Spectromètre Actif d'Absorbants pour le Bremsstralhung Rayonné lors de l’interaction lasEr-plasma. (SAABRE)
Le projet SAABRE (Spectromètre Actif d'Absorbants pour le Bremsstralhung Rayonné lors de l’interaction lasEr-plasma) concerne le développement d’un nouveau diagnostic pour mesurer le rayonnement X continue de Bremsstrahlung produit lors de l’interaction d’un laser de puissance avec la matière.
Actuellement, l’instrument appelé Bremsstrahlung cannon (BC) utilise un empilement de films sensibles aux rayons X séparés par des filtres. Chaque film absorbe une partie du rayonnement incident qui l'atteint en fonction de son énergie, ce qui permet de reconstituer le spectre énergétique des rayons X incidents. Cependant, ces films doivent être retirés de l’enceinte expérimentale et scannés après chaque tir, ce qui limite fortement l’utilisation du BC sur la nouvelle génération de lasers à haute cadence (comme APOLLON, VEGA3 ou ELI) et complique son déploiement sur des installations mono-coup comme le LMJ.
Le projet propose donc de remplacer les films par des cristaux semi-conducteurs millimétriques (Si, CdTe, CZT, GaAS et pérovskites). Ces capteurs permettront de mesurer instantanément la dose de rayonnement, de convertir le signal en données électriques numérisées et analysées en temps réel, et d’adapter l’instrument à différents types d’expériences en changeant la configuration des filtres utilisés (fusion par confinement inertiel ou accélération laser-plasma).
Le post-doctorant recruté pilotera le développement complet de ce nouveau détecteur, depuis l’étude des semi-conducteurs envisagés jusqu’à la réalisation d’un prototype simulé avec GEANT4, puis étalonné et testé expérimentalement sur des installations produisant des rayonnements gamma de haute énergie. Le dispositif servira notamment au projet EUROPA, dédié à la production de radio-isotopes médicaux innovants, et donnera lieu à publications scientifiques et présentations en conférences.
Amélioration et validation d’un modèle aux tensions de Reynolds pour l’instabilité de Rayleigh-Taylor
Ce sujet traite des mélanges turbulents qui se produisent à l’interface de fluides de densités différentes, importants dans de nombreuses applications industrielles.
L’instabilité de Rayleigh–Taylor est un mécanisme clé à l’origine de ces phénomènes.
Elle apparaît lorsque les gradients de pression et de densité sont opposés.
Son évolution passe par plusieurs phases : linéaire, faiblement non linéaire, puis turbulente.
Un objectif majeur est de développer des modèles RANS capables de reproduire cette dynamique complexe.
Le projet propose d’évaluer le modèle aux tensions de Reynolds GSG dans ce contexte.
Des bases de données issues de simulations DNS à haute résolution sont obtenus, pour différents contrastes de densité. Plusieurs méthodes de calibration seront étudiées, incluant des approches analytiques, statistiques et bayésiennes. Enfin, des améliorations du modèle pourront être apportées grâce à l’assimilation de données et à l’apprentissage automatique.
Développement et mise en œuvre d'une méthode de dosage multi-élémentaire par ablation laser couplée à l'ICPMS pour l'analyse de solides pulvérulents
Les activités du laboratoire d’accueil au sein de la Direction des Applications Militaires (DAM) du CEA portent sur l'expertise de faibles quantités de matière nucléaire. Cette étude vise à développer et mettre en œuvre une méthode de dosage élémentaire dans des solides pulvérulents, basée sur le couplage d’un dispositif d'ablation laser (LA) avec un spectromètre de masse à plasma à couplage inductif (ICPMS). La méthode développée doit couvrir une large gamme de concentrations, des ultra-traces (ng/g) jusqu'aux mineurs et majeurs. La préparation des échantillons sera réalisée par fusion alcaline afin de former des pastilles de verre, assurant une bonne homogénéité spatiale des éléments à doser. Pour certaines applications, jusqu’à une quarantaine d’éléments chimiques seront à doser.
Les mesures seront effectuées à l'aide d'un laser UV ns à 213 nm et d’un ICPMS haute résolution (Thermo-Fisher "Element XR") localisés en zone surveillée. Les échantillons cibles sont des sols marqués et des concentrés miniers d'uranium. Une partie de ce travail se fera en collaboration avec le centre de recherche commun européen (JRC) de Karlsruhe (Allemagne), qui est également équipé d’un couplage LA-ICPMS multi-collection (Thermo-Fisher "Neoma").
