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Doctorant "Thèse en physique des réacteurs nucléaires à sels fondus (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mercredi 13 juillet 2022

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Informations générales

Référence : UMR5821-CHRVEL-120
Lieu de travail : GRENOBLE
Date de publication : mercredi 22 juin 2022
Nom du responsable scientifique : La directrice de thèse sera Elsa Merle (CNRS/Grenoble INP) et il/elle sera co-encadré(e) par Gérald Senentz et Léa Tillard (ORANO) et Axel Laureau (CNRS).
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 20 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les réacteurs nucléaires à sels fondus (RSF) ont un très grand potentiel en termes de sûreté et de flexibilité. Il s'agit de réacteurs dont le combustible est dissous dans un mélange de sels fondus (liquide), jouant le rôle de caloporteur. Le sel circule dans le circuit combustible au travers d'une zone appelée « cœur » où il est rendu critique par géométrie, produisant ainsi de la chaleur, qu'il restitue en traversant un échangeur de chaleur, permettant ainsi de valoriser l'énergie produite, soit sous forme de chaleur (rôle calogène), soit sous forme d'électricité (rôle électrogène). Ce type de réacteur se caractérise par son comportement intrinsèquement stable, et sa versatilité (choix du cycle, choix du spectre neutronique, choix du sel, etc.) et donc la polyvalence de ses applications (réacteur électrogène sur une gamme allant de la petite à la très grosse puissance, incinérateur de déchets à forte activité et à vie longue par transmutation, etc.). Ces qualités étant recherchées dans le contexte nucléaire actuel, il suscite un fort regain d'intérêt en France, en Europe et dans le monde.
Depuis une vingtaine d'années, le CNRS au travers de l'équipe MSFR (Molten Salt Fast Reactor) du LPSC (Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie) étudie ce type de réacteur sous diverses déclinaisons et notamment la version dite MSFR de référence, réacteur régénérateur de puissance élevée fonctionnant en cycle Thorium et avec un sel fluorure, ainsi qu'une nouvelle version de réacteur régénérateur cette fois en cycle U/Pu et sel chlorure étudié dans le cadre du projet européen SAMOSAFER en cours et objet de la thèse de Hugo Pitois. Enfin l'équipe MSFR du LPSC travaille en collaboration avec ORANO sur les réacteurs à sels fondus convertisseurs d'actinides depuis 4 ans, notamment via la thèse en cours de Laura Mesthiviers.
Compte tenu du net regain d'intérêt pour cette technologie prometteuse, de nouvelles collaborations se sont mises en place, et de nouvelles études sont en cours avec notamment celles autour de concepts RSF en sels chlorures convertisseur d'actinides parmi lesquels le réacteur ARAMIS (Advanced Reactor for Actinides Management in Salt) porté par le CEA et étudié dans le cadre du projet national ISAC (Innovative System for Actinides Conversion) qui a débuté au premier semestre 2022 et dont les partenaires sont : le CEA, le CNRS, ORANO, EDF, FRAMATOME. Le projet ISAC vise à étudier la capacité d'une technologie de rupture, ici les RSF, à diminuer l'inventaire des actinides issus du parc existant via la transmutation des actinides mineurs, et ce en réalisant une étude d'esquisse (évaluation des options de conception, performances du concept, analyse de fonctionnement et de sûreté) et en lui associant des premières expérimentations à petite échelle sur les principaux verrous de cette filière : la chimie des sels, le traitement/recyclage, la prévention de la corrosion appliquée aux matériaux constitutifs du circuit primaire. Des études de scénarios seront associées afin d'évaluer l'impact final sur l'inventaire et le type de déchets à stocker selon différentes hypothèses.
Les réacteurs à sels fondus sont aussi au cœur du nouveau projet européen MIMOSA (MultI-recycling strategies of LWR SNF focusing on MOlten SAlt technology) porté par ORANO, débutant en juin 2022 et dont le CNRS est partenaire notamment dans les groupes de travail 1 (Multi-recycling scenarios analysis) et 3 (Molten Salt composition evolution in reactor). Le projet MIMOSA considère l'impact de l'introduction de réacteurs à sels fondus (de préférence à sel chlorure) sur le cycle du combustible au niveau européen, avec à la fois des concepts régénérateurs et convertisseurs d'actinides en symbiose avec le parc actuel.
Le sujet de thèse proposé ici comportera des contributions à moitié au projet national ISAC et à moitié au projet européen MIMOSA, sur des calculs en neutronique, physique des réacteurs et sûreté, ainsi que des études de scénario de déploiement de RSF dans une flotte de réacteurs nécessitant le développement d'un code de scénarios. Le début du travail de thèse portera sur la mise au point d'une nouvelle version du code de scénario SDF/ISF développé et utilisé dans l'équipe MSFR du LPSC depuis une vingtaine d'années, puis si nécessaire à l'introduction des réacteurs à sels fondus sous une forme simplifiée au seind'un code de simulation dynamique du cycle plus complet et déjà existant. Des études de scénarios seront ensuite réalisées avec ces codes, en parallèle à des calculs neutroniques en évolution réalisé avec le code REM (référence à ce jour pour les calculs d'évolution des réacteurs à sels fondus) afin de caractériser et d'optimiser des cœurs de RSF en lien avec leur déploiement. D'autres études pourront être abordées par le doctorant, selon l'avancement de la thèse et des projets, notamment en lien avec les études de design et de sûreté de ces réacteurs : comportement du cœur en situations normales et accidentelles, analyse des phases de démarrage et d'arrêt, participation à l'analyse de risques en collaboration avec EDF et Framatome, etc.

Le(la) candidat(e) devra être titulaire d'un Master en physique des réacteurs ou physique nucléaire ou équivalent. Il ou elle devra :
• Avoir de bonnes notions de physique des réacteurs (neutronique, thermohydraulique, sûreté, chimie du combustible…)
• Avoir de bonnes notions d'utilisation d'un code neutronique et d'un code de scénarios nucléaires
• Etre capable de travailler en équipe dans le cadre de collaborations très variées
• Etre habitué à développer du code informatique, notamment en langages Python, C++ et Java
• Maîtriser une production importante de données
• Maîtriser le français et l'anglais scientifique, parlé et écrit
• Etre rigoureux/se : savoir rendre compte, respect des échéances.

Contexte de travail

Le doctorant sous contrat CNRS sera basé au LPSC à Grenoble avec des missions ponctuelles chez Orano à Châtillon. Les travaux de recherche seront pluridisciplinaires, de la physique des réacteurs et des scénarios à l'analyse de sûreté.
Le laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie de Grenoble (LPSC) (http://lpsc.in2p3.fr) est une unité mixte de recherche associant le CNRS-IN2P3, l'Université Grenoble Alpes (UGA) et l'école Grenoble INP, pour un effectif moyen d'environ 230 personnes. Le doctorant(e) sera affecté́(e) à l'Equipe MSFR composée de 3 agents du LPSC (1 professeure, 1 chargé de recherches et 1 directeur de recherches émérite) et sera placé(e) sous l'autorité hiérarchique directe du responsable d'équipe (E. Merle).

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