Description du sujet de thèse
Domaine
Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Sujets de thèse
Vers une méthode de caractérisation des propriétés électrocinétiques de particules dans l'eau à haute température
Contrat
Thèse
Description de l'offre
Dans le domaine de l'industrie et notamment de l'énergie, les circuits en eau liquide sont omniprésents. Les fluides, en interagissant avec les tuyauteries à base d'alliages métalliques, conduisent inévitablement à la formation de produits de corrosion. Des particules ainsi formées se déplacent dans les circuits sous l'effet d'un écoulement. En fonction des propriétés surfaciques physiques ou chimiques des parois, du milieu et des particules elles-mêmes, ces dernières peuvent s'agréger, se disperser, s'adsorber ou se déposer dans d'autres parties du circuit et conduire, par exemple, à des phénomènes d'encrassement et in fine à la perte de rendement des procédés industriels.
La prédiction du comportement des particules de petite taille (ordre de grandeur du µm) revêt donc un intérêt particulier. En effet, de par leur dimension, le comportement de ces dernières est régi par des forces d'origine électrique responsables de leur adhésion sur les surfaces. Les propriétés électrocinétiques et notamment le potentiel de surface pilotent ainsi le devenir de la particule et peuvent être définies par le biais du potentiel zêta. Cette grandeur caractérise un couple solide/solution et prend en considération à la fois la particule et ses propriétés chimiques de surface ainsi que la solution dans laquelle se trouve la particule.
Si la caractérisation du potentiel zêta à température ambiante est assez répandue, sa détermination à haute température se cantonne aujourd'hui, à quelques exemples (thèses de C. Cherpin 2022 [1] et de M. Barale 2006 [2], les études de VTT [3] et celle d'EDF avec l'université de Besançon 2002 [4] ainsi que le brevet de l'EPRI 1994 [5]). Le CEA (LC2R) a développé un moyen de mesure innovant en cours de brevetage pour explorer des techniques expérimentales peu développées et basées sur des hypothèses théoriques à approfondir.
A travers des approches multi-physique (écoulement, température, chimie, électrochimie, etc.) et multi-échelle (particules microscopiques influant sur un état macroscopique), l'objectif de la thèse est donc de réaliser les mesures des propriétés de surface de particules dans l'eau à haute température en fonction des conditions physico-chimiques (pH, RedOx et température), d'adapter les modèles existants ou en proposer de nouveaux puis de les valider avec les données expérimentales.
Les données ainsi obtenues ont vocation à alimenter les codes de simulation afin de mieux appréhender et maîtriser le vieillissement des circuits.
[1] C. Cherpin, PhD, 2022, Modelling the behaviour of colloidal corrosion products in the primary circuit of Pressurized Water Reactors
[2] M. Barale, PhD, 2006, Etude du comportement des particules colloïdales dans les conditions physico-chimiques du circuit primaire des réacteurs à eau sous pression
[3] E. Velin, Master's Thesis, 2013, The effect of Temperature on the Zeta Potential of Magnetite Particles in Ammonia, Morpholine and Ethanolamine Solutions
Université / école doctorale
École doctorale Science de la Matière, des Molécules et Matériaux (S3M)
Rennes
Localisation du sujet de thèse
Site
Saclay
Critères candidat
Formation recommandée
connaissances larges en physique et chimie et appétence pour l'expérimental
Demandeur
Disponibilité du poste
01/10/2025
Personne à contacter par le candidat
ABADIE Romain < email supprimé pour raison de sécurité >
CEA
DES/DRMP/LC2R
CEA Saclay
Bâtiment 391
Point Courrier 33
SPC/LC2R
0169085415
Tuteur / Responsable de thèse
Szymczyk Anthony < email supprimé pour raison de sécurité >
Université Rennes I
Institut des Sciences Chimiques de Rennes
Institut des Sciences Chimiques de Rennes (UMR CNRS 6226)
Equipe Chimie et Ingénierie des Procédés
Université Rennes 1
263 avenue du général Leclerc, Bâtiment 10 A
CS 74205
35042 Rennes Cedex, France
02.23.23.65.28
En savoir plus
https://www.linkedin.com/company/cea-isas
Domaine
Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Sujets de thèse
Vers une méthode de caractérisation des propriétés électrocinétiques de particules dans l'eau à haute température
Contrat
Thèse
Description de l'offre
Dans le domaine de l'industrie et notamment de l'énergie, les circuits en eau liquide sont omniprésents. Les fluides, en interagissant avec les tuyauteries à base d'alliages métalliques, conduisent inévitablement à la formation de produits de corrosion. Des particules ainsi formées se déplacent dans les circuits sous l'effet d'un écoulement. En fonction des propriétés surfaciques physiques ou chimiques des parois, du milieu et des particules elles-mêmes, ces dernières peuvent s'agréger, se disperser, s'adsorber ou se déposer dans d'autres parties du circuit et conduire, par exemple, à des phénomènes d'encrassement et in fine à la perte de rendement des procédés industriels.
