Doctorant (H/F) en Chimie-Science des Matériaux : matériaux scintillateurs par impression 3D pour application environnementale

Description du Poste

Sujet De Thèse

Synthèse de scintillateurs poreux par impression 3D pour la détection environnementale de fluides radioactifs.
Les réacteurs nucléaires, les usines de retraitement et les opérations de démantèlement génèrent des rejets gazeux ou des aérosols contenant des radionucléides. La surveillance de ces émissions est essentielle pour la sécurité environnementale et radiologique. Malheureusement, les technologies actuelles ne permettent pas une détection en temps réel des radionucléides volatils de faible activité.
Pour répondre à ce défi, notre objectif est de développer des monolithes scintillateurs poreux, au travers desquels des gaz contenant des radioisotopes tels que le tritium 3H ou le krypton 85K pourront circuler. Lors de la circulation de ce gaz, les atomes radioactifs émettent un rayonnement beta qui déclenche l’émission d’un flash de lumière dans le matériau scintillateur.[1] Cette émission lumineuse peut ensuite être facilement convertie en signal électrique, offrant ainsi une méthode de détection rapide, continue et sensible des gaz radioactifs.
Le défi en chimie consistera à synthétiser un monolithe (= matériau en une pièce) qui possède les propriétés idéales suivantes :
- Une forte porosité pour la circulation de différents types de fluides radioactifs. Nous chercherons typiquement à réaliser un monolithe qui présente à la fois une structure macroporeuse (typiquement sous la forme de canaux de 0.2 à 1 mm de diamètre) et mésoporeuse (c’est-à-dire présentant une taille de pores inférieure à 100 nm).
- De bonnes propriétés de scintillation, c’est-à-dire notamment un fort rendement lumineux de radioluminescence.
- Une transparence maximale pour que les flashs de luminescence puissent être détectés en profondeur dans le monolithe.
Pour ce faire nous proposons de développer une synthèse originale de silicates d’yttrium dopés cérium (matériau scintillateur) par impression 3D. A l’ICGM, nous avons déjà mis au point une méthode d’impression 3D de monolithes de silice mésoporeuse, basé sur des encres de nanocages de silice photo-réticulables. L’impression est réalisée par Digital Light Processing (DLP): sous l’action d’une lumière UV, les encres sont polymérisées couche par couche, permettant la fabrication de monolithes selon des géométries variées et contrôlées. Nous avons également montré qu’il est possible d’incorporer des ions métalliques dans l’encre, et donc dans le monolithe final.[2] Dans ce projet de thèse, ces ions métalliques seront dse cations yttrium (Y³⁺) et cérium (Ce³⁺). Les monolithes imprimés seront ensuite soumis à un traitement thermique à haute température afin d’induire la cristallisation d’un silicate d’yttrium dopé au cérium (Y2Si2O7:Ce). Ce matériau est reconnu comme excellent scintillateur, émettant une luminescence bleue intense sous rayonnement ionisant. Nous veillerons à maintenir la porosité du monolithe après traitement thermique, afin de préserver la circulation des gaz et d’assurer ainsi une détection optimale de ces derniers.
L’étudiant(e) apprendra la synthèse de nanomatériaux et leur intégration avec des techniques d’impression 3D. Les matériaux élaborés seront caractérisés par des techniques structurales (XRD, BET), de microscopie électronique (MET, MEB), de spectroscopie d’absorption UV-Vis et de photo- et radio-luminescence.
La thèse se déroulera en collaboration étroite avec l’Institut Lumière Matière (ILM) à Lyon, où des mesures de scintillation seront effectuées, ainsi qu’avec le Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB) du CEA, Saclay, où des tests de détection de fluides radioactifs seront réalisés sur les monolithes poreux scintillateurs produits pendant la thèse.
Le candidat ou la candidate doit être enthousiaste, motivé(e) et aimer travailler en équipe avec des collaborateurs issus de différents horizons scientifiques. Bonne pratique de l’anglais nécessaire.
Salaire brut : 2300€/mois (36 mois) – Début du contrat : Octobre 2026
Références :
[1] R. Marie-Luce et al., Nat. Photon., sept. 2024, doi: 10.1038/s41566-024-01507-x.
[2] T. Gaillard et al., Adv Funct Materials, p. 2509897, juin 2025, doi: 10.1002/adfm.202509897.

Votre Environnement de Travail

La thèse sera réalisée dans le cadre de l’Ecole Doctorale « Sciences Chimiques Balard » et se déroulera à l’Institut Charles Gerhardt de Montpellier (ICGM). Il s’agit d’une très grande unité de recherche (environ 200 membres permanents) où tous les grands domaines de la chimie sont représentés. L’ICGM est établi au sein du nouveau bâtiment Balard Recherche, implanté sur le campus du CNRS route de Mende. La thèse sera co-encadrée par Aurélie Bessière du département D1 (Chimie et matériaux moléculaires) et Tangi Aubert du département D3 (Matériaux poreux et hybrides). Elle fait partie du projet ANR PriSci qui rassemble des collaborateurs à l’ILM et au CEA. L’étudiant(e) en thèse sera amené à visiter l’ILM à Lyon et le CEA à Saclay au cours de la thèse pour réaliser des mesures et discuter des résultats. Il/elle présentera ses résultats dans des congrès internationaux.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € bruts mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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