Les études de scénarios électronucléaires sont nécessaires pour évaluer de manière scientifique les différentes options concernant l'énergie nucléaire du futur. Elles peuvent se décomposer en trois grandes parties :
• la définition des hypothèses de départ ;
• la modélisation de l'évolution du parc nucléaire ;
• l'analyse des observables de sortie.
Afin d'être évaluée de manière exhaustive, l’étude d’un scénario électronucléaire doit intégrer la gestion et le suivi temporel de l'inventaire de matières dans le parc durant son exploitation, pendant la phase d’arrêt et au delà. En effet, il a été montré que le plutonium contenu dans un coeur en fin de cycle, domine largement la radiotoxicité à long-terme du combustible usé. Or en France, cet élément est considéré comme recyclable. À la fin de l’exploitation du parc électronucléaire, le plutonium devient par conséquent un déchet à gérer. Minimiser les quantités de plutonium dans les déchets ultimes peut alors permettre de diminuer les risques radiologiques dans les sites de stockages définitifs et optimiser leurs tailles.
La thèse proposée s’inscrit dans le cadre d’un programme de recherche plus large pluriannuel sur la modélisation des scénarios électronucléaires dans lequel le CNRS et l’IRSN sont impliqués depuis plusieurs années. Une première phase de la thèse consistera à contribuer à la définition de quelques (deux ou trois) scénarios majeurs envisageables et à hiérarchiser leur étude. Pour chacun des scénarios sélectionnés il sera alors nécessaire d’évaluer l’impact des stratégies de gestion du combustible sur l’ensemble du cycle en mettant l’accent sur l’inventaire en déchets associé en termes de types, volumes et radiotoxicité.
L’objectif est également d’évaluer la faisabilité et le gain du à l'incinération du plutonium multi-recyclé dans les réacteurs électrogènes supposés en place pour un scénario donné. Différents types de réacteurs seront envisagés en fonction de la date de fin de jeu fixée. Dans le cas, d’une sortie à court terme, seules des technologies déjà existantes ou assez matures comme des EPR seront étudiées pour réduire au mieux les inventaires destinés aux déchets. Par contre, pour les scénarios considérant le maintien du nucléaire à plus long terme, le déploiement de réacteurs de quatrième génération est à examiner. Les coeurs à spectre rapide semblent alors les plus favorables à la transmutation du plutonium, voir des autres éléments transuraniens. Le type de réacteurs est un des points clés pour l’analyse des risques liés à un scénario.
Cependant, les paramètres de pilotage d'un coeur chargé en plutonium se dégradent rapidement en cas de multi-recyclage dans un coeur critique, ce qui a un impact sur leur sûreté. Les réacteurs sous-critiques, appelés aussi ADS (Accelerator Driven system) peuvent apporter un degré de liberté supplémentaire. La qualité isotopique du plutonium est dans ce cas moins problématique dans la mesure où le coeur a, par définition, une marge supplémentaire pour le contrôle de la réaction en chaine. De plus, les scénarios incluant la gestion de la fin de vie du parc électronucléaire à long-terme, rend la question de la maturité technique d'un ADS moins rédhibitoire.
Le groupe ERDRE est fortement engagé dans les études de scénarios électronucléaires à travers le développement d'un code en langage C++ appelé CLASS (Core Library for Advanced Scenario Simulation). Ce code est développé en collaboration avec des laboratoires de l'in2p3 (IPNO, LPSC) et l'IRSN. Son objectif est de calculer de manière précise l'évolution de l'inventaire en matière radioactive dans un parc nucléaire complexe à l'équilibre ou en phase de transition. Le code étant en cours de qualification, une part du travail du doctorant sera dédié à sa validation. Il prendra notamment part à la préparation des librairies d’entrée dépendant des systèmes nucléaires utilisés.
La définition d’un scénario demande la prise en compte de nombreux facteurs pouvant influencer les résultats. Des études paramétriques sont donc à réaliser afin de définir une hiérarchie des données d’entrées, ou encore de mettre en évidence des corrélations. Cela conduira naturellement à la réalisation d’études de sensibilités auxquelles pourront être appliquées des algorithmes d’inversion-optimisation, déjà utilisées à l’IRSN dans le cadre de ses activités au sein du consortium DICE. Afin d’estimer la pertinence des résultats, l’étude de la propagation des incertitudes est également un axe de travail à envisager. La réalisation de comparaison avec d’autres codes est aussi à prévoir pour des scénarios complexes. Ces études complémentaires seront menées parallèlement au travail de thèse par les équipes en place à l’IRSN et au CNRS/in2p3.

Laboratoire ou structure d’accueil : SUBATECH – Groupe ERDRE
Adresse : Ecole des mines - 4, rue A. Kastler (44307) Nantes

Directeur de thèse :
Philipe Eudes - Professeur d’Université (Subatech, Nantes)
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Encadrement scientifique :
Nicolas Thiollière - Chargé de Recherche EMN (Subatech, Nantes)
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tel : 02 51 85 86 42

Jean-Baptiste Clavel - Ingénieur-chercheur au SNC (IRSN, Fontenay)
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Gaétan Bellot - Ingénieur chargé d’affaires au SSTC (IRSN, Fontenay)
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Profil du candidat
Du point de vue académique, un diplôme d’ingénieur et/ou un Master 2 en physique subatomique est requis. En compétence personnelles, le (la) candidat(e) doit apprécier le travail en équipe et les problématiques multidisciplinaires. Enfin, des compétences techniques dans les domaines suivants seraient appréciées :
 Système d'exploitation linux
 Maitrise du langage de programmation C++
 Outils de simulation (MCNP, MURE, CLASS, VESTA)
 Outils de traitement et d’analyse de données (Root)

Déroulement
Le doctorant sera localisé au sein du groupe ERDRE du laboratoire SUBATECH de Nantes. Des réunions régulières (mensuelles) avec le LNC situé sur le site de l’IRSN de Fontenay-aux-Roses auront lieu.