Développement d'un procédé de revêtement CVD interne aux gaines de combustibles nucléaires à l'échelle industrielle (4.5m)
Le projet FULL SCALE CVD a pour objectif de démontrer la faisabilité de la synthèse d’un revêtement anti-corrosion dans une gaine de combustible en alliage de zirconium à l’échelle 1 (4,5 m de long). Ce projet fait partie du plan d’action sur l’ingénierie des surfaces du CEA destiné à développer un nombre limité de technologies de revêtements à fort potentiel depuis le stade du laboratoire jusqu’au pilote destiné à une démonstration technologique pré-industrielle. Le revêtement interne des gaines de combustibles a pour objectif de limiter l'interaction pastille-gaine. Cela permet d’une part des cycles de monté et descente en régime plus rapide et donc un contrôle plus fin de la production d’électricité. Cela permet également de limiter les conséquences d'un incident de type Fukushima. Afin de réaliser un dépôt dense, homogène et suffisamment épais, un équipement dédié permettant de recouvrir 6 gaines de 4.5 m simultanément a été développé au CEA. L'objectif du post doctorat est de développer des procédés de revêtement permettant d'atteindre les objectifs en termes de composition, d'épaisseur, d'homogénéité et de densité du film synthétisé. Les revêtements visés sont le Cr2O3 et le CrCx. Le succès de ce projet pourrait aboutir à un transfert de technologie vers les producteurs de gaines de combustible ou à la création d’une start-up.
Développement et déploiement d'une chaine de traitement pour la construction et la maintenance de bases de données de mouvements sismiques
Le projet vise à développer, déployer et appliquer une chaîne de traitement dédiée à la construction et à la mise à jour de bases de données de mouvements sismiques. Ces bases de données constituent un élément essentiel des études d'aléa sismique. Le post-doctorant concevra une chaîne de traitement permettant d'automatiser la récupération, le contrôle qualité, le traitement et l'archivage des enregistrements sismiques issus de différentes sources nationales et internationales. Cette chaîne pourra s'appuyer, lorsque cela est pertinent, sur les avancées récentes en intelligence artificielle et en apprentissage automatique afin d'améliorer certaines étapes du traitement et du contrôle qualité des données. La traçabilité des traitements, la reproductibilité des résultats et la pérennité de l'outil constitueront des exigences majeures du projet. Au-delà du développement méthodologique, le workflow sera appliqué à la constitution et à l'enrichissement de bases de données de mouvements forts destinées aux études menées dans le cadre du programme SIGMA3. Le projet inclura également la production de métadonnées harmonisées et la documentation associée. Les résultats attendus sont un outil opérationnel ainsi que des bases de données enrichies et directement exploitables pour les applications de recherche et d'ingénierie sismique.
BRO-IA-GE : Instrumentation et modélisation d'un broyeur à boulets
Le Laboratoire des Combustibles Uranium de l’Institut de Recherche sur les Systèmes Nucléaires pour la production d’Énergie bas carbone (IRESNE) du CEA Cadarache développe des outils innovants destinés à améliorer la compréhension et la maîtrise des procédés de fabrication des combustibles nucléaires. Dans le contexte de la fermeture du cycle du combustible et du renouvellement des futures installations industrielles, la maîtrise des opérations de préparation des poudres constitue un enjeu stratégique.
Le broyage en broyeur à boulets est une étape clé de la fabrication des combustibles UOX et MOX, car il conditionne l’homogénéité des mélanges ainsi que les propriétés granulaires des poudres avant leur mise en forme. Malgré son importance industrielle, les mécanismes de ce procédé restent encore mal compris en raison de la complexité des mécanismes de fragmentation et des interactions entre particules de propriétés différentes.
Ce post-doctorat vise à développer une compréhension approfondie du broyage à travers une approche combinant instrumentation expérimentale, traitement du signal, analyse de données et modélisation. Le candidat s’appuiera sur une plateforme instrumentée intégrant des mesures d’émission acoustique et d’imagerie rapide, ainsi que sur une base de données expérimentale en cours de constitution sur des matériaux modèles tels que l’alumine.
Une attention particulière sera portée aux systèmes multi-composants afin de mieux comprendre l’influence des propriétés des poudres sur les mécanismes de fragmentation, de mélange et d’homogénéisation. Les résultats alimenteront le développement de modèles prédictifs et d’un jumeau numérique du procédé de broyage pour un suivi en temps réel.
Le candidat développera des compétences en instrumentation avancée, science des matériaux, physique des milieux granulaires, intelligence artificielle et modélisation, valorisables dans de nombreux secteurs industriels manipulant des poudres.
Etude expérimentale et numérique des mécanismes de déformation par fluage d'irradiation
Ce projet post-doctoral vise à mieux comprendre les mécanismes du fluage sous irradiation. Bien que plusieurs hypothèses aient été proposées, leur pertinence reste sujette à débat. Sous irradiation, des défauts atomiques (lacunes, interstitiels) sont créés, diffusent, s’agglomèrent en amas (boucles de dislocations, cavités) ou interagissent avec la microstructure. Des observations récentes en microscopie électronique en transmission (MET) sur de l’aluminium pur sous contrainte à température ambiante ont révélé que les boucles de dislocations interstitielles se forment préférentiellement dans des plans cristallographiques spécifiques, suggérant un mécanisme pouvant expliquer le fluage primaire.
