TRAITEMENT D’EFFLUENTS ORGANIQUES RADIOACTIFS
Le projet ECCLOR (Projet labellisé ’Investissement d’Avenir’) vise à trouver un exutoire aux effluents organiques radioactifs actuellement sans filière. L’une des stratégies étudiées consiste à rendre les effluents compatibles avec les exutoires existants grâce à une décontamination préalable par percolation au travers d’une colonne d’adsorbant. Il est donc nécessaire de synthétiser des matériaux extractants sélectifs de radioéléments cibles qui puissent être utilisés en colonne.
Des études sont actuellement menées au CEA pour améliorer le traitement des effluents aqueux radioactifs en développant des procédés capables d’atteindre « le rejet zéro » tout en produisant un minimum de déchets. L’enjeu du projet ECCLOR est de transposer ces travaux à des solvants organiques contaminés présentant des compositions radiologiques et des propriétés rhéologiques variées.
Un premier contrat post-doctoral a été dédié au développement de matériaux dédiés à cette application. Ainsi, de nombreux supports inorganiques (silices, géopolymères, alumines…) ont été envisagés pour décontaminer ces effluents organiques. Les performances des différents matériaux développés au cours de travaux précédents sont optimisables en termes de capacité en actinides et sélectivité vis-à-vis des ions compétiteurs. En particulier, l’étude des performances des matériaux existants doit être se poursuivie sur des LORs simulés plus complexes, avec les adaptations de méthode analytique nécessaires.
Ce projet de recherche s'adresse à un post-doctorant souhaitant développer ses compétences en chimie analytique, compréhension de mécanismes d’extraction et ouvrir de nouvelles perspectives pour la gestion de déchets radioactifs. Il sera mené dans le cadre d’une collaboration entre deux laboratoires du CEA Marcoule : le Laboratoire de Formulation et de Caractérisation des Matériaux minéraux et le Laboratoire des Procédés Supercritiques et de Décontamination.
Etude à l'échelle atomique de l'interaction dislocation-défauts ponctuels dans le combustible UO2
Le dioxyde d’uranium (UO2) constitue le principal combustible utilisé dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP). En fonctionnement normal sous irradiation, le comportement mécanique et microstructural de l’UO2 évolue en raison de l’accumulation de défauts ponctuels (lacunes, interstitiels, amas de défauts) générés par les évènements de fission nucléaire. Ces défauts modifient le comportement thermo-mécanique du matériau, notamment par leur interaction avec les dislocations, influençant ainsi la plasticité, la relaxation des contraintes et, in fine, l'intégrité du combustible.
Une compréhension fine des mécanismes élémentaires gouvernant ces interactions est essentielle pour améliorer la modélisation du comportement mécanique du combustible irradié. En particulier, l’impact des défauts ponctuels sur la mobilité des dislocations reste un enjeu clé pour affiner les lois de comportement utilisées dans les outils de simulation multiéchelle de la plateforme PLEIADES, dédiés à la prédiction du comportement du combustible dans différentes conditions de fonctionnement (nominales, transitoires, accidentelles).
L’objectif de cette étude est donc d’analyser, à l’échelle atomique, les interactions entre dislocations et défauts ponctuels dans l’UO2 afin de quantifier leur influence sur les mécanismes élémentaires de plasticité. À cette fin, des calculs de dynamique moléculaire seront réalisés pour étudier l’effet de différents types de défauts ponctuels (ex : paires de Frenkel) sur la mobilité des dislocations en fonction de paramètres clés tels que la température et la contrainte appliquée. Ces travaux permettront d’extraire des lois de mobilité des dislocations en présence de défauts, qui serviront de données d’entrée pour les modèles micromécaniques utilisés dans les simulations à plus grande échelle, notamment celles mises en œuvre dans la plateforme PLEIADES.
Développement d'une nouvelle génération d'adhésifs polymères réversibles
Les adhésifs polymères sont des systèmes généralement réticulés utilisés pour lier deux substrats durant toute la durée de vie d’un assemblage pouvant être multimatériau et ce pour de multiples applications. En fin de vie, la présence d’adhésifs rend difficile la séparation des matériaux ainsi que leur recyclage, du fait de la difficulté de détruire la réticulation de l’adhésif sans traitement chimique ou thermique agressif également pour les substrats liés.
Dans ce cadre, le CEA développe des adhésifs à recyclabilité augmentée, et ce via l’intégration de la recyclabilité dans les structures chimiques dès la synthèse des réseaux polymères. Une première approche consiste à intégrer à des réseaux polymères des liaisons dynamiques covalentes, échangeables sous stimulus généralement thermique (par exemple des vitrimères). Une seconde consiste à synthétiser des polymères dépolymérisables sous un stimulus spécifique (polymères auto-immolables) ayant la capacité de réticuler.
