Le « tri ionique » est l'un des problèmes majeurs associé aux technologies de production d'énergie, nucléaire ou alternative, depuis l'extraction minière jusqu'au traitement des combustibles usés, dans un souci permanent de stockage sécurisé des déchets ultimes et de recyclage des espèces valorisables. Tous les matériaux mis en jeu contiennent des métaux qu'il est nécessaire de séparer, après dissolution, de manière à réaliser « la fermeture du cycle du combustible ». Le LTSM met ainsi sa compétence en synthèse organique et son savoir-faire dans le développement de molécules innovantes au service de la chimie séparative, dans les domaines de l'énergie nucléaire, de la chimie de l'amont au retraitement du combustible nucléaire « usé », et de l'extraction/recyclage des métaux stratégiques. Ces études nécessitent le développement de méthodologies de synthèse, suivi de la caractérisation, des études préliminaires d'extraction à l'échelle laboratoire puis d'une optimisation du ligand si nécessaire. Mais cette optimisation des complexants n'est pas possible si elle n'est pas couplée à la compréhension des mécanismes mis en jeu lors d'une extraction par un procédé liquide-liquide. Ainsi le LTSM, par une approche moléculaire et supramoléculaire des systèmes utilisés pour l'extraction liquide-liquide, et par ses compétences en physico-chimie des systèmes auto-organisés dans des fluides complexes contribue à l'étude des mécanismes d'extraction (mécanismes synergiques et/ou par auto-assemblage).
Les problématiques de l’amont du cycle concernent, après une étape de dissolution/lixiviation du minerai, les étapes d’extraction sélective. C’est dans ce cadre que se situent les études menées par le LTSM qui permettent d’acquérir des données expérimentales essentielles dans des perspectives d’industrialisation d’un procédé.
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Dans le domaine de la chimie séparative, le recyclage des métaux stratégiques est apparu très récemment comme une priorité et des réflexions à l’échelle nationale et européenne sont en cours afin d’assurer à l’Europe un approvisionnement pérenne pour alimenter son industrie et le développement de ses nouvelles technologies.
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L’extraction et la séparation poussée des actinides(III) mineurs en fin de cycle de retraitement du combustible nucléaire est une priorité pour l'industrie nucléaire française, notamment dans la perspective du développement des réacteurs de quatrième génération à neutrons rapides.
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La conception de nouvelles molécules extractantes nécessite de comprendre les mécanismes mis en jeu dans les procédés de séparation liquide-liquide.
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La problématique de la séparation d’ions s’étend à l’enrichissement isotopique par la mise en œuvre de procédés chimique de séparation. Considéré justement comme l'un des problèmes techniques les plus difficiles à résoudre, l'enrichissement isotopique repose principalement sur les différences physico-chimiques que présentent les isotopes d'un même élément (inégalité de masse, différences spectrales, spin nucléaire…).
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