Thèse Caractérisation des Mécanismes Radiolytiques dans les Systèmes Eau Tritiée-Zéolithe en Conditions d'Entreposage H/F - Université Paris-Saclay GS Chimie

Établissement : Université Paris-Saclay GS Chimie
École doctorale : Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes
Laboratoire de recherche : NIMBE - Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie - DRF/IRAMIS
Direction de la thèse : Thibault CHARPENTIER ORCID 0000000230341389
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-29T23:59:59

L'exploitation des installations tritium de Valduc produit des effluents liquides faiblement tritiés, stockés sous forme adsorbée sur de la zéolithe 4A pour des raisons opérationnelles. La compréhension des mécanismes d'auto-radiolyse de cette eau confinée est essentielle pour optimiser l'entreposage.
Plusieurs thèses ont déjà étudié ces mécanismes, en combinant expériences et modélisations. Les premiers travaux ont montré qu'en dessous de 13 % d'hydratation, les gaz radiolytiques H2 et O2 peuvent se recombiner dans la zéolithe. Les études suivantes, fondées sur des calculs DFT et de dynamique moléculaire, ont précisé les sites d'adsorption et la mobilité des gaz. Elles ont mis en
évidence un seuil d'hydratation (13-15 %) au-delà duquel la diffusion des gaz devient très faible, cohérent avec l'arrêt expérimental de la recombinaison. Toutefois, ces simulations reposent sur des modèles idéalisés.
La nouvelle thèse proposée vise à recentrer le projet sur l'expérimental afin de mieux coller aux conditions réelles d'entreposage. Elle commencera par une caractérisation détaillée de la zéolithe utilisée industriellement. Des réservoirs eau-zéolithe seront irradiés pour simuler l'effet du tritium, et analysés par RMN et éventuellement par Resonance Paramagnetique Electronique (RPE) pour
détecter les espèces réactives.

Les résultats expérimentaux pourront contribuer à l'amélioration des modèles prédictifs développés précédemment afin de prédire l'évolution du système et d'identifier des optimisations possibles pour le stockage. Le travail sera mené principalement au laboratoire NIMBE (CEA-CNRS) avec des échanges réguliers avec le CEA Valduc.

Les matériaux étudiés dans cette thèse sont utilisés dans le cadre des installations tritium de Valduc
pour le stockage des effluents liquides faiblement tritiés, stockés sous forme adsorbée. La compréhension des mécanismes radiolytiques conduisant à la production de H2 est donc essentielle. ainsi que l'optimisation du taux de charge de ces matériaux (hydratation) afin limiter cette production (recombinaison). A un niveau fondamental, la détermination de la structure et dynamique de l'eau dans les pores ainsi que le rôle joué par les défauts ponctuels sont au coeur du project scientifique.

LEs objectifs sont une caractérisation fine de la structure et dynamique de l'eau dans les nano-pores de la zéolithe 4A, en fonction de la teneur en eau, et la compréhension de leur impact sur le comportement radiolytique de matériaux (phénomène de recombinaison). Le rôle des défauts ponctuels produits par l'irradiation sera aussi étudié, ainsi que le rôle potentiel du liant utilisé dans le matériau industriel.

Irradiation par faisceau d'électron et mesure de production de H2 par chromatographie gazeuse.
Spectroscopie: Résonance Magnétique Nucléaire et Résonance Paramagnétique Electronique.

Sciences de Matériaux , Chimie, Spectroscopie RMN