Modélisation du comportement mécanique de matériaux hétérogènes
L’objectif de ce post-doctorat est de proposer une méthodologie de modélisation pertinente des
propriétés mécaniques non linéaires en statique et en dynamique d’assemblages (au sens large)
multimatériaux. Ces assemblages peuvent être réalisés à l’échelle microscopique (par exemple polymère
chargé en particules), mésoscopique, et même macroscopique en considérant des pièces obtenues par
fabrication additive comme par exemple des structures lattice. La modélisation s’appuiera sur des résultats expérimentaux d’essais mécaniques statiques en tomographie X in situ réalisés pendant le post-doctorat. En fonction de l’échelle considérée, ces expériences auront lieu au sein du laboratoire (qui est équipé d’une machine d’essai in situ tomographie X) ou encore pour l’échelle microscopique de campagnes synchrotron à construire par le candidat. Dans le cas du comportement dynamique, le candidat intégrera les résultats d’autres études internes sur le comportement macroscopique de matériaux ou de pièces obtenus par DMA (Dynamic Mechanical Analysis) ou sur machine vibrante (pot vibrant)
Etude de la fragilisation et de la fatigue thermique d'aciers inoxydables
Afin d’étudier le comportement des matériaux nucléaires sous sollicitations dynamiques, le CEA Valduc souhaite se doter d’un nouveau moyen intégré en boîte à gants. Dans cet objectif, une collaboration avec le CEA GRAMAT et un industriel spécialiste du domaine a été mise en place. Lors des expériences conduites avec ce moyen, certains constituants sont soumis à des températures très élevées se présence d'hydrogène gazeux pendant des temps très brefs.
Dans un premier temps, différentes nuances d'aciers austénitiques ont été testées dans ces conditions pénalisantes et un prototype a été commandé et réceptionné sur le site de l'industriel.
L'étude comporte trois objectifs. Le premier réside dans l'acquisition de nouvelles données expérimentales mécaniques et microstructurales à l'échelle micrométrique à partir des lots d'aciers précédemment exposés, tandis que le second concerne l'analyse microstructurale de la fatigue thermique. Enfin, le troisième et dernier objectif est l'intégration de ces nouvelles données dans un outil numérique de simulation d'évolution microstructurale visant à reproduire l'effet global du vieillissement, en cycle thermique et de pression en couplant par exemple des codes de type CALPHAD et l'utilisation de codes multiphysiques de type COMSOL.
Les travaux se dérouleront suivant les trois volets menés en parallèle. Il sera également demandé au(à la) post-doctorant(e) en charge de cette étude de :
- participer à la mise en place et au suivi de collaborations avec des acteurs reconnus dans les domaines de la fragilisation, de la fatigue thermique et de l'analyse microstructurale,
- synthétiser et publier, dans la mesure du possible, les résultats obtenus sous formes de différents documents et de publications dans des journaux internationaux ou communications en congrès
Modélisation hydrodynamique et magnétohydrodynamique des plasmas HED
Dans le contexte de la fusion, la FCI magnétisée exploite des champs magnétiques externes qui sont comprimés pendant l’implosion, magnétisant ainsi les électrons et les particules alpha. Ceci réduit les pertes thermiques transversales et améliore le confinement du point chaud, permettant l’amorçage à des densités surfaciques plus faibles, avec des implosions plus lentes et plus stables. Le CELIA, leader reconnu dans la recherche sur l’implosion magnétisée [Plasma Phys. Control. Fusion 64, 025007 (2022)], coordonne de multiples programmes internationaux et nationaux (EUROfusion, NLUF, LBS, NIF Discovery Science, ANR).
Des expériences récentes à grande échelle menées à Omega ont démontré des champs comprimés records (~10 kT) et une augmentation de température des points chauds d'environ 50 %, grâce à la spectroscopie de la couche K du dopage à l'argon du combustible nucléaire DD, permettant de caractériser les conditions du plasma du cœur comprimé [Phys. Rev. Research 6, L012018 (2024)].
Les expériences approuvées à venir comprennent :
• Omega (février et août 2026) : contrôle du refroidissement radiatif par la concentration d'argon ; spectroscopie multi-dopant ; implosions sphériques magnétisées.
• NIF (mai 2026) : avec une énergie 20 fois supérieure à celle d'Omega, étude du confinement des tritons par l'analyse des spectres de temps de vol des neutrons secondaires à résolution angulaire, comme sonde de l'intensité et de la topologie du champ magnétique.
• LMJ (avril 2026 et 1er trimestre 2027) : avec une énergie de pilotage laser équivalente à celle du NIF, mais avec des cibles plus petites, implosions magnétisées cylindriques visant une compression 3 fois supérieure à celle d’Omega et du NIF ; spectroscopie de la couche K à double dopage pour des conditions de cœur résolues spatialement.
L’interprétation et la conception prédictive de ces expériences nécessitent des simulations MHD 2D/3D avancées, qui seront confiées au postdoctorant
Développement d’une sonde de caractérisation matériaux à jet électromagnétique
Le sujet se situe dans le cadre de contrôle non destructif des propriétés électromagnétiques de matériaux.
