Soutenance de thèse de Woei Jer NG

Cette thèse porte sur l’étude des relations structure–propriétés dans des mélanges de chlorures fondus utilisés comme combustibles pour les réacteurs rapides à sels de chlorures fondus (MCFR). La France étudie actuellement l’utilisation du mélange NaCl–MgCl2–PuCl3–AmCl3 afin de réduire l’inventaire d’actinides contenus dans les combustibles nucléaires usés. Dans ce cadre, l’amélioration des performances de ces combustibles nécessite une compréhension approfondie de la structure locale des sels fondus, laquelle gouverne des propriétés macroscopiques telles que la viscosité et la solubilité de l’oxygène. Au CEMHTI–CNRS, le système NaCl–MgCl2–LaCl3 a été utilisé comme combustible modèle, non radiotoxique et actif en résonance magnétique nucléaire (RMN), afin d’étudier in situ les environnements de coordination et la structure des réseaux dans les chlorures fondus. Dans cette démarche, un protocole de validation multimodal combinant la RMN à haute température (RMN HT), des simulations classiques de dynamique moléculaire (DM) et des calculs RMN obtenus à partir des premiers principes (chimie quantique) a été mis en œuvre afin d’assurer la cohérence entre les modèles structurels obtenus expérimentalement et ceux issus de la modélisation. Le couplage entre structure locale et propriétés macroscopiques a également été approfondi. Les propriétés de transport du système ternaire ont été évaluées par les calculs DM, tandis que les coefficients de diffusion calculés ont été validés pour quelques compositions par RMN à gradients de champ pulsé (RMN–PFG). La solubilité de l’oxygène a en outre été examinée à l’aide de dopants LaOCl enrichis en oxygène-17, selon le même protocole multimodal. L’augmentation de la teneur en MgCl2 accroît le nombre moyen de coordination La–Cl et perturbe les réseaux continus La–Cl–La. En conséquence, la suppression des complexes étendus et interdigités [LaxCly]3x−y contribue alors principalement à la diminution de la viscosité du sel fondu ainsi qu’à l’augmentation de la diffusivité ionique pour des sels de teneur élevée en LaCl3. Par ailleurs, MgCl2 favorise la solubilité de l’oxygène par la formation d’environnements de coordination mixtes, tels que [La2MgO]6+ et [LaMg2O]5+. Ces résultats montrent que l’ajout de MgCl2 peut améliorer les propriétés de transport des combustibles MCFR tout en favorisant la séquestration des impuretés oxygénées, ce qui atténue les précipitations d’oxydes.