Criblage haut-débit de matériaux semi-conducteurs par PVD
Les pérovskites d'halogénure de plomb constituent une classe de matériaux semiconducteurs émergente qui démontre d’un fort potentiel applicatif pour le photovoltaïque. Malgré leurs performances prometteuses, les craintes liées au rejet de plomb toxique dans l'environnement restent un frein majeur au développement à grande échelle de cette technologie.
Ce projet de 24 mois vise à optimiser le procédé de croissance de couches minces de doubles pérovskites sans plomb par PVD (Physical Vapor Deposition) pour une application en photovoltaïque. Une approche à haut-débit sera mise en place pour cette étude, à la fois au niveau du procédé de croissance que de la caractérisation des couches.
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.
Nouveaux alliages concentrés (HEA/CCA) pour des applications nucléaires : Résistance à la corrosion en sel fondu et à l’irradiation
Ce post-doctorat s’inscrit dans le cadre du programme national PEPR DIADEM, projet DIAMS (Métallurgie Numérique), dont l’objectif est d’accélérer la découverte de nouveaux matériaux en associant conception numérique et évaluation expérimentale. Les travaux portent sur le développement de matériaux destinés aux futurs réacteurs à sels fondus (MSR), dont le développement dépend fortement de la mise au point d’alliages capables de résister simultanément à la corrosion en sels fondus et à l’irradiation. Dans ce contexte, certaines familles d’alliages concentrés HEA-CCA (High Entropy Alloys ou Complex Concentrated Alloys) se distinguent par des performances supérieures à celles des matériaux conventionnels, notamment les aciers inoxydables austénitiques, en particulier vis-à-vis de la corrosion en sels fondus et des effets de l’irradiation.
Le ou la post-doctorant(e) interviendra en aval d’un projet de conception numérique d’alliages HEA-CCA mené à l’IMN (Nantes). Ce projet a permis d’identifier plusieurs compositions prometteuses, élaborées ensuite par métallurgie conventionnelle, puis caractérisées pour leur résistance à la corrosion en sels fondus et à l’irradiation aux ions sur la plateforme JANNuS Saclay. Jusqu’à présent, les essais ont été réalisés de façon séquentielle.
Dans le cadre du post-doc, un dispositif unique de corrosion in situ en sels fondus, nommé JANNuSel, sera opérationnel sur la plateforme JANNuS Saclay début 2026. Il permettra de tester le comportement sous corrosion et irradiation simultanées à la fois des alliages précédemment optimisés et élaborés par métallurgie conventionnelle, mais également d’alliages complémentaires élaborés par fabrication additive sur la plateforme SAMANTA.
Le poste est basé au CEA Saclay, au sein d’un environnement scientifique particulièrement riche. Le ou la post-doctorant(e) travaillera en interaction étroite avec l’IMN et les Mines Saint-Étienne.
Calcul HPC Adapté à la Logique Event-based pour le Transport
La méthode Monte Carlo est employée en physique des réacteurs pour obtenir des distributions de flux dites de référence. Le code TRIPOLI-5, actuellement en cours développement au CEA est une application basée sur cette méthode. Avec l’arrivée des futures machines avec une architecture matérielle accélérée (CPU+GPU) comme la machine exaflopique Alice Recoque, il est essentiel de revoir certains aspects de ces codes pour tirer partie du matériel. Dans le cadre de TRIPOLI-5, des travaux précédents ont permis de
déporter le calcul de l’élargissement Doppler des sections efficaces à la température du matériau sur GPU. Néanmoins, le transport lui-même reste sur CPU.
Dans cette proposition de travaux exploratoires, nous proposons de développer une maquette d’un code Monte Carlo simplifié basé sur du transport sur GPU. Ceci demandera notamment de changer l’algorithme : en effet actuellement, l’algorithme est dit « history-based » où l’on s’intéresse à la vie d’une particule de sa naissance à sa disparition. Afin d’exposer plus de parallélisme, il est opportun d’employer un algorithme « event-based », où l’on s’intéresse à un même type d’évènement dans l’histoire d’un ensemble de particules. Le changement d’algorithme nécessite de reconcevoir un code et disposer d’une maquette est
primordial pour mener des recherches et des expérimentations sur l’architecture informatique.
