Dans la stratégie française de traitement des déchets nucléaires, le combustible à base d'uranium issu des réacteurs nucléaires est traité lorsqu'il est usé. Les matières valorisables – uranium et plutonium – sont extraites du combustible pour être recyclées. Les 4 % restants – produits de fission et actinides mineurs – constituent ce qu'on appelle « les déchets ultimes ». Il s'agit de déchets nucléaires de haute activité à vie longue.

Il y a 50 ans, le verre a été retenu pour confiner ce type de déchets. Le procédé retenu en France et mis en œuvre à l'échelle industrielle à l'usine de La Hague est un procédé en deux étapes : calcination-vitrification. Il consiste tout d'abord à « calciner » la solution de déchets afin d'en récupérer l'extrait sec, appelé « calcinat », puis à vitrifier ce calcinat en le mélangeant à haute température (1100-1200°C) avec un précurseur vitreux appelé « fritte de verre » (verre de type alumino-borosilicate de sodium).

Au cours de la vitrification de ces déchets, le caractère oxydo-réducteur de la fonte verrière (aussi appelé « redox ») doit être maitrisé. Ce redox ne dépend pas de la composition seule du verre mais également du comportement redox des éléments au cours du procédé de calcination-vitrification. Les éléments pouvant avoir un impact sur le redox du verre sont les éléments multivalents susceptibles de changer d'état d'oxydation lors de l'élaboration de la fonte verrière (ex : Fe3+/Fe2+…). Selon les éléments multivalents présents, et selon leur teneur, le redox et certaines propriétés du verre peuvent évoluer.

Le sujet proposé vise à mieux comprendre l'impact redox sur les propriétés physico-chimiques des verres. Il s'articulera autour de l'élaborations de verres non radioactifs avec différents rédox, leur caractérisation chimique et microscopique (microscopies optique et électronique, diffraction des rayons X, mesures de fugacité en oxygène) avec un développement d'une méthodologie de quantification des particules insolubles par traitement d'images ainsi que la mesure de leurs propriétés physiques (viscosité, conductivité thermique et conductivité électrique).

L'étude se déroulera au sein du Laboratoire d'étude et de Développement des Matrices de Conditionnement (LDMC), lui-même rattaché Service d'Etudes en Vitrification et procédés haute Température (SEVT). C'est un laboratoire qui a pour missions de concevoir, formuler, élaborer et caractériser des matrices vitreuses et céramiques en milieu non radioactif.