Modélisation de la sédimentation et de la coalescence des gouttes dans les mélangeurs-décanteurs pour l’extraction liquide–liquid
La transition énergétique vers des technologies bas carbone (batteries Li-ion, photovoltaïque, éolien) dépend de matériaux critiques comme les terres rares (Dy, Nd, Pr) et certains métaux (Co, Ni, Li). Leur extraction pose des problèmes environnementaux, et leur recyclage reste limité du fait de leur faible concentration dans des déchets complexes, rendant leur séparation difficile. L’extraction liquide-liquide s’impose comme une méthode efficace pour purifier ces mélanges, mais son industrialisation est freinée par une compréhension partielle des phénomènes physico-chimiques impliqués, notamment dans les mélangeurs-décanteurs. Ces équipements, alliant chambre de mélange et zone de décantation, sont prisés pour leur compacité et leur rendement énergétique. Toutefois, les modèles actuels restent semi-empiriques, centrés sur la phase de mélange, et donc insuffisants pour prédire le comportement à grande échelle. Dans ce contexte, le programme national PEPR « Recyclabilité et réutilisation des matériaux » soutient une initiative du CEA visant à développer un jumeau numérique de ces dispositifs. Le postdoctorat proposé s’intègre à ce projet et porte sur la modélisation du décanteur. Le candidat mènera des expériences sur des émulsions bien caractérisées, injectées dans une maquette dédiée pour étudier leur sédimentation et l’évolution de la taille des gouttes. Ces données expérimentales serviront à valider un modèle décrivant le transport gravitaire et hydrodynamique des gouttelettes, ainsi que les phénomènes de coalescence et de rupture. Ce modèle sera ensuite couplé à celui de la chambre de mélange déjà en cours de développement, en vue d’obtenir un premier jumeau numérique.
Synthèse de Carbon Dots par voie solvothermal pour des applications optoélectroniques
Les Carbon dots (C-dots) sont des particules de taille nanométrique de carbone qui présentent des propriétés électroniques, optiques et chimiques uniques en raison de leur propriété physico-chimique exceptionnelle. Ces matériaux de petite taille et de rapport surface/volume élevé sont des semi-conducteurs capables de luminescer sous irradiation ce qui permet d’envisager leur utilisation pour la détection de rayonnement ionisant. Les scintillateurs plastiques classiques reposent sur des transferts d’énergie de l’ultraviolet pour aboutir à une émission dans le visible via des fluorophores organiques. La capacité des CDs à absorber des photons dans le domaine de l’ultraviolet et d’émettre dans le domaine du visible permet d’envisager qu’ils puissent potentiellement se substituer partiellement ou totalement aux fluorophores organiques dans leur rôle de pont entre l’ultraviolet et le visible. A faible coût de production, Ils peuvent être synthétisés soit par synthèse organique conventionnelle par étapes, soit, plus rapidement, par des approches descendantes ou ascendantes en une seule étape à partir de divers produits chimiques. Dans ce contexte, nous avons récemment développé une voie de synthèse intéressante permettant de préparer des C-dots émettant dans différentes longueurs d'onde pour couvrir ainsi toute la gamme du visible.
Synthèse, caractérisation et modélisation moléculaire des phases M-(A)-S-H
Le principal produit d’hydratation des ciments à base de magnésium et silicate est le silicate de magnésium hydraté (M-S-H), dont la composition évolue avec le temps et les interactions environnementales [réfs. 1,2]. Les rapports Mg/Si varient de 0,67 à 1,5, avec une teneur en eau variable et une possible incorporation d’aluminium. Les modèles atomistiques des phases M-(A)-S-H restent largement inexplorés [réf. 4], et la plupart de leurs propriétés sont encore inconnues, ce qui complique l’établissement de relations composition–propriétés.
Ce projet vise à élucider la structure atomique des silicates de magnésium hydratés (alumino)silicatés (M-(A)-S-H), en combinant techniques expérimentales et simulations atomistiques, et à estimer leurs propriétés mécaniques. L’étude se concentrera sur des compositions de M-(A)-S-H pertinentes pour les applications nucléaires ou les matrices cimentaires bas carbone
Décomposition de l’énergie des fragments de fission issues d’approches microscopiques pour alimenter en données d’entrée le code FIFRELIN
Le code FIFRELIN (FIssion FRagment Evaporation modeLINg), développé depuis 2009 au CEA, simule la formation et la décroissance des fragments issus de la fission nucléaire. Il contribue à l’enrichissement de la base de données nucléaires européenne JEFF, utilisée pour les simulations de réacteurs. Le calcul se fait en deux étapes : génération des fragments de fission (caractéristiques physiques) puis leur décroissance via une approche Monte Carlo Hauser-Feshbach. Au moment de la scission en deux fragments, l’énergie totale se répartit entre énergie cinétique (TKE) et énergie d’excitation (TXE). Le TXE se divise à son tour en énergie de déformation et excitation intrinsèque, déterminant l’émission de neutrons et de photons. La précision des données sur le TXE et le TKE est essentielle pour améliorer les performances de FIFRELIN. Les approches théoriques de type microscopique (Hartree-Fock-Bogoliubov, méthode de la Coordonnée Génératrice, etc.) sont utilisées et développées à la DES dans le but de fournir des données théoriques en soutien aux données nucléaires évaluées. Ce post-doctorat vise à utiliser et améliorer ces modèles pour obtenir une connaissance plus fine des propriétés nucléaires à la scission.
Le/la candidat(e)recherché possède plusieurs années d'expérience (3 ans ou plus) en théorie de champ moyen nucléaire (de type Hartree-Fock-Bogoliubov, champ moyen relativiste, etc.) ou en méthode de la coordonnée génératrice.
Modélisation et analyse de scénarios prospectifs de déploiement de l’infrastructure hydrogène en France et en Allemagne
Le recours à de l’hydrogène produit par électrolyse de l’eau ou à des molécules dérivées de l’hydrogène électrolytique (méthanol de synthèse, kérosène de synthèse, …) est une des