérisation pourra être réalisée par des méthodes électrochimiques, des sondes potentiométriques à oxygène, par spectroscopie Raman à haute température sous atmosphère inerte, ou encore par analyses chimiques et matériaux classiques.

L'étudiant réalisera son doctorat à l'institut sur les énergies IRESNE situé au CEA Cadarache (Bouches-du-rhône), au sein d'un laboratoire (LMCT) où seront installés la boîte à gants de purification et les moyens de mesure. Le LMCT a une grande expérience de la chimie des caloporteurs avancés (en particulier le sodium).

Des collaborations seront réalisées avec d'autres laboratoires du CEA, en particulier à Marcoule, et avec le LGC Toulouse disposant d'une expérience de plus de 20 ans dans les sels fondus (co-direction de thèse).

Le profil recherché est un ingénieur ou master recherche en électrochimie ou science des matériaux.

Sciences de la Matière (ED482) – Toulouse III

Site: Cadarache

• Formation recommandée : Chimie physique / électrochimie / science des matériaux

01/10/2025

BRISSONNEAU Laurent – laurent.brissonneau@cea.fr

CEA – DES/DTN//LIPC – DTN/SMTA/LMCT – Bâtiment 208B – CEA Cadarache – 04.42.25.42.58

CHAMELOT Pierre – chamelot@chimie.ups-tlse.fr

CNRS-UMR 5503

Université Paul Sabatier – 118 route de Narbonne – 31062 Toulouse cedex 9

0561558207