Les objectifs du projet sont les suivants :
- Étudier la croissance et l’orientation des boucles sous irradiation aux électrons à plus haute température. Les expériences, menées au CEMES (Toulouse), seront couplées à des simulations par Monte Carlo cinétique sur objets (OKMC).
- Étendre ces observations aux irradiations aux ions (plus représentatives des irradiations aux neutrons), où les boucles se forment directement dans les cascades de déplacements. Des observations in-situ en MET à JANNuS-Orsay et des simulations de dynamique moléculaire couplées à de l'OKMC seront employées.
- Explorer d’autres mécanismes de fluage, reposant sur les interactions boucles-dislocations, le glissement assisté par la montée et la formation de tours d'hélices, en utilisant le MET et la tomographie électronique.
Optimisation d’une mesure de pyrométrie optique en milieu nucléaire
Ce sujet porte sur l’optimisation d’une mesure de température sans contact par pyrométrie optique multispectrale en milieu nucléaire. L’objectif scientifique est de fiabiliser une chaîne instrumentale capable de mesurer la température d’une gaine de combustible dans des conditions extrêmes, notamment lors d’un accident de perte de réfrigérant primaire. La méthode repose sur la collecte du rayonnement infrarouge émis par la surface étudiée, puis sur son transport par fibres optiques jusqu’à un système de détection multispectral. Un enjeu central est l’estimation simultanée de la température et de l’émissivité, deux grandeurs fortement couplées en pyrométrie. Le travail vise aussi à améliorer la calibration optique, la stabilité des transmissions sur chaque canal et la rapidité d’acquisition des signaux. Une attention particulière est portée à la conception de micro-capteurs et de têtes optiques compatibles avec un environnement pressurisé, irradiant et thermiquement contraint. Le projet inclut l’étude des limites basses de mesure afin d’étendre le domaine d’utilisation du capteur. Des essais en enceinte pressurisée permettront de valider l’étanchéité, la transmission optique et la robustesse métrologique du dispositif. Sur le plan scientifique, ce post-doctorat combine optique, radiométrie, traitement du signal, métrologie et instrumentation en environnement sévère. À terme, cette technologie pourrait être transposée à d’autres expériences nucléaires nécessitant une mesure de température rapide, précise et non intrusive.
Amélioration des performances des interconnecteurs d’Electrolyseur à Haute Température
Les Electrolyseurs à Haute Température (EHT) sont actuellement en développement au CEA pour la production d'hydrogène "vert". Un des composants, l'interconnecteur en acier inoxydable, souffre de deux phénomènes qui diminuent progressivement le rendement de la cellule : l'oxydation de sa surface et la volatilisation de l'oxyde de chrome. Pour ces raisons, des revêtements protecteurs sont développés au CEA et avec des partenaires. Les performances de ces échantillons (oxydation, résistance au courant, …) doivent être évaluées à la fois en contact de l'air, au contact d'un mélange H2/H2O et au contact des 2 atmosphères à la fois de part et d'autre. Le post-doctorat proposé se décline en différentes missions présentées ci-dessous :
* Développement d'un parc expérimental permettant d'évaluer le comportement en oxydation et la résistance surfacique d'échantillons revêtus ou nus dans toutes les conditions environnementales.
* Etude des phénomènes observés par de nombreux moyens de caractérisation disponibles au CEA (MEB, Microscopie Raman, MET, SDL, XPS, DRX …)
* Proposition des mécanismes de dégradation en jeu et identification du revêtement le plus pertinents pour une application industrielle.
Développement d’une instrumentation nucléaire avancée pour la mesure de dose et de contamination sur chantiers de démantèlement
Ce postdoctorat porte sur le développement d’une instrumentation nucléaire avancée pour la mesure de dose et de contamination sur les chantiers de démantèlement.
L’approche repose notamment sur la mesure de radiophotoluminescence en ligne, afin d’obtenir une information radiologique sensible, exploitable en temps réel et adaptée aux environnements contraints.
Un enjeu majeur est de comprendre les mécanismes physiques qui gouvernent cette mesure, depuis la création des défauts induits par irradiation jusqu’à leur lecture optique.
Les défauts liés à l’argent jouent un rôle central, en particulier leur durée de vie, leur stabilité temporelle et leur influence sur la reproductibilité du signal.
La maîtrise des processus d’excitation et d’émission, notamment dans le domaine infrarouge, est essentielle pour améliorer la sensibilité et le rapport signal sur bruit.
Le projet visera à identifier les limites liées aux faibles signaux, au bruit, aux dérives, au vieillissement des composants et aux perturbations propres aux environnements nucléaires.
Il combinera physique des défauts, instrumentation optoélectronique, électronique d’acquisition, métrologie des rayonnements ionisants et traitement numérique du signal.
Des méthodes de filtrage, de correction de dérive, de synchronisation et de détection d’anomalies seront développées pour fiabiliser la mesure en ligne.
