Protocoles d'extraction pour l'analyse de composés organiques par GC-Orbitrap appliquée à des matrices du nucléaire
L'analyse des polluants organiques polychlorobiphényles (PCB),hydrocarbures aromatiques polycycliques et autres composés organiques persitants repose sur la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS), technique de référence pour leur identification et leur quantification. Cependant, les matrices complexes issues du secteur nucléaire (boues, suies, cendres, sols, bétons, etc.) nécessitent des protocoles de préparation adaptés afin de garantir la fiabilité des analyses. Les interactions entre les contaminants et la matrice solide peuvent notamment limiter l'efficacité de l'extraction.
Ce projet a pour objectif de développer et de valider des protocoles d'extraction robustes pour l'analyse de ces contaminants par GC-Orbitrap haute résolution. Après une étude bibliographique, le candidat définira une stratégie expérimentale, comparera différentes méthodes de préparation d'échantillons et d'extraction, puis validera les protocoles retenus avant leur application à des matrices représentatives du domaine nucléaire.
Le postdoctorat se déroulera au sein de l'Institut de Recherche sur les Systèmes Nucléaires pour la production d'Énergie bas carbone (IRESNE) du CEA Cadarache. Ce stage permettra au candidat d'acquérir une expertise en chimie analytique appliquée aux matrices complexes, en développant des compétences en préparation d'échantillons, extraction de contaminants organiques et analyses par GC-Orbitrap. Il sera amené à concevoir et valider des protocoles analytiques innovants, tout en se familiarisant avec les problématiques spécifiques des matrices issues du secteur nucléaire. Le candidat développera également des compétences en traitement et interprétation de données analytiques, en validation de méthodes, ainsi qu'en valorisation scientifique des résultats au travers de la rédaction de publications et de communications scientifiques.
Calcul de la conductivité thermique du combustible UO2 et l’influence des défauts d’irradiation
L’étude du comportement sous irradiation du combustible nucléaire fait l’objet de simulations dont les résultats dépendent étroitement de ses propriétés thermiques et de leurs évolutions avec la température et l’irradiation. La conductivité thermique de l’oxyde 100% dense peut à présent être obtenue par dynamique moléculaire à l’échelle du monocristal, en calculant les constantes de forces d’ordre 2, 3 et 4[1], mais l’effet de défauts comme les défauts induits par l’irradiation (boucle d’irradiation, amas de lacunes) voire même des joints de grains (céramique avant irradiation) restent difficiles à évaluer de façon couplée.
L’ambition de ce travail est d’inclure des défauts dans des supercellules et de calculer leur effet sur les constantes de force. En fonction de la taille des défauts considérés nous utiliserons soit la DFT soit un potentiel empirique ou numérique pour effectuer la dynamique moléculaire. AlmaBTE permet de calculer la diffusion des phonons par des défauts ponctuels [2] et le calcul de la diffusion des phonons par les dislocations et leur transmission à une interface ont aussi été récemment implémentés. Ainsi, le chaînage calculs atomistiques / AlmaBTE permettra de déterminer l’effet de la miscrostructure polycristalline et des défauts d’irradiation sur la conductivité thermique. A l’issue de ce post-doc, les propriétés obtenues seront utilisées dans les outils de simulation existants afin d’estimer la conductivité d’un élément de volume (effet additionnel de la microstructure notamment du réseau poreux, méthode FFT), donnée qui sera enfin intégrée dans la simulation du comportement de l’élément combustible sous-irradiation.
Le travail s’effectuera au sein du Département d’Études des Combustibles du CEA, dans un environnement scientifique caractérisé par une grande expertise sur la modélisation des matériaux, en collaboration étroite avec d’autres équipes du CEA à Grenoble et en région parisienne expertes des calculs atomistiques. Les résultats
Application de la méthode Hybrid-High-Order (HHO) pour le traitement des effets non locaux en plasticité cristalline via une approche micromorphe
La description du comportement des matériaux à l’échelle cristalline est l’objet de nombreux travaux universitaires et présente un intérêt croissant dans les études de R&D à vocation industrielle. Cette description se fait classiquement à l’aide de lois de comportement décrivant l’évolution locale de l’état microstructural du matériau : déformation (visco-)plastique, densité de dislocations, etc. Le principal moteur de cette évolution est la cission résolue, projection de la contrainte locale sur chaque système de glissement du cristal.
Le formalisme de ces lois de comportement locales est aujourd’hui bien établi, que l’on considère des transformations infinitésimales ou des transformations finies, et bénéficie d’un support particulier au sein du générateur de code MFront. L’utilisation de MFront permet le partage des lois entre les solveurs du CEA (Manta, Cast3M, Europlexus, AMITEX_FFTP) et EDF (code_aster, Europlexus).
L’objectif du post-doctorat est de mettre en place une stratégie numérique robuste, permettant de résoudre de manière fiable des problèmes de structure utilisant des lois de plasticité cristalline non locales et garantissant la transférabilité des lois entre les codes du CEA et d’EDF.