Chercheurs permanents : Sylvie Delpech, Céline Cannes, Davide Rodrigues
Doctorants : Joelle Costantine, Letissia Hamza, Marc Cabrières
Post-doctorants : Gabriela Duran Klie, Almaza Abi Khalil, Gada El Jamal, Orhun Kahraman
Ingénieurs NAAREA : Hugo Sauzet, Kim Le, Charly Carrière
Ingénieurs STELLARIA : Amandine Calmet, Thomas Dumaire
Description des activités de recherche
Un laboratoire d’étude de la chimie des sels fondus a été installé en 2005 à Orsay afin d’étudier le concept de réacteur à sels fondus à spectre rapide (le Molten Salt Fast Reactor, MSFR) développé par le CNRS dans le cadre du programme national PACEN. Depuis, des études expérimentales sur la chimie et le traitement du sel combustible liquide (composé d’un mélange de LiF, ThF4 et UF4) ont été menées avec un soutien national et au travers de projets européens (EVOL, SAMOFAR et SAMOSAFER) et une collaboration industrielle avec RHODIA (jusqu’en 2016). Récemment, une nouvelle voie de recherche de concept de réacteur à sels fondus se dessine, basée sur le cycle nucléaire U/Pu et un sel de chlorures fondus. Les sels fondus sont des solvants dont les propriétés chimiques sont très variées et dépendantes de la nature des sels entrant dans leur composition. D’autres thématiques de recherche en relation avec la chimie des sels fondus ont également été développées, telles que le traitement pyrochimique du combustible solide (projets européens ACSEPT et SACSESS), la chimie de sels caloporteurs à base de nitrates fondus pour les réacteurs rapides sodium ou les centrales solaires à concentration (AREVA), la production directe de UF6(g) et son interaction avec les matériaux de structure (AREVA), la nitruration des aciers bas carbone en milieux carbonates fondus (HEF) ou la dissolution des déchets métalliques pulvérulents dans les hydroxydes fondus (CEA et ORANO).
Le groupe, constitué de 3 permanents au sein de l’équipe CHIMèNE, a acquis au travers de ces études et grâce à l’installation de dispositifs expérimentaux associés (BAG inertes nucléarisées ou non, potentiostats, DRX, ICP/AES, ATG/DSC, µGC) un savoir-faire dans le développement de méthodes électrochimiques et analytiques ainsi que dans le calcul de diagrammes thermodynamiques potentiel-acidité en milieu sels fondus, analogues aux diagrammes de Pourbaix en solutions aqueuses. Cette démarche est appliquée pour préparer les sels, les purifier, déterminer le comportement chimique et l’état physique des éléments en milieu sels fondus, étudier la corrosion des matériaux de structure et proposer des méthodes de contrôle de cette corrosion, ou encore proposer des étapes de retraitement du sel usé. Actuellement, ces études sont principalement réalisées dans le cadre du projet européen MIMOSA (2022-2026) et de 5 projets France 2030, SELF (2022-2026), ISAC (2022-2026), PORTHOS (2023-2027), MOSARWASTE (2023-2027) et ALIS (2024-2027). Des contrats de collaboration de recherche avec deux start-ups dans le domaine du nucléaire (NAAREA et STELLARIA) ont également été établis. Deux thèses financées par ORANO sont en cours, une sur la chimie des sels fondus chlorures (2022-2025) et l’autre sur la dissolution de déchets métalliques pulvérulents dans les hydroxydes fondus (2022-2025).
Highlights 2023
- Influence de la chimie des sels fondus (potentiel redox, chloroacidité, oxoacidité) sur la réactivité des espèces et matériaux.
- Méthodes de protection des matériaux de structure vis-à-vis de la corrosion dans les sels fondus.
- Synthèse de sels contenant UCl3 ou ThCl4.
- Dissolution de l’uranium dans les hydroxydes fondus.
Collaborations
LPSC Grenoble, CEA Saclay, CEA Marcoule, CEA Cadarache, ORANO, University of Berkeley, SOLVAY, HEF, NAAREA, STELLARIA
Thèses en cours
Joelle Costantine, Chimie des sels chlorures fondus pour les concepts de réacteur nucléaire à sels fondus ; Financement ORANO, Université Paris-Saclay, 2022-2025
Letissia Hamza, Développement d’un procédé de dissolution des déchets métalliques pulvérulents en milieu hydroxydes fondus, Financement ORANO, Université Paris-Saclay, 2022-2025
Marc Cabrières, Etude de produits de fission en milieu sels fondus chlorures, Projet France 2030 ISAC, 02/2024-01-2026.
Post-doctorats et CDD ingénieur en cours
Gabriela Duran Klie, Définition d’une méthode d’extraction du combustible usé par réduction en milieu sels fondus, Projet européen MIMOSA, 01/2023-09/2024.
