LE CEA VALDUC FORME

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Type de contrat doctorat

Etude de matériaux d’anode inerte : application à la conversion d’oxyde métallique en métal par électrolyse en milieu chlorures fondus

Contexte :

Le Centre DAM de Valduc réalise et maintient en conditions opérationnelles les composants nucléaires des armes de la dissuasion. Pôle de compétence pour les matériaux nucléaires, le Centre se distingue par les recherches amont et le développement technologique sur ces matériaux spécifiques. De par la nature de ses activités, le Centre de Valduc assure une maitrise complète de la gestion des matières nucléaires. Dans ce contexte, certains sous-produits sont entreposés en attente du développement de procédés permettant de recycler ou de stabiliser la matière nucléaire.

Objectif de la thèse :

La thèse envisagée propose de s’intéresser en particulier aux sous-produits générés par un procédé de réduction d’oxydes d’actinides en métal. Dans ce contexte singulier, l’objectif principal de l’étude sera d’étudier et de comparer différents matériaux d’anode pouvant être employés pour réaliser un dégagement d’oxygène lors d’électrolyses dans un milieu CaCl2-CaO fondus (θ : 850°C).

Depuis le début des années 2000, de nouveaux procédés ont été proposés par Fray (FFC process) et Ono et Suzuki (OS process) afin de réduire l’oxyde de titane en titane métal par électrolyse en milieu CaCl2 fondu. Ce type de procédé est également évalué en vue de remplacer plusieurs procédés historiques de production de différents métaux réfractaires. Une des problématiques de cette méthode concerne la gestion de la réaction anodique, la plupart des matériaux « standards » étant consommés ou fortement dégradés durant l’opération. La thèse doit conduire à la détermination d’un nouveau matériau d’anode inerte, de son design et de le tester lors d’électrolyses à échelle laboratoire puis semi-industrielle. Elle couvre des études scientifiques de base et des études technologiques nécessaires au développement du procédé. Le candidat recherché possédera des connaissances en chimie, thermodynamique, électrochimie et matériau. Il devra également avoir un goût prononcé
pour l’expérimentation.

Déroulement de la thèse :

Dans un premier temps, il s’agira de définir les matériaux d’anode susceptibles de répondre aux besoins en s’appuyant sur les ressources bibliographiques et les propriétés thermodynamiques disponibles.

Dans un second temps, des données expérimentales, obtenues par exemple par électrochimie analytique, permettront d’étudier le(s) mécanisme(s) de réaction(s) d’oxydation se déroulant à l’anode lors d’une électrolyse dans CaCl2-CaO, dans une gamme de pourcentage massique de CaO variant de 1 à 3%. Une étude de la microstructure de ces matériaux permettra de consolider l’étude de mécanisme et de valider les réactions. Enfin, après avoir affiné les conditions opératoires (densité de courant applicable, géométrie de l’anode etc….), les matériaux d’anode inerte retenus seront évalués lors de tests sur le procédé pilote. Une attention particulière sera portée à la pollution dans le métal formé induite par l’anode testée.

La thèse se déroulera sur le site de l’Université Paul Sabatier de Toulouse et sur le centre du CEA/Valduc.

Directeur de thèse et école doctorale :

Pierre CHAMELOT (Laboratoire de Génie Chimique) – Université Paul Sabatier – Toulouse III

Contact :

Olivier LEMOINE & Benoît CLAUX – CEA/Valduc, 21120 Is-sur-Tille – 03.80.23.40.00

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