On souhaite faire évoluer un dispositif expérimental existant dont le principe repose sur l’utilisation d’une sonde radiofréquence qui permet d’extraire du coefficient de réflexion mesuré la perméabilité magnétique du matériau recouvrant un objet. La résolution du problème direct à partir de simulations numériques permet d'établir des abaques qui sont exploitées pour résoudre le problème inverse. La sensibilité aux propriétés du matériau, la résolution spatiale et les incertitudes de mesures du dispositif actuel sont limitées par l’antenne. De récentes études ont démontré l’intérêt de l’utilisation d’une sonde à base de jet électromagnétique pour la caractérisation avec une résolution sub-longueur d’onde. Sur la base de ces travaux, l'objectif est de concevoir et réaliser une nouvelle sonde, répondant aux contraintes de performances recherchées. Le/la candidate sera chargé/e des travaux de conception et de simulation puis du suivi de la réalisation des prototypes. Il/elle sera également en charge des campagnes d’essai de ces prototypes sur des objets de référence pour démontrer l’apport par rapport à la solution actuelle. La nouvelle sonde sera ensuite à intégrer dans le moyen et le processus de mesure actuel.
Le déroulement du post-doctorat suivra trois principales étapes. La première consistera à étudier le principe d'antenne à jet électromagnétique et à proposer un concept de sonde adapté au moyen de mesure. Des logiciels de simulations commerciaux seront exploités pour la conception, puis des codes internes pour la validation du prototype retenu. Dans un deuxième temps, la fabrication du prototype sera à suivre puis des essais avec des échantillons de référence permettront de valider le concept. Enfin, l'intégration de la sonde sur le banc et dans la chaine de calcul et d'extraction sera à réaliser.
Suivi in situ 4D de l'évolution microstructurale dans des simulations atomistiques
Les progrès exponentiels du calcul haute performance ont permis le développement de simulations atomistiques à très grande échelle, capables de modéliser des systèmes contenant des milliards, voire des milliers de milliards d’atomes. Cependant, ces simulations génèrent des volumes de données colossaux, rendant le stockage et le post-traitement classiques de plus en plus coûteux et limitants. L’analyse in situ, réalisée directement pendant la simulation, apparaît alors comme une solution essentielle pour réduire le volume de données enregistrées, en ne conservant que l’information pertinente.
Dans ce contexte, le suivi 4D (espace et temps) de l’évolution microstructurale des matériaux soumis à des conditions extrêmes constitue un enjeu scientifique majeur. Les simulations atomistiques offrent une résolution spatiale permettant l’observation détaillée des défauts cristallins tels que les dislocations, le maclage, les lacunes et les pores, qui jouent un rôle clé dans les transformations de phase, la plasticité, la fusion/solidification et l’endommagement des matériaux. Le suivi temporel de ces structures permet d’analyser leurs mécanismes de formation, d’évolution et d’interaction, ainsi que leurs corrélations spatiales et temporelles.
Ce travail s’appuie sur la plateforme de calcul exaNBody et sur une méthode de clustering in situ développée dans le code ExaStamp, basée sur la projection des données atomiques sur une grille eulérienne 3D et leur traitement en temps réel. L’objectif est d’étendre cette approche à une dimension temporelle complète afin de suivre l’évolution des clusters en 4D. Cette extension permettra une analyse dynamique par graphes, offrant un accès aux propriétés temporelles des structures, à leurs trajectoires et à leurs comportements collectifs. À terme, ces avancées contribueront à améliorer la compréhension des mécanismes microscopiques hors équilibre et à développer des modèles prédictifs plus précis en science des matériaux.
Etude de la diode et du tube anodique d’un injecteur à induction
La Direction des Applications Militaires du CEA utilise la radiographie éclair pour caractériser l’état de la matière soumise à des chocs forts ou à une densification importante sous l’effet d’explosifs. Dans de telles conditions extrêmes, le succès des expériences de radiographie éclair nécessite des sources de rayonnement X impulsionnelles de faibles dimensions spatiales (quelques mm), brèves (environ 60 ns), fortement pénétrantes (quelques MeV) et intenses (plusieurs rads). De telles sources sont produites à partir du rayonnement de freinage créé par une impulsion brève et intense d'électrons (plusieurs kA) de haute énergie dans un matériau cible. L’installation radiographique EPURE du CEA exploite deux Accélérateurs Linéaires à Induction (LIA) comme sources de radiographie éclair.
Elaboration et caractérisation d'un composite oxyde/oxyde
Les composites fibreux à matrice céramique (CMC) sont une classe de matériaux qui combinent de bonnes propriétés mécaniques spécifiques (propriétés rapportées à leur densité) à une tenue à haute température (> 1000 °C) même sous atmosphère oxydante. Ils sont généralement constitués d’un renfort fibreux carbone ou céramique et d’une matrice céramique (carbure ou oxyde).
L’étude proposée porte sur la mise au point d’un CMC oxyde/oxyde à matrice faible possédant des propriétés diélectriques, thermiques et mécaniques adaptées.
Cette étude se fera en collaboration avec plusieurs laboratoires du CEA Le Ripault