Séparation cryogénique d'un mélange de gaz

L'exploitation d'une installation nucléaire au sein du CEA Valduc nécessite de mettre en oeuvre un procédé cryogénique pour séparer des espèces présentes dans un mélange gazeux. Le point notable est que le procédé doit permettre de séparer des espèces en très faible concentration, et sous différentes formes chimiques. Le procédé fait actuellement l'objet d'étude, et un prototype a été développé par le CEA sur le site de Grenoble. Le sujet de post-doctorat proposé consiste à participer à des essais sur le pilote et aux moyens d'analyses associées, puis de traiter les résultats obtenus. Le candidat s'insérera dans une équipe pluridisciplinaire, sur un sujet mêlant à la fois du génie des procédés, de la thermique / cryogénie et de l'analyse chimique d'éléments à l'état de trace. Les résultats obtenus sur les analyses de gaz à l'état de trace pourront être valorisés par des communications scientifiques.

L'objectif du post-doctorat sera de réaliser des essais de séparation sur le pilote. A ce titre, il sera amené à se rendre régulièrement sur le site du CEA Grenoble (lieu où se trouve le pilote) pour réaliser des campagnes d'essais. Le candidat travaillera également sur une thématique analyse, avec la mesure de composés à l'état de trace dans une matrice gazeuse. Une analyse des résultats sera ensuite réalisée, et suivie de la rédaction de documents scientifiques tels que des rapports et des communications scientifiques. L'ensemble des résultats devra permettre de définir de manière plus précise la faisabilité de la séparation envisagée et l'exploitation de ce procédé dans un environnement nucléaire.

Dans le cadre de ses missions, il est attendu du post-doctorant les qualités suivantes : capacité d'adaptation, travail en équipe, rigueur et capacité à rendre compte.

Phénoménologie des interactions de plasmas en milieu liquide : application à la fabrication de matériaux pour les cibles laser

Le CEA mène des expériences de Physique sur le Laser Méga Joule mettant en œuvre des cibles constituées de matériaux de nature et géométrie adaptées à la classe d'expériences. Dans ce contexte, le CEA poursuit des développements sur la synthèse de mousses métalliques obtenues par plasma électrolytique basse tension.
Après application d'une tension suffisante entre deux électrodes plongées dans une solution aqueuse, un plasma (streamer) est généré dans le liquide. Une mousse métallique ultralégère et nano-structurée se forme à la cathode. Ce procédé permet la fabrication de matériaux métalliques mésoporeux de faible masse volumique apparente.
Deux thèses ont montré que les paramètres primaires de synthèse des mousses influencent la structure des mousses. Il s'avère que la réduction des cations métalliques s'effectue au sein du plasma ce qui explique que la cristallisation de la mousse reproduit la morphologie du streamer. Le sujet consiste à modéliser les différentes étapes physiques du procédé et confronter ces résultats numériques aux caractérisations qui seront effectuées par GDOES, caméra rapide,etc, à l'Institut Jean Lamour de Nancy.

Influence de la largeur de bande et de la longueur d'onde du laser sur les instabilités paramétriques

Dans le cadre du projet Taranis initié par Thales et supporté par BPI France et en collaboration avec de nombreux partenaires scientifiques tels que le CEA/DAM, le CELIA et le LULI, un travail de dimensionnement d'une cible et d'un laser destiné à la production d'énergie en attaque directe va avoir lieu. Un prérequis à ce travail, est de comprendre les mécanismes d'interaction laser-plasma qui vont se produire lors du couplage du laser avec la cible. Ces mécanismes délétères pour la réussite des expériences de fusion peuvent être régulés par l'utilisation de laser dits « large-bande ». En outre, le choix de la longueur d'onde laser utilisée pour le dimensionnement de la cible et de l'architecture laser doit être défini. L’objectif du stage est d'étudier la croissance et l'évolution de ces instabilités (Brillouin, Raman) en présence de lasers « large bande » à la fois d'un point de vue expérimental que simulation, et ainsi de pouvoir définir les conditions lasers permettant de réduire ces instabilités paramétriques.

Analyse de l'endommagement sur chaîne des optiques de fin de chaine du laser Megajoule (LMJ)

Afin de préparer la montée en puissance du laser Megajoule (LMJ), des campagnes laser sont réalisées sur quelques quadruplet LMJ. Une première campagne s'est tenue en 2021, une seconde s'est tenue en novembre de cette année et d'autres suivront. Il s'agit pour chacune d'elle de tester de manière progressive la capacité du laser à atteindre les points visés grâce aux équipements de dernière génération disponibles et aux modèles physique numériques mis à jour, et dont on désire valider la bonne prédiction. Chaque campagne (une dizaine de tirs lasers) nécessite l'analyse d'une masse importante de données acquises par l'ensemble des diagnostics lasers et par une caméra permettant le suivi tir à tir des optiques de fin de chaine du laser. Ces données acquises sur chaîne sont complétées par des mesures base arrière avant et après campagne. L'objectif est à chaque fois de determiner la résistance sur chaîne des optiques et leur bonne adéquation avec les modèles. L'objectif du post-doctorat est de mener l'analyse d'endommagement sur chaine associée à ces campagnes et celles à venir.

