Nouvelle architecture de pile à combustible (PEMFC) pour le transport lourd décarboné
Ce post-doctorat vise à développer une nouvelle architecture de pile à combustible PEMFC pour décarboner le transport lourd (camions, maritime, ferroviaire, aéronautique). Les PEMFC actuelles nécessitent une hydratation externe pour maintenir leur performance, car leur membrane polymère exige une humidité proche de 100 %. Au-delà de 80 °C, cette gestion de l’eau, en particulier maintenir une hydratation suffisante, devient difficile, limitant leur température de fonctionnement et imposant des systèmes de refroidissement encombrants.
Le CEA a breveté une architecture innovante doublant les entrées/sorties de fluides, permettant un contrôle indépendant des cellules par paires (bicellules). En inversant les gradients thermiques entre anode et cathode, cette approche optimise la circulation interne de l’eau, maximisant son accumulation et réduisant le besoin d’humidificateurs externes. L’objectif est de valider cette architecture via une bicellule instrumentée, opérationnelle d’ici 1 à 2 ans, combinant modélisation, tests expérimentaux et optimisation des paramètres (débits, humidité, pression, gradients thermiques).
Ce projet pourrait aboutir à une nouvelle génération de PEMFC haute température (> 80 °C) sans humidificateur, simplifiant leur intégration dans les applications industrielles. Les résultats pourraient faire l’objet de publications et de brevets.
Tomographie rayon X - neutrons de l’évaporation dans un matériau poreux produit par fabrication additive pour des applications dans les caloducs
L’amélioration de l’efficacité énergétique des systèmes de refroidissement électronique est cruciale dans de nombreux secteurs. Ainsi, le CEA développe une nouvelle technologie de caloduc basée sur l’intégration d’un réseau poreux réalisé par fabrication additive métallique de type fusion laser sur lit de poudre. Ce travail est mené en collaboration entre deux laboratoires du CEA Grenoble, qui vous aideront à développer un banc expérimental dédié à l’imagerie couplée rayons X / neutrons pour caractériser les mécanismes de formation de poche de vapeur dans un poreux imprégné d’un fluide, au contact d’une source chaude. Cette méthode avancée de caractérisation vous permettra de mieux comprendre les phénomènes physiques en jeu et de proposer de nouvelles architectures poreuses pour augmenter les densités de puissance thermique dissipés. Il s’agira donc de prendre en charge les développements expérimentaux, mener les campagnes d’essais sur une ligne de lumière à l’Institut Laue Langevin (ou instrument équivalent à l’étranger) et analyser les résultats.
Post-doctorant·e en chimie séparative – Séparation Actinium/Terres Rares (H/F)
Nous recrutons un·e post-doctorant·e en chimie séparative, expert·e en extraction par solvant (SX), pour un projet de R&D sur la séparation Actinium/Terres Rares. L’Actinium, élément radioactif présent à l’état de traces dans les minerais de terres rares, doit être séparé pour des raisons industrielles et réglementaires. Le projet, mené dans l’installation sécurisée ATALANTE, vise à développer des procédés innovants de séparation, en s’appuyant sur la bibliographie et les propriétés chimiques de l’actinium et des lanthanides.
Le·a candidat·e concevra et réalisera des essais expérimentaux (extractants, conditions opératoires, équilibres de distribution, cinétiques), analysera les résultats (facteurs de séparation, sélectivité) et utilisera des techniques spectroscopiques pour comprendre les mécanismes. Une expérience en chimie de séparation, hydrométallurgie ou extraction liquide-liquide, idéalement en milieu nucléaire, est requise, ainsi qu’une capacité à travailler en laboratoire radiochimique et à valoriser les résultats (brevets, publications).
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.
Etude exploratoire des capacités de production d’actinium 225 dans les réacteurs de recherche et les accélérateurs de particules
L’objectif de ce postdoctorat est d’examiner les différentes voies de production du radioisotope médical 225Ac à partir de l’irradiation de 226Ra dans un réacteur d’irradiation technologique comme le Réacteur Jules Horowitz ou bien dans un accélérateur de particules de type cyclotron ou rhodotron. L’étude vise à déterminer les meilleures conditions (en termes de particule incidente, énergie et cible) de production d’225Ac et les rendements de production correspondant, ainsi que la quantité de contaminants produits.
La première partie du travail sera consacrée à la modélisation des caractéristiques d’irradiation dans les réacteurs de recherche et dans les accélérateurs de particules. Cette partie se fera au Département d’Etude des Réacteurs à l’institut IRESNE du CEA Cadarache. Les modélisations seront réalisées à l’aide de simulations Monte-Carlo utilisant les codes de transport des particules TRIPOLI4® développé par le CEA, et GEANT4 développé par le CERN, ou PHITS développé par la JAEA.
La deuxième partie du travail sera réalisée en étroite collaboration avec plusieurs laboratoires du CEA qui seront susceptibles d’accueillir le post-doctorant au moins ponctuellement afin de l’accompagner dans les étapes suivantes du projet.
L’installation CHICADE de Cadarache en ce qui concerne la conception des cibles : Il s’agira d’identifier les moyens / étapes de fabrication des cibles par électrodéposition à partir du stock de matière contenant le 226Ra.
Les unités spécialisées (DRMP) dans les aspects thermomécaniques des cibles : Il s’agira de réaliser une étude de faisabilité d’irradiation aux ions d’une cible modèle (dans une installation comme JANNuS-Saclay ou GANIL par exemple), avec pour objectif d’évaluer le comportement macroscopique de la cible sous irradiation.
Le laboratoire de radiochimie (installation ATALANTE à Marcoule) pour ce qui concerne les aspects développement et optimisation des processus de séparation chimique.
Dimensionnement robuste et fiable de systèmes énergétiques multi-vecteurs à l'échelle locale
La décarbonation des systèmes énergétiques territoriaux ou industriels passe par une intégration mutli-vecteurs (électricité, chaleur, gaz) et une gestion optimisée des flexibilités (stockages, demandes flexibles). Cependant, les incertitudes sur les données exogènes et celles dues au choix de modélisation limitent la confiance dans les dimensionnements obtenus par des approches classiques (par exemple, modèle Mixed Integer Linear Programming déterministe).
Le post-doctorat vise à évaluer et à améliorer la robustesse, la fiabilité et la finesse des dimensionnements et des KPIs (coût, émissions CO2) face à ces incertitudes. Les travaux du post-doctorat combineront :
- Une analyse comparative d'approches existantes (étude de scénarios, horizon roulant, MPC) par des métriques quantitatives (inspirées, par exemple, de la météorologie : robustesse, fiabilité, finesse).
- L'implémentation d'un cas d'étude pour servir de benchmark, en reprenant des travaux existants et en générant des scénarios et des résultats.
- Le développement d'une approche de dimensionnement réduisant l'impact des incertitudes, avec validation sur des cas d'études réalistes.
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.
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.