La prédiction du comportement des particules de petite taille (ordre de grandeur du µm) revêt donc un intérêt particulier. En effet, de par leur dimension, le comportement de ces dernières est régi par des forces d'origine électrique responsables de leur adhésion sur les surfaces. Les propriétés électrocinétiques et notamment le potentiel de surface pilotent ainsi le devenir de la particule et peuvent être définies par le biais du potentiel zêta. Cette grandeur caractérise un couple solide/solution et prend en considération à la fois la particule et ses propriétés chimiques de surface ainsi que la solution dans laquelle se trouve la particule.
Si la caractérisation du potentiel zêta à température ambiante est assez répandue, sa détermination à haute température se cantonne aujourd'hui, à quelques exemples (thèses de C. Cherpin 2022 [1] et de M. Barale 2006 [2], les études de VTT [3] et celle d'EDF avec l'université de Besançon 2002 [4] ainsi que le brevet de l'EPRI 1994 [5]). Le CEA (LC2R) a développé un moyen de mesure innovant en cours de brevetage pour explorer des techniques expérimentales peu développées et basées sur des hypothèses théoriques à approfondir.
A travers des approches multi-physique (écoulement, température, chimie, électrochimie, etc.) et multi-échelle (particules microscopiques influant sur un état macroscopique), l'objectif de la thèse est donc de réaliser les mesures des propriétés de surface de particules dans l'eau à haute température en fonction des conditions physico-chimiques (pH, RedOx et température), d'adapter les modèles existants ou en proposer de nouveaux puis de les valider avec les données expérimentales.
Les données ainsi obtenues ont vocation à alimenter les codes de simulation afin de mieux appréhender et maîtriser le vieillissement des circuits.
[1] C. Cherpin, PhD, 2022, Modelling the behaviour of colloidal corrosion products in the primary circuit of Pressurized Water Reactors
[2] M. Barale, PhD, 2006, Etude du comportement des particules colloïdales dans les conditions physico-chimiques du circuit primaire des réacteurs à eau sous pression
[3] E. Velin, Master's Thesis, 2013, The effect of Temperature on the Zeta Potential of Magnetite Particles in Ammonia, Morpholine and Ethanolamine Solutions
Université / école doctorale
École doctorale Science de la Matière, des Molécules et Matériaux (S3M)
Rennes
Localisation du sujet de thèse
Site
Saclay
Critères candidat
Formation recommandée
connaissances larges en physique et chimie et appétence pour l'expérimental
Demandeur
Disponibilité du poste
01/10/2025
Personne à contacter par le candidat
ABADIE Romain < email supprimé pour raison de sécurité >
CEA
DES/DRMP/LC2R
CEA Saclay
Bâtiment 391
Point Courrier 33
SPC/LC2R
0169085415
Tuteur / Responsable de thèse
Szymczyk Anthony < email supprimé pour raison de sécurité >
Université Rennes I
Institut des Sciences Chimiques de Rennes
Institut des Sciences Chimiques de Rennes (UMR CNRS 6226)
Equipe Chimie et Ingénierie des Procédés
Université Rennes 1
263 avenue du général Leclerc, Bâtiment 10 A
CS 74205
35042 Rennes Cedex, France
02.23.23.65.28
En savoir plus
https://www.linkedin.com/company/cea-isas