Almaza Abi Khalil, Etude d’un procédé de préparation de ThCl4 anhydre pour les réacteurs à sels fondus, Projet France 2030 PORTHOS, 10/2023-09/2024.
Guada El Jamal, Etude de produits de fission en milieu sels fondus chlorures, Projet France 2030 ISAC, 02/2024-01-2026.
Orhun Kahraman, Traitement du sel combustible usé pour les réacteurs à sels fondus chlorures, Projet France 2030 MOSARWASTE, 03/2024-02/2026.
Thèses soutenues
Alexandre CHMAKOFF, Compréhension des mécanismes de corrosion en environnement réacteurs du futur à combustible et caloporteur sels fondus, financement CEA, Université Paris-Saclay, 2023
Hugo SAUZET, Etude du procédé de nitrocarburation des aciers en sels fondus, financement CIFRE – HEF, Université Paris-Saclay, 2022
Mickael ACHOUR, Mécanisme de corrosion du fer par UF₆ liquide à 80°C, financement ORANO, Université Paris-Saclay, 2018
Gabriela DURAN-KLIE, Étude du comportement de l’uranium et de l’iode dans le mélange de fluorures fondus LiF-ThF₄ à 650 °C, Thèse financée par Venezuela, Université Paris-Saclay, 2017
Thi-Kim-Khanh LE, Etude de la corrosion de l’acier dans le nitrate de sodium à 340°C, financement AREVA, Université Paris-Saclay, 2016
David RODRIGUES, Solvatation du thorium par les fluorures en milieu sel fondu à haute température : application au procédé d’extraction réductrice pour le concept MSFR, financement CIFRE – RHODIA, Université Paris-Saclay, 2015
Marie LUCAS, Microscopie électrochimique en milieu sel fondu : experience, modélisation et application à l’étude de la corrosion, financement Ecole Doctorale Paris, Université Pierre et Marie Curie, 2013
Sébastien JASKIEROWICZ, Extraction des actinides et des lanthanides du combustible du réacteur rapide à sels fondus, financement CIFRE – RHODIA, Université Paris-Saclay, 2012
Nicolas BEAR, Analyse thermique de la stabilité d’oxydes d’uranium et de leurs réactions avec des fluorures alcalins, financement AREVA, Université Paris-Sud, 2010
Publications récentes
Sylvie Delpech, Charly Carrière, Alexandre Chmakoff, Laure Martinelli, Davide Rodrigues, Céline Cannes, Corrosion mitigation in molten salt environments, Materials 17 (2024) 581
Participation de S. Delpech au Handbook of Generation IV nuclear reactor, Second edition, Edited by Dr Igor PIORO, Elsevier, 2023.
Gabriela Duran-Klie, Davide Rodrigues, Sylvie Delpech, Electrochemical behavior of iodide ions in molten fluoride salts, Electrochimica Acta, 445 (2023) 142019
Hugo Sauzet, Romaric Collet, Christophe Héau, Christophe Pupier, Davide Rodrigues, Céline Cannes, Sylvie Delpech, Redox properties of the carbonate molten salt Li2CO3 –Na2CO3 -K2CO3, Electrochimica Acta, 405 (2022) 139765
Sarah L’Haridon-Quaireau, Kimberly Colas, Bénédicte Kapusta, Bénédicte Verhaeghe, Marie Loyer−Prost, Impact of ion and neutron irradiation on the corrosion of the 6061−T6 aluminium alloy, Journal of Nuclear Materials, 553 (2021) 15305
P. Soucek, D. Rodrigues, O. Beneš, S. Delpech , A. Rodrigues, R.J.M. Konings, Electrochemical measurements of LiF-CaF2 -ThF4 melt and activity coefficient of ThF4 in LiF-CaF2 eutectic melt, Electrochimica Acta, 381 (2021) 138
Michel Allibert, Elsa Merle, Sylvie Delpech, Delphine Gerardin, Daniel Heuer, Axel Laureau, Simon Moreau, Preliminary proliferation study of the molten salt fast reactor, EPJ Nuclear Science and Technology, 6 (2020) 5
Sarah L’Haridon-Quaireau, Mathilde Laot, Kimberly Colas, Bénédicte Kapusta, Sylvie Delpech, Dominique Gosset, Effects of temperature and pH on uniform and pitting corrosion of aluminium alloy 6061-T6 and characterisation of the hydroxide layers, J. Alloys and Compounds, 833 (2020) 155146
Mickaël Achour, Laure Martinelli, Sylvie Chatain, Laurent Jouffret, Marc Dubois, Pierre Bonnet, Ania Selmi, Bertrand Morel and Sylvie Delpech, Corrosion of iron in liquid uranium hexafluoride, Corrosion engineering Science and Technology, 52 – 8 (2017) 611