Soutenance de thèse de Valentin KERLEGUER

Apport de l'étude de matériaux modèles U1-xPuxO2 à la compréhension des mécanismes d'altération des combustibles UOx et MOx en stockage géologique

Le 21 septembre 2020

Résumé de la thèse en français

L'influence des conditions environnementales du stockage géologique sur la lixiviation de la matrice des combustibles UOx et MOx a été étudiée selon une complexification progressive : eau carbonatée, eau synthétique de l'argilite du Callovo-Oxfordien (COx), eau du Cox avec fer métal ou argilite. Deux matériaux modèles émetteurs alpha ont été sélectionnés : des pastilles de UO2 faiblement dopées en Pu et des pastilles homogène de MOx U0.73Pu0.27O2. Les protocoles expérimentaux, spécifiquement développés, ne montrent pas un effet important de l'argilite sur l'altération de UO2. Le plutonium diminue la dissolution oxydante du MOx U0.73Pu0.27O2 et accentue la décomposition de H2O2 produit par la radiolyse de l'eau. La dissolution du MOx est réduite en eau du COx et très inhibée en présence de fer suite à la consommation de H2O2 par les ions Fe2+ produits par la corrosion anoxique du fer, avec précipitation de magnétite sur les pastilles. Les modèles géochimiques (CHESS) et du transport réactif (HYTEC) développés simulent correctement les principaux résultats expérimentaux et mécanismes mis en jeu. Les processus d'altération des matrices de UOx et MOx sont très similaires en conditions environnementales.

Résumé de la thèse en anglais

The effects of the geological disposal environment on the leaching of the oxide matrices of UOx and MOx fuels was investigated following a step-by-step procedure: carbonated water, synthetic porewater of the Collovo-Oxfordian (COx) argillite, synthetic porewater in presence of iron or argillite samples. Two types of alpha-emitting materials were considered, UO2 pellets doped with a low Pu content, and pellets of homogenous U0.73Pu0.27O2 MOx fuel. The experimental protocols did not show any significant effect of the argillite on the UO2 alteration. Plutonium decreased the oxidative dissolution of U0.73Pu0.27O2 and enhanced the disproportionation of the H2O2 produced by water radiolysis. The dissolution of the MOx matrix decreased in COx water. It was strongly inhibited in presence of iron which anoxic corrosion liberated Fe2+ in solution that fully reacted with the radiolytic H2O2, leading to magnetite precipitation on the pellet surface. Geochemical (CHESS code) and reactive transport (HYTEC code) models correctly simulated the main experimental data and the underlying mechanisms. The alteration processes of UOx and MOx matrices were found to be very similar under the present environmental conditions.

Titre anglais : UOx and MOx fuels corrosion processes under geological conditions through the study of U1-xPuxO2 model materials
Date de soutenance : Monday 21 September 2020 à 13h30
Adresse de soutenance : ICSM UMR 5257 – CEA / CNRS / UM / ENSCM Site de Marcoule, Bâtiment 426 BP 17171 F-30207 Bagnols sur Cèze Cedex – Amphithéâtre de l'ICSM
Directeur de thèse : Laurent DE WINDT

Le Rapport d’activité 2019 est en ligne

15 juillet 2020

MINES ParisTech, établissement-composante de l'Université PSL (Paris Sciences et Lettres), décline ses faits marquants 2019 et ses perspectives 2020 selon quatre grandes thématiques, selon les objectifs fixés par son plan stratégique 2018-2022 :

Promouvoir l'excellence scientifique
Accompagner l'ingénieur et le chercheur du futur
Rayonner au-delà de notre sphère
Se déployer pour relever les défis de demain

Pour le directeur général, Vincent Laflèche, « Le démarrage de la nouvelle maquette du cycle Ingénieur [est un] marqueur de la statégie de l'École ».

Selon Jacques Aschenbroich, PDG de Valeo, président du CA de MINES ParisTech, co-signataire de l'éditorial : « Plus que jamais, la science et la technologie sont indispensables pour comprendre les mutations que nous vivons ».

Le RA 2019 est à feuilleter ici.

> Télécharger le Rapport d'activité 2019

Soutenance de thèse de Aurélien SOUBEYRAN

Thermodynamique de stockage souterrain de fluides: Application aux cavités salines