Dans ce contexte, le.a post-doctorant.e développera 2 réseaux utilisables en tant qu’adhésif à recyclabilité augmentée. Un premier réseau se basera sur une chimie dépolymérisable sous stimulus déjà développée sur des chaines linéaires de polymère, devant être transposée à un réseau. D’autre part, un second réseau vitrimère sera synthétisé sur la base de travaux précédents au CEA. L’activation de l’échange de liaisons dans ce réseau se fera via un catalyseur dit photolatent, activable par UV et permettant d’obtenir un adhésif à stimulus UV et thermique. Le choix, la synthèse de ces catalyseurs et leurs impacts sur l’adhésif seront l’objet de l’étude réalisée. Les catalyseurs obtenus pourront également être utilisés comme déclencheurs de la dépolymérisation du premier système dépolymérisable sous stimulus.
Impact de la microstructure dans le dioxyde d’uranium sur de l’endommagement balistique et électronique
Lors de l'irradiation en réacteur, les pastilles de combustible subissent des modifications microstructurales. Au-delà de 40 GWd/tU, une structure High Burnup Structure (HBS) apparaît en périphérie, où les grains initiaux (~10 µm) se subdivisent en sous-grains (~0.2 µm). Près du centre, sous haute température, des sous-grains faiblement désorientés se forment. Ces évolutions résultent de la perte d'énergie des produits de fission, générant des défauts tels que dislocations et cavités. Pour étudier l'effet de la taille des grains sur ces dommages, des échantillons de UO2 nanostructurés seront synthétisés au JRC-K par frittage flash. Des irradiations ioniques seront menées à JANNuS-Saclay et GSI, suivies de caractérisations (Raman, MET, MEB-EBSD, DRX). Le postdoctorat se déroulera au JRC-K, CEA Saclay et CEA Cadarache sous encadrement spécialisé.
Modélisation du dispositif d'irradiation MADISON du RJH
Le Réacteur Jules Horowitz (RJH), en cours de construction sur le site du CEA de Cadarache, aura pour objectifs de réaliser les irradiations de matériaux et combustibles en soutien à la filière nucléaire française et internationale et également de produire des radio éléments à usage médical. Pour mener à bien ses missions, le réacteur comportera de nombreux dispositifs expérimentaux. En particulier, le dispositif MADISON, qui est actuellement en cours de conception, permettra d’irradier 2 ou 4 échantillons combustibles en conditions nominales stationnaires ou en transitoires opérationnels. La boucle est représentative des conditions de fonctionnement des réacteurs à eau légère et fonctionne en convection forcée monophasique et diphasique.
L’objectif du Post-Doc consiste à modéliser précisément le dispositif MADISON et l'ensemble des échanges de chaleur associés afin de contribuer à la détermination du bilan thermique d'ensemble au cours de l’essai et d'améliorer ainsi la précision sur la détermination de la puissance linéaire imposée aux échantillons. Dans cet objectif, une modélisation couplée thermique (décrivant les crayons combustibles, les structures du dispositif) / thermohydraulique CFD (décrivant le caloporteur) sera établie à l'aide du code NEPTUNE_CFD/SYRTHES. La validation de la modélisation sera effectuée sur la base des résultats acquis dans le cadre d’une modélisation similaire réalisée sur les dispositifs mono-crayon ISABELLE-1 et ADELINE des réacteurs OSIRIS et RJH. La démarche proposée s'intègre dans la logique de développement de jumeaux numériques des dispositifs expérimentaux du RJH.
Passivation de cellules tandem silicium/pérovskite avec des MOF
Afin d'améliorer la stabilité des dispositifs en fonctionnement, nous prévoyons d'intégrer des structures métallo-organiques de différentes sources dans des cellules solaires tandems Si/PVK, de caractériser les modifications des matériaux à l'aide de différentes techniques (XRD, SEM, photoluminescence, etc...) et de réaliser des études de vieillissement des dispositifs complets en suivant les dernières normes recommandées ISOS-L2 (lumière plus température) et ISOS-LC (cycle de la lumière).
Mesure in-situ de la composition de liquide par holographie numérique en ligne
Cette offre de postdoctorat fait partie du projet ANR ATICS (Imagerie tri-dimensionnelle avancée de systèmes particulaires complexes), qui vise à développer un ensemble d'outils et de méthodes avancées pour la modélisation et la reconstruction d’hologrammes, afin de décupler les capacités pratiques de l'imagerie tridimensionnelle par holographie numérique en ligne. Il s'agit d'un projet de recherche collaboratif d’une durée de quatre ans, mené par quatre laboratoires universitaires, du CNRS, de grandes écoles et du CEA. Dans ce cadre, l'objectif des travaux de postdoc est d'apporter des connaissances et des données physiques aux autres membres de l’équipe, ainsi que de démontrer l’apport des développements théoriques et numériques réalisés dans ATICS dans deux domaines de recherche sur lesquels les partenaires sont régulièrement impliqués : les écoulements multiphasiques et les procédés de recyclage. Pour ce faire, il s'agira de développer de nouveaux dispositifs expérimentaux de mesure de la composition de liquides en exploitant le potentiel de l’holographie numérique en ligne à différentes échelles, depuis la microfluidique jusqu’à l’étude des sprays en lévitation acoustique. Les travaux seront conduits en relation étroite avec les équipes du laboratoire IUSTI de l'Université d'Aix-Marseille.