Le but de ce projet est d’identifier des technologies logicielles utiles pour l’adaptation des codes de transport Monte-Carlo aux machines exaflopique. En particulier, on s’intéresse à l’écosystème de la bibliothèque multi-plateforme Kokkos. On se basera sur les bibliothèques opensource ArborX et Cabana. ArborX fournit des primitives de recherche géométrique optimisées pour GPU et Cabana propose des structures de données adaptées aux systèmes particulaires.
Investigation Expérimentale et Modélisation Thermodynamique des Phases du Corium Formées lors d’Accidents Nucléaires Sévères (24 mois)
Lors d'accidents graves dans des réacteurs à eau sous pression, le combustible en dioxyde d'uranium (UO2) réagit avec la gaine en zirconium et la cuve en acier, formant un mélange de phases liquides et solides appelé "corium en cuve". En cas de rupture de la cuve, ce corium se propage et réagit avec la dalle en béton pour former le "corium hors cuve". Ce phénomène s'est produit lors des accidents de Tchernobyl et de Fukushima. Pour simuler ces différentes étapes, les codes multi-physiques nécessitent des données thermodynamiques et thermophysiques précises sur les diverses phases du corium. Ce projet vise à combler ce manque de données grâce à des mesures expérimentales et à de la modélisation. Les travaux consisteront à synthétiser des échantillons, à mesurer les températures liquidus et solidus et les densités des liquides, ainsi qu’à caractériser les échantillons à l’aide de techniques avancées. De plus, le dispositif de chauffage laser combiné à la lévitation aérodynamique (ATTILHA) utilisé pour l’acquisition des données sera amélioré. Les résultats expérimentaux seront comparés aux modèles thermodynamiques (base de données TAF-ID), et les écarts seront résolus en utilisant la méthode CALPHAD. Les données thermophysiques seront également validées à l'aide de simulations atomistiques et d'autres techniques de mesure.
Impact de l’environnement de stockage sur l’altération sous eau d’apatites substituées en iodate et/ou carbonate pour le confinement de radionucléides à vie longue
Aujourd’hui, lors du retraitement des combustibles nucléaires usés, l’iode 129 et le carbone 14, deux radionucléides à vie longue, sont gérés par un rejet réglementé. Le projet D-CLIC, financé dans le cadre des actions France 2030, est un projet innovant qui vise à proposer une méthode de conditionnement de l’iode 129 et du carbone 14 dans la structure cristalline d’apatites phosphocalciques. La qualification de ce mode de conditionnement constitue un enjeu scientifique et environnemental. L’un des objectifs est notamment de valider sur matériaux inactifs le comportement à long terme de telles matrices dans des environnements pouvant être rencontrés sur un futur site de stockage en couche géologique profonde. La mission confiée au candidat sera de préciser l’altération de ces phases cristallines sous conditions aqueuses saturées pour deux types d’environnements, un premier représentatif du quartier de stockage des déchets de moyenne activité à vie longue (MAVL) et un second, représentatif du quartier de stockage des déchets de haute activité (HA), en fonction de différents paramètres intrinsèques et extrinsèques.
Developpement Accéléré de Matériaux résistants aux SELs fondus chlorures
Le développement accéléré de matériaux est un enjeu majeur pour toutes les industries et la résistance à la corrosion est d’autant plus importante pour les problématiques d’économies des ressources. Aussi, ce projet vise à estimer la résistance à la corrosion d’alliages FeNiMnCr dans un sel de chlorure en application aux réacteurs nucléaires à sels fondus en collaboration avec l’’université du Wisconsin qui a largement montré sa compétence dans le développement accéléré de matériaux pour les réacteurs à sels fondus de fluorures et de chlorures. Dans le cadre de ce post-doc, des dizaines d’échantillons d’alliages modèles quaternaires FeNiMnCr seront synthétisés par fabrication additive à l’université du Wisconsin en faisant varier la composition de sorte à cartographier au mieux l’intégralité du tétraèdre de composition. Ces échantillons ainsi qu’une nuance NiCr corrodée dans une large gamme de chimie du sel seront ensuite corrodés au CEA. L’intérêt de ces expérimentations est d’une part d’obtenir en très peu de temps (1.5 ans) une large base de donnée de corrosion sur les alliages FeNiMnCr mais aussi de cribler l’effet d’une large gamme de composition de sel sur un alliage modèle NiCr. Enfin ces expérimentations permettront de cibler les meilleurs matériaux pour étudier leurs mécanismes de corrosion.