Le 4 juin 2020

Résumé de la thèse en français

Dans le contexte actuel de transition énergétique, des projets cherchent à stocker de façon temporaire dans le sous-sol de nouveaux fluides (CO2, O2, H2). Ces derniers peuvent présenter des caractéristiques thermodynamiques différentes de celles des produits habituellement stockés dans ces structures, tant individuellement qu'en présence des autres espèces que l'on y retrouve (saumure, insolubles, halite). Ce mémoire cherche à modéliser un stockage en cavité saline pour faire ressortir les propriétés thermodynamiques les plus susceptibles d'en affecter le comportement et d'influer ainsi sur son mode de gestion. Dans cette optique, les modélisations effectuées sur ces nouveaux fluides sont comparées à celles réalisées pour un fluide de référence, considéré a priori comme proche (ici le CH4), pour lequel on dispose d'une validation pratique. Ce mémoire se concentre plus particulièrement sur la prise en compte des transferts de masse entre le fluide stocké et la saumure dans la modélisation. Cela nécessite d'adopter des lois d'état spécifiques pour caractériser thermodynamiquement les mélanges que ces transferts impliquent. Cela oblige également à reprendre les équations du modèle de stockage afin d'y intégrer les échanges de masse entre les phases fluides, mais aussi ceux de chaleur qu'ils induisent. Deux aspects sont traités : d'un côté, l'influence que les transferts de masse peuvent exercer sur les conditions du stockage, en le supposant à l'équilibre thermodynamique à tout instant, et de l'autre, l'évolution de ceux-ci d'un point de vue cinétique. Pour illustrer ces deux points, notamment expérimentalement, le CO2 est utilisé comme cas d'étude, en raison de sa relativement forte solubilité en saumure, et comparé au CH4, qui, à l'inverse, s'y dissout faiblement.

Résumé de la thèse en anglais

In the current energy transition context, ongoing projects intend to temporarily store underground new fluid products (CO2, O2, H2). Their thermodynamic features may differ from those of the commonly stored products in such facilities, whether their own behavior is considered or their interactions with the other species remaining in the reservoir (brine, insoluble materials, NaCl cristal). This work aims to model a salt cavern storage to highlight the thermodynamic properties most impacting the storage behavior the most and influencing the choice of the monitoring process. For this purpose, the modeling of the storage behavior of these new products is compared to the already validated one, achieved on a comparable reference product (here the CH4). This work more specifically focuses on taking into account the mass transfers occuring between the stored fluid and the brine phases. This requires to use more complex equations of states to thermodynamically characterize of the newly considered mixtures and to adapt the equations of the global storage model to incorporate the mass exchanges between the fluid phases, as well as the heat transfers these phenomena induce. Two special aspects are addressed on the mass transfers : on the one hand, their impact on the evolution of the storage conditions, considering the thermodynamic equilibrium at any time, and, on the other, their kinetic evolution. To illustrate these two points, experimentally and numerically, CO2 is observed, due to its relatively high solubility in brine, and compared to CH4, which, inversely, hardly dissolves in it.

Titre anglais : Thermodynamics of fluids underground storage: Application to salt caverns
Date de soutenance : jeudi 4 juin 2020 à 14h00
Adresse de soutenance : MINES ParisTech 35 rue Saint-Honoré 77300 Fontainebleau – Visioconférence
Directeur de thèse : Ahmed ROUABHI

Soutenance de thèse de Tianyou ZHOU

Analyse de vitesse par migration : choix des paramètres utilisateurs et introduction des ondes transmises

Le 31 janvier 2020

Résumé de la thèse en français

L'imagerie sismique est la technique utilisée pour déterminer les structures du sous-sol à partir de signaux sismiques. L'un des paramètres les plus importants est le modèle de vitesse, qui peut être divisé en un macro-modèle contrôlant la cinématique de la propagation des ondes et les perturbations de vitesse. La migration construit l'image des perturbations de vitesse pour un macro-modèle donné. L'analyse de la vitesse de migration estime la qualité du macro-modèle à l'aide d'une fonction objective mesurant la focalisation de l'image. Le gradient de cette fonction objective par rapport au macromodèle permet de trouver le macro-modèle optimal de manière itérative. La méthode a été améliorée récemment en remplaçant l'opérateur de migration par l'inverse au sens asymptotique dans le domaine de l'offset en profondeur. Dans cette thèse, nous montrons que la qualité du gradient est sensible aux paramètres de l'utilisateur. Nous fournissons des règles pratiques pour assurer un gradient cohérent. Ces règles sont appliquées au modèle synthéthique Marmousi. Les développements récents proposent de prendre en compte les ondes transmises. Nous comparons différentes stratégies pour combiner les deux différentes type d'ondes et recommandons d'appliquer un traitement spécifique. Nous appliquons la méthode à un jeu de données réel marin fourni par Total. Nous proposons un schéma en deux étapes: après un premier essai de plusieurs itérations, nous ajustons les paramètres et relançons les itérations.

Résumé de la thèse en anglais

Titre anglais : Migration velocity analysis: selection of user parameters and introduction of transmitted waves
Date de soutenance : vendredi 31 janvier 2020 à 14h00
Adresse de soutenance : MINES ParisTech, 60 Bd Saint-Michel, 75006 Paris – L109
Directeur de thèse : Hervé CHAURIS