Etude thermochimique et thermodynamique des sels fondus chlorures
L’accès à une énergie propre et peu coûteuse semble plus que jamais primordial dans le contexte actuel d’urgence climatique. Plusieurs pistes sont envisagées depuis plusieurs années déjà mais de nombreux verrous technologiques restent à lever pour les concrétiser, tant elles représentent des ruptures technologiques. Que ce soit pour le stockage d’énergie ou les réacteurs nucléaires de 4ème génération, le milieu sel fondu utilisé comme caloporteur et/ou comme combustible est fortement corrosif rendant le choix des matériaux de structure très complexe.
L’objectif du sujet de post-doctorat proposé au sein du Service de Corrosion et du Comportement des Matériaux (S2CM) consiste en une étude approfondie des propriétés chimiques de différents chlorures fondus : le sel ternaire de base (NaCl-MgCl2-CeCl3) mais également celles des potentiels produits de corrosion/ de fission/ d’activation (MxCly avec M=Cr, Fe, Te, Nd, Ni, Mo,…). Les coefficients d’activités et les limites de solubilité de ces éléments métalliques seront déterminés à l’aide de différentes techniques telles que l’électrochimie et la spectrométrie de masse en cellule d’effusion de Knudsen. Cette étude pourra être complétée, en fonction des besoins, par la détermination des températures de transition de phase et des capacités thermiques en utilisant la calorimétrie à balayage différentiel
Traitement de signaux de détecteurs gamma ultra-rapides par Machine Learning
Au sein du projet ANR AAIMME dédié à l'imagerie médicale par Tomographie à Émission de Positrons (TEP), nous proposons un post-doctorat de 24 mois qui s’intéressera principalement au traitement des signaux du détecteur ClearMind conçu au CEA-IRFU. Les développements du détecteur ont été effectués dans l’objectif d’obtenir une datation précise des interactions ayant lieu dans la zone sensible. Ils consistent en des détecteurs scintillateurs PbWO4 couplés à un photomulitplicateur dans une galette à microcanaux, dont les signaux sont numérisés par des modules d’acquisition rapide SAMPIC. L’intérêt principal de cette conception réside en l’exploitation des photons rapides Cherenkov et des photons de scintillation pour reconstruire le plus précisément possible les interactions dans le cristal.
Une des principales difficultés réside dans l’analyse des signaux produits par le détecteur : la complexité et l’intrication des signaux nécessitent un traitement dédié.
L’objectif de ce post-doctorat est donc d’élaborer des algorithmes de Machine Leaning de confiance afin de reconstruire les paramètres de l’interaction gamma dans le détecteur avec la plus grande précision possible à partir des signaux détecteurs.
Development d'électrolytes innovants pour les batteries Na-ion à forte puissance
Le post-doc s'inscrit dans le cadre du projet PEPR Battery Hipohybat. Il vise à développer des batteries Na-ion de forte puissance en étroite collaboration avec des partenaires académiques tels que le Collège de France et l'IS2M. La conductivité des ions Na+ au cœur de l'électrolyte, ainsi qu'à l'interface électrode-électrolyte (EEI), sont les deux critères majeurs qui doivent être optimisés pour permettre le développement de cellules Na-ion à charge rapide.
La première stratégie pour augmenter la conductivité globale consistera à utiliser des co-solvants moins visqueux, tels que les éthers ou les nitriles. Cependant, ces solvants présentent une mauvaise stabilité électrochimique. Par conséquent, dans un premier temps, l'impact de leur ajout dans différentes proportions sera étudié pour (i) déterminer leurs fenêtres de stabilité électrochimique et (ii) analyser leur comportement de solvatation/désolvatation, ce qui est essentiel pour leurs tenues en puissance. Les contreparties fluorées des co-solvants les plus prometteurs seront également étudiées pour améliorer la stabilité en oxydation et permettre la formation d'une interphase solide electrolyte stable à l'électrode négative.
La deuxième approche se concentrera sur l'identification des additifs qui conduisent à des interphases « non résistives ». Des additifs commerciaux et des additifs synthétisés en interne seront étudiés à cette fin. En ajustant les trois composants de l'électrolyte ensemble, de nouvelles formulations seront développées pour atteindre un meilleur compromis entre la cinétique rapide des ions Na?.