TOMOGLASS: Tomographie gamma d’émission appliquée à la caractérisation radiologique du reliquat de verre du procédé de vitrification en creuset froid
Le projet TOMOGLASS vise à développer un système de tomographie gamma innovant, capable de fonctionner en environnement de haute activité, pour caractériser en trois dimensions les reliquats de verre issus du procédé de vitrification des déchets nucléaires. L’objectif est de localiser précisément les inclusions de platinoïdes faiblement solubles dans le verre afin d’améliorer la compréhension et le pilotage du procédé. Le système repose sur un imageur gamma compact, intégrant des détecteurs CZT pixellisés à haute résolution, collimaté de type sténopé, et monté sur un bras robotisé. Il permettra une reconstruction multi-isotopique à partir d’algorithmes tomographiques avancés. Ce projet s’inscrit dans la dynamique de modernisation des installations de La Hague et dans la démarche d’intégration des technologies numériques au sein de l’usine du futur.
La première phase du projet consistera à démontrer la faisabilité de la mise en œuvre d’un prototype de spectro-imageur en environnement contraint, en s’appuyant sur des briques technologiques existantes : modules de détection et électronique d’acquisition basés sur la technologie HiSPECT et algorithmes de reconstruction d’images développés au CEA-Leti. Le travail portera sur la réalisation d’une étude multiparamétrique par simulation numérique (code de calcul Monte Carlo), destinée à dimensionner un dispositif de mesure optimisé, puis à générer des jeux de données simulés pour différentes configurations de mesure représentatives. Une fois le concept validé, les travaux se poursuivront en année N+1 avec l’assemblage des composants du prototype et son intégration sur un bras robotisé. Des essais expérimentaux pourront alors être envisagés, en vue d’une démonstration en environnement représentatif.
Recyclage batteries domestiques lithium ion : Développement et compréhension d’un nouveau concept de désactivation
Les batteries lithium ion dites “domestiques” regroupent les batteries des ordinateurs portables, téléphone mobile, outillage portatifs, etc.
Le recyclage d’objets portatifs est actuellement réalisé par pyrométallurgie pour plus de 90% des batteries Li-ion.. Ce type de traitement ne répond plus aux enjeux actuels (environnementaux, stratégiques, législatif et sociétaux), mais reste très efficace pour mettre en sécurité les batteries domestiques par explosion dans un four. Il est aujourd’hui nécessaire et primordial de développer des nouveaux concepts de désactivation pour ce type de batteries
La désactivation est la 1ere étape du procédé de recyclage et vise à enlever toute énergie résiduelle de la batterie. Ce procédé doit être continu, sécuritaire, simple, controlable et pas cher.
Nous proposons d’étudier un nouveau concept de deactivation électrochimique (brevet en cours de redaction). L’objectif est de developer et comprendre les mécanismes électrochimiques mis en jeu dans ce nouveau concept de désactivation.
Développement d’un microsystème d’électrophorèse capillaire automatisé couplé à un ICP-MS pour l’analyse isotopique et élémentaire
La détermination juste et précise des compositions isotopiques et des concentrations d’éléments par spectrométrie de masse est majeure dans de nombreux domaines de recherche dont les géosciences, l’environnement, le nucléaire ou encore la biologie. Afin d’obtenir des incertitudes de mesures les plus faibles possible, il est nécessaire de réaliser des séparations chimiques en amont de la mesure pour s’affranchir des interférences spectrales ou non spectrales. Dans la majorité des cas ces séparations sont réalisées par chromatographie en phase liquide à l’échelle conventionnelle, et analysés hors ligne par spectrométrie de masse. Les techniques de séparation électrocinétiques sont d’un intérêt majeur en raison des très faibles volumes d’échantillons engagés et des très faibles volumes de déchets générés.
L’objectif de ce projet post doctoral est la transposition des séparations électrophorétiques en capillaire dans un microsystème séparatif, basé sur la technologie microfluidique. Ce microsystème séparatif sera dédié à la séparation d’éléments et devra être couplé à un MC-ICP-MS sans dégrader la séparation. L’atout majeur de ce microsystème sera de disposer d’un dispositif automatisé et ainsi d’augmenter la cadence d’analyse des échantillons tout en conservant les mêmes performances analytiques. Dans le cas d’échantillon nucléaires un autre avantage sera de limiter les débits de doses et les déchets générés lors des procédures d’analyse d’échantillons radioactifs.