Proposition Post-Doc H/F

Post-Doctoral position

Etude des propriétés physicochimiques de fontes verrières cristallisées

Rheology study of cristallized molten glass

•  Le post-doc

L’étude proposée dans le cadre de ce post-doctorat se focalise sur la faisabilité technologique des fontes verrières cristallisées, les aspects comportement à long terme étant étudiés par ailleurs. Il est en effet connu que la présence d’hétérogénéités solides dans la fonte verrière conduit à une modification des propriétés physiques de la fonte, en particulier sa rhéologie, et peut engendrer des phénomènes de sédimentation. Or, ces propriétés physiques sont justement au cœur du fonctionnement des procédés de vitrification et de leur modélisation magnéto-thermo-hydraulique. En effet, le passage d’un comportement newtonien à un comportement non-newtonien d’une fonte verrière partiellement cristallisée, bien que non rédhibitoire, nécessite une connaissance précise du système afin de modéliser et ainsi mieux piloter les procédés. Outre la perte de comportement newtonien, la présence de cristaux peut avoir un impact sur la conduite du procédé (risque de sédimentation des cristaux en fond de four pouvant conduire à un bouchage de la vanne de coulée, voire, pour les cas extrêmes, risque de figeage de la fonte). A la différence des platinoïdes, qui présentent une teneur et une morphologie constantes au cours de l’élaboration, et dont l’impact sur la rhéologie des fontes et les phénomènes de sédimentation a déjà été largement étudié au sein du CEA, les cristaux envisagés dans cette étude présentent des propriétés qui dépendent de leur histoire thermique, voire hydro-dynamique.

• Subject of the post-doctoral position

The proposed study focuses on the molten glass technological feasibility. The presence of solid heterogeneities in the melt is known to lead to a modification of some of its physical properties – notably its rheology, as well as thermal and electrical conductivities, and can generate settling phenomena. Yet these properties are in the heart of vitrification process control and modelling. This study will then investigate the impact of crystals in the molten glass on vitrification process control and modelling. Contrary to the platinoids particles, whose impact on melt rheology and settling phenomena has already been extensively studied in CEA, the properties of crystals that are going to be studied here depend on thermal history and hydro-dynamic conditions of crystallization.

• Le post-doc proposé aura donc pour objectifs :

1)    D’acquérir des données expérimentales sur les phénomènes de sédimentation des cristaux en conditions dynamiques et ce en fonction et de la nature / morphologie des cristaux, et de modéliser ce phénomène en s’inspirant des modèles de sédimentation déjà existants,

2)    D’acquérir des données expérimentales sur des systèmes de type {verre – cristal 1 – cristal 2} en termes de cristallisation et de rhéologie, et ce, en suivant la méthodologie développée depuis 2 ans au sein du CEA,

3)    De généraliser les modèles rhéologiques aux cas de systèmes complexes tels que ceux rencontrés industriellement.

• The aims of the post-doctoral study will be the following:

1)    Acquire experimental data on crystals settling in dynamic conditions, as a function of nature / morphology of crystals, and model the observed sedimentation by adapting the existing models generally developed in static conditions,

2)    Acquire experimental data concerning both the crystallization and the rheological behavior of complex {molten glass – crystals} systems, following the methodology developed in CEA for 2 years,

3)    Generalize the rheological models to the case of complex systems that can exist in vitrification industrial processes.

• L’environnement de travail

Ce post-doc sera réalisé au sein du Service d’Etudes de Vitrification et procédés Hautes Températures du CEA Marcoule. L’ensemble des travaux sera réalisé sur des matériaux non radioactifs, et la caractérisation des verres élaborés dans le cadre de cette étude s’appuiera principalement sur les outils disponibles au sein du laboratoire, à savoir : DRX, ATD-ATG, MEB couplé à de l’analyse d’images, microsonde, rhéomètre. Le recours à des outils externes complémentaires pourra être envisagé si nécessaire.

• Working environment

The post-doc will take place within the Service d’Etudes de Vitrification et procédés Hautes Températures in CEA Marcoule. The work will be conducted on non-radioactive materials. The glass to be studied will be elaborated by the student, and characterized mainly by SEM, XRD, DTA-GTA, microprobe and a rheometer. When necessary, complementary tools will be used.

 Duration : 1 year (extendible)

• Références :

[Barba Rossa, 2017] : Barba Rossa G., Modélisation multiphysique de l’élaboration de verre en creuset froid, Thèse de doctorat de l’Université de Grenoble-Alpes (2017).

[Hanotin, 2016] : Hanotin C., Puig J., Neyret M., Marchal P., Platinum group metal particles aggregation in nuclear glass melts under the effect of temperature, Journal of Nuclear Materials 477, pp. 102-109 (2016).

[Jiusti, 2022] : Jiusti J., Régnier E. Neyret M., Pereira-Machado N. et al, to be submitted (2022).