La miniaturisation et l’intégration du système seront également étudiées afin de permettre des mesures au plus près des zones d’intérêt.
Les résultats attendus contribueront à la validation expérimentale du dispositif et à la valorisation scientifique du projet par des publications, conférences et encadrements.
Etude de la précipitation dans des gouttes à l’échelle microfluidique des composés MoZr et oxalate d’actinide.
La compréhension des réactions de précipitation intervenant au cours des différentes étapes du procédé de retraitement des combustibles nucléaires usés constitue un enjeu scientifique fort pour assurer la maîtrise de ce procédé dans des conditions optimales.
Dans ce cadre, le projet de recherche post-doctoral est d’étudier, à l’échelle microfluidique, la nucléation d’espèces dans différentes conditions chimiques pour deux systèmes clés :
-D’une part la formation des composés MoZr pour lesquels le but de l’étude est de parvenir à définir les conditions de précipitation et le mode de nucléation afin de limiter leur formation dans le système industriel,
-D’autre part la précipitation de l’oxalate de plutonium pour laquelle l’objectif est d’évaluer l’impact de l’hydrodynamique sur les particules formées.
La dimension microfluidique permettant de mieux contrôler les conditions de mises en œuvre des solutions, il sera essentiel de développer des outils microfluidiques adaptés à l’étude de la précipitation de ces espèces puis de prévoir leur adaptation à un environnement nucléaire tout en les couplant avec différents équipements de caractérisation pour la mise en œuvre d’essais paramétriques (SWAXS, DLS…). Ce travail de nucléarisation et de couplage sera réalisé avec l’aide de spécialistes de ce domaine.
Prototypage et caractérisation électrochimique de batteries tout-solide
Titulaire d’un doctorat en électrochimie, science des matériaux, chimie ou génie des procédés, le/la post-doctorant(e) contribuera, en étroite collaboration avec les partenaires du projet, au développement de procédés de fabrication et au prototypage de cellules de batteries tout-solide de 4? génération (Li/NMC riche en Ni) et de 5? génération (Li/Soufre).
Les travaux porteront sur la mise en forme des électrodes et l’assemblage de cellules tout-solide, en s’appuyant sur des procédés tels que l’enduction, l’extrusion, ainsi que des voies alternatives incluant l’impression 3D. Les procédés seront optimisés afin de réaliser des cellules prototypes (pile bouton et format sachet souple), de capacité allant jusqu’à 1 Ah, intégrant des interfaces optimisées. Ces cellules seront ensuite testées électrochimiquement afin d’évaluer leurs performances (capacité spécifique, efficacité coulombique, stabilité au cyclage).
La majorité des travaux expérimentaux sera réalisée en environnement contrôlé (salle anhydre), avec des étapes régulières de caractérisation des électrodes et des cellules développées. Les missions principales seront :
- Contribuer à la définition des plans d’essais à partir des données internes et de l’état de l’art,
- Développer et optimiser les procédés de fabrication d’électrodes et de cellules tout-solide,
- Réaliser et tester des cellules prototypes Gen4b et Gen5,
- Evaluer les performances électrochimiques et analyser les résultats obtenus,
- Mettre en forme et présenter les résultats de manière claire et synthétique,
- Proposer des axes d’amélioration, contribuer au bon fonctionnement du laboratoire, respecter les règles de sécurité et de qualité,
- Valoriser les travaux de recherche par des publications, communications scientifiques et dépôts de brevets.
Algorithmes robustes de continuation pour la simulation par éléments finis de la fissuration dans des milieux hétérogènes complexes : application aux structures en béton armé
Les procédures de "path-following" (ou de continuation) sont utilisées pour décrire les réponses instables de structures présentant des phénomènes de snap-back ou snap-through. Ces méthodes consistent à adapter la charge externe au cours de la déformation afin de satisfaire une contrainte de pilotage, en introduisant une inconnue supplémentaire, le multiplicateur de charge. Plusieurs variantes existent selon la grandeur pilotée : combinaisons de degrés de liberté, mesures de déformation ou variables liées à la dissipation d’énergie.
En plus du suivi de réponses instables, un intérêt majeur de ces approches réside dans l’amélioration de la convergence des solveurs incrémentaux de type Newton, en réduisant le nombre d’itérations nécessaires. Ce gain compense souvent le coût supplémentaire lié à l’algorithme de continuation. Certaines formulations se sont révélées efficaces et simples à implémenter.
Cependant, aucun critère objectif ne permet encore de choisir la plus adaptée à la simulation de structures en béton armé, où coexistent plusieurs mécanismes de dissipation et une forte variabilité spatiale des propriétés du matériau.
Le travail postdoctoral proposé visera à développer des algorithmes de "path-following" robustes pour ces structures, à partir des recherches antérieures menées au CEA. Il comprendra une analyse critique des formulations existantes, une évaluation de leurs performances (solveurs monolithiques ou partitionnés), puis leur implémentation. Enfin, des cas tests représentatifs de structures industrielles seront simulés afin d’évaluer le gain en robustesse et en coût de calcul par rapport aux solveurs classiques.