détection d’événements répétitifs et application à la crise sismique turque de février 2023

La technique de corrélation, ou template matching, appliquée à la détection et l’analyse des événements sismiques a démontré sa performance et son utilité dans la chaîne de traitements du Centre National de Données du CEA/DAM. Malheureusement, cette méthode souffre en contrepartie de limitations qui bride son efficacité et son utilisation dans l’environnement opérationnel, liées d’une part au coût calcul d’un traitement massif des données, et d’autre part au taux de fausses détections que pourrait engendrer un traitement bas niveau. L’utilisation de méthodes de dé-bruitage en amont du traitement (exemple : deepDenoiser, par Zhu et al., 2020), pourrait de surcroît accroître le nombre de détections erronées. La première partie du projet de recherche consiste à fournir une méthodologie visant à améliorer les performances en temps de traitement du détecteur de multiplets, en faisant notamment appel aux techniques d’indexation de l’information élaborées en collaboration avec le LIPADE (méthode L-MESSI, Botao Peng, Panagiota Fatourou, Themis Palpanas. Fast Data Series Indexing for In-Memory Data. International Journal on Very Large Data Bases (VLDBJ) 2021). La seconde partie du projet porte sur le développement d’un outil de « filtrage » des fausses détections de type auto-encodeur construit par apprentissage statistique. La crise sismique Syrie-Turquie de février 2023, dominée par deux séismes de magnitude supérieure à 7,0, servira de base de données d’apprentissage pour cette étude.

Conception de filtres de réception assistée par machine learning

Le CEA réalise des essais en vol d'objets spatiaux munis d'antennes pour réaliser des fonctions spécifiques relatives aux expérimentations embarquées sur les objets. Ces objets conçus par le CEA doivent fonctionner dans des environnements électriques, mécaniques et climatiques sévères ce qui demande un recours à des conceptions utilisant des technologies particulières, parfois en rupture. En particulier, la fonction de filtrage RF en réception nécessite des composants robustes mécaniquement et d'encombrement réduit tout en assurant des performances électriques exigeantes. La technologie SIW (Substrate Integrated Waveguide) permet d'accéder à tel compromis.
L'évolution des techniques de fabrication additive a rendu la fabrication de composants en technologie SIW de plus en plus accessible. Le SIW consiste à réaliser un guide d'onde électromagnétique au sein d'un substrat de circuit imprimé radiofréquence (RF). Cela permet de profiter des avantages liés à la propagation en guide d'onde volumique (faibles pertes notamment) sans compromettre l'intégration circuit. La conception de guides d'ondes SIW et de composants dérivés (comme les filtres à cavités) est cependant plus complexe du fait d'un plus grand nombre de variables physiques mises en jeu dans les modèles électromagnétiques. Un stage de fin d'études de 6 mois ayant abouti à la mise au point de méthodes de conception de filtres SIW a permis de mettre en exergue les difficultés liées à la conception de composants en SIW. Parmi les difficultés rencontrées, les couplages non-triviaux entre certaines variables de conception ont été mentionnés, et c'est précisément dans ce type de situation qu'il peut être intéressant d'évaluer l'apport de méthodes issues du domaine de l'IA. Ce contrat post-doctoral propose ainsi de concevoir des outils d'aide à la conception de filtres en technologie SIW basés sur l'entraînement de réseaux de neurones artificiels (Artificial Neural Network - ANN).

Caractérisation d'écoulements réactionnels sur hydrures de palladium

Le stockage et la mise en œuvre des isotopes de l'hydrogène est une brique technologique cruciale au développement de la fusion thermonucléaires contrôlée. A ce titre, le palladium, matériau de référence pour le stockage d'hydrogène, permet d'étudier en amont les phénomènes physico-chimiques avant leur application industrielle. Le CEA dispose d'atouts majeurs concernant les technologies hydrogène (piles à combustible, stockage, électrolyse) et est acteur de référence de la recherche employant les isotopes de l'hydrogène (deutérium et tritium) pour des applications de fusion.
Le post-doctorat vise à étudier la dynamique d'écoulements réactionnels au sein d'une colonne contenant de la poudre de palladium et soumis à un flux gazeux d'hydrogène ou de deutérium. Cet écoulement réactionnel fait intervenir la cinétique des réactions solide/gaz, de la mécanique des fluides au sein d'un milieu granulaire, des phénomènes thermiques transitoires et nécessite une parfaite maitrise des conditions expérimentales et des instrumentations associées. Le laboratoire dispose de plusieurs bancs d'étude permettant de faire varier les paramètres d'intérêt (débits, pressions, températures, isotopie, granulométrie de la poudre, porosité du lit de palladium...) tout en étant couplé à des moyens d'analyse en ligne (sonde Raman) ou hors ligne (Mass Spectrometry, MS). Le couplage du banc d'étude avec un nouveau moyen d'analyse en ligne à haute résolution temporelle (HRMS) est un des objectifs majeurs de cette étude.

