Le développement d’un procédé d’extraction liquide-liquide nécessite l’étude des performances thermodynamiques, hydrodynamiques mais également cinétiques du système extractant mis en œuvre. Au cours de l’extraction, de nombreux phénomènes régissent le transfert de matière, les plus connus correspondant à la diffusion moléculaire et la réaction chimique (Fig. 1a). Il arrive que la cinétique du transfert, régie par un de ces phénomènes, soit trop lente pour qu’un système extractant, bien que performant thermodynamiquement, puisse être mis en œuvre industriellement. Inversement, il est possible de s’appuyer sur une différence de cinétiques de transfert pour améliorer la séparation d’éléments d’intérêt.[1] Dans le domaine du retraitement du combustible nucléaire usé, l’extraction des actinides (majeurs et mineurs) ainsi que des lanthanides dépend principalement de la diffusion moléculaire. Cependant, certains produits de fission, en particulier le ruthénium (Ru), semblent avoir un comportement principalement régi par la cinétique chimique. De façon à définir au mieux les conditions opératoires d’un procédé de séparation optimisé, la connaissance fine des phénomènes comme des paramètres permettant le transfert est essentielle.

  L’objectif de ce stage est de faire le lien entre i) les cinétiques de transfert du Ru observées pour quelques systèmes extractants donnés (Fig. 1c.), et ii) les phénomènes moléculaires intervenant dans le transfert du Ru dans les phases mises en jeu (chimie de coordination des métaux). Le travail consistera à mieux caractériser en extraction L/L un système type ou TBP / Ru, d’abord sur petite échelle au laboratoire, puis à l’aide d’outils bien définis permettant de faire le distinguo entre transfert chimique et transfert diffusionnel. L’impact de la chimie de coordination du Ru (Fig. 1b) échange de ligands) sera alors abordé par diverses techniques expérimentales (Raman, IR, UV-vis…) dans le but d’évaluer au mieux l’impact de la spéciation du Ru sur le transfert.

Ce stage s’adresse à un étudiant motivé par un sujet à l’interface entre chimie moléculaire (chimie de coordination) et génie chimique (cinétique), et possédant à la fois des connaissances fondamentales et appliquées. La poursuite par une thèse en 2023 est envisagée (évaluation du candidat en juin 2023), avec pour objectif de poser les bases d’une approche innovante en termes de procédé, permettant la séparation de métaux via le contrôle de la cinétique en utilisant l’énergie d’activation (cinétique chimique) comme moteur de séparation.

Le stage se déroulera principalement à l'ICSM (Institut de Chimie Séparative de Marcoule).

[1] V. Lacanau et al., Hydrometallurgy, 2020, 191, 105241 ; S.A. Moussaoui, et al., Sep. Purif. Technol., 2021, 119293.