Marie Caisso est actuellement en poste chez EDF en tant que chargée d’Affaires R&D dans le domaine de l’Aval du Cycle du combustible. Elle s’occupe du suivi technique de l’ensemble des procédés chimiques et matériaux mis en œuvre pour le traitement des combustibles usés actuel et futur.

Après avoir terminé un cursus ingénieur Matériaux à Polytech Grenoble en 2013, elle a préparé sa thèse au CEA Marcoule entre le Laboratoire de Fabrication des Combustibles (LFC), le Laboratoire de Conversion des Actinides et de Radiolyse (LCAR) et l’université de Montpellier. Elle a soutenu son travail le 28 octobre 2016 à l’Institut de Chimie Séparative de Marcoule (ICSM).

Ce travail de thèse s’est focalisé sur le possible retraitement futur d’une partie des déchets nucléaires à vie longue, les actinides mineurs (AM). Une des voies à l’étude permettant de réduire l’inventaire total des déchets, après recyclage du plutonium, est, en effet, la transmutation hétérogène, en réacteurs à neutrons rapides des AM, et plus particulièrement de l’américium (Am), en éléments chimiques à demi-vies courtes voire stables. L’irradiation de l’Am nécessite ainsi la fabrication de pastilles céramiques d’U_1-XAm_XO_2±δ. La voie CRMP (Calcined Resin Microsphere Pelletization) est actuellement privilégiée parmi les différents procédés envisagés. Elle se fonde, avant frittage, sur le pressage de microsphères d’oxyde mixte U_1-XAm_XO_2±δ obtenues par conversion thermique de microsphères de résine échangeuse d’ions chargée en cations UO₂²⁺ et Am³⁺. Comparé à des voies de synthèse classique utilisant la métallurgie des poudres, le procédé CRMP permet de favoriser les étapes de mise en forme (forte coulabilité des microsphères) tout en limitant la dissémination de particules fines à base d’Am, hautement radioactives.

Dans ce contexte, cette thèse s’est attachée à mener une caractérisation exhaustive des différentes étapes du procédé CRMP d’un point de vue mécanistique et structural. Ainsi, le mode de complexation des cations dans la résine a été déterminé, via la mise en évidence de groupements carboxyliques bidentés autour des éléments U et Am par spectroscopie IR et EXAFS. L’étape de conversion thermique a également été suivie de manière in-situ par DRX et XANES, et les structures des différents composés oxydes formés, (U_1-XAm_X)₃O₈ et U_1-XAm_XO_2±δ, ont été identifiées et caractérisées finement. De la même manière, la substitution de l’Am dans chacun des composés a été démontrée, ainsi que les déformations associées autour des cations, via l’utilisation de la DRX, de la diffraction de neutrons et de l’EXAFS. Finalement, le frittage des microsphères sous forme de pastilles d’U_1-XAm_XO_2±δ a été caractérisé notamment par dilatométrie et porosimétrie mercure, révélant une densification en deux étapes. Ce comportement singulier est le résultat d’une réorganisation multi-échelle dans le matériau ayant lieu au cours du frittage, s’expliquant par la présence dans le cru de nanoparticules pré-frittant à basse température.

Si la préparation de la majorité des échantillons a été effectuée sur l’installation nucléaire de base ATALANTE, cette thèse a permis de monter plusieurs collaborations extérieures pour les caractérisations mises en œuvre : l’UCCS pour les techniques de diffraction (P. Roussel), l’université de Nice pour la spectroscopie d’absorption des rayons X (C. Den Auwer), et le SPCTS de Limoges pour la caractérisation des céramiques (A. Maître et R. Boulesteix). De nombreux travaux sur grands instruments (synchrotrons ESRF, SOLEIL et ANKA ; réacteurs à neutrons ILL et Orphée) ont ainsi été réalisés pour étudier finement les structures de mes oxydes à base d’américium. De par la complexité de la manipulation de matière radioactive hors zone réglementée, ces expériences ont également nécessité l’utilisation, voire le développement, de techniques spécifiques pour la manipulation d’échantillons radioactifs sur ces installations non nucléaires.