Evolution des codes ISAAC et Xpn pour une extension de la méthode QRPA au traitement complet des noyaux impairs ; vers une base de données sans interpolation pour les noyaux impairs

Le traitement explicite des noyaux à isospin impair dans les approches microscopiques se limite pour l’instant à l’approximation dite du « blocking ». Dans l’approche Hartree-Fock Bogolyubov (HFB), l’état fondamental d’un noyau de masse impaire est décrit comme une excitation à une quasi-particule (qp) sur son vide de référence. Ainsi, dans l’approche QRPA, où les excitations de base sont des états «?à 2 quasi-particules?», la qp bloquée est exclue de l’espace de valence en vertu du principe d’exclusion de Pauli?; principe applicable aux quasi-particules qui sont des fermions. En conséquence, la qp choisie est spectatrice et ne participe pas aux états collectifs QRPA. Certains niveaux où le nucléon célibataire devrait avoir une contribution significative seront alors soit mal, soit pas du tout, reproduits. La mise au point dans les codes QRPA (ISAAC et Xpn) d’une procédure qui permette à tous les nucléons de participer aux états collectifs est donc d’importance capitale pour une description microscopique des noyaux impairs, préférable à une simple interpolation entre noyaux pairs. De plus, des développements récents de Xpn ont permis la description des décroissances ß- premières interdites, ce qui améliore l’estimation de temps de demi-vie des fragments de fission. Ceci pourrait être étendu afin de traiter également les décroissances ß+ et les captures électroniques. Couplée avec un meilleur traitement des noyaux impairs, cette approche pourrait être adaptée aux calculs à grandes échelles, utiles également pour l’astrophysique nucléaire. 

Plasticité cristalline en Dynamique Moléculaire classique et passage à l'échelle mésoscopique

Grâce aux nouvelles architectures des supercalculateurs, les simulations de dynamique moléculaire classique (DM) entreront bientôt dans le domaine du millier de milliard d’atomes, jamais atteint jusque là, devenant ainsi capables de représenter la plasticité des métaux à l’échelle du micron. Pour autant, de telles simulations génèrent une quantité considérable de données et la difficulté réside désormais dans leur exploitation, afin d'en extraire les ingrédients statistiques pertinents pour l’échelle de la plasticité « mésoscopique » (échelle des modèles continus).
L'évolution d'un matériau est complexe car elle dépend de lignes de défauts cristallins très étendues (les dislocations) dont l’évolution est régie par de nombreux mécanismes. Afin d'alimenter les modèles aux échelles supérieures, les grandeurs à extraire sont les vitesses et la longueur des dislocations, ainsi que leur évolution au cours du temps. L’extraction de ces données peut se faire par des techniques d'analyse spécifique basées sur la caractérisation de l'environnement local ('distortion score', 'local deformation'), a posteriori ou in situ au cours de la simulation. Enfin, les outils du machine learning peuvent intervenir afin d’analyser la statistique obtenue et d’en extraire et synthétiser (par réduction de modèle) une description minimale de la plasticité pour les modèles aux échelles supérieures.

Conception d'une chaîne de radiographie par contraste de phase à haute énergie

Dans le cadre d’expériences d’hydrodynamique réalisées au CEA-DAM, le laboratoire cherche à radiographier en imagerie X impulsionnelle des objets épais (plusieurs dizaines de mm), constitués de matériaux peu denses (de l'ordre de 1 g/cm3), à l'intérieur desquels se propagent des ondes de choc à des vitesses très élevées (plusieurs milliers de m/s). Pour ce type d'application, il est nécessaire d'utiliser des sources de rayons X énergétiques (au-delà de 100 keV). L’imagerie par rayons X conventionnelle, qui fournit un contraste lié à des variations de sections efficaces d’absorption, s’avère insuffisante pour capter les faibles variations de densité attendues lors du passage de l'onde de choc. Une étude théorique menée récemment au laboratoire a montré que l'exploitation complémentaire de l’information contenue dans la phase du rayonnement X devrait permettre une meilleure détectabilité. L'objectif du post-doctorat est d'apporter une preuve de concept expérimentale à cette étude théorique. Pour une plus grande facilité de mise en œuvre, le travail portera principalement sur le dimensionnement d'une chaîne de radiographie statique, où la cible est immobile et la source émet un rayonnement X continu.
Dans un premier temps, le(a) candidat(e) devra caractériser finement le spectre de la source de rayons X retenue ainsi que la réponse du détecteur associé. Dans un second temps, il (elle) s'attachera à concevoir et faire fabriquer les réseaux d'interférences adaptés à la mesure de phase haute énergie, ainsi qu’une maquette représentative des futurs objets en mouvement à caractériser. Enfin, l'étudiant(e) réalisera des mesures radiographiques qu'il (elle) comparera aux simulations prévisionnelles. Il est souhaitable que l'étudiant(e) ait de bonnes connaissances dans le domaine de l’interaction rayonnement matière et/ou en optique physique et géométrique. La maîtrise de la programmation orientée objet et/ou des langages Python et C++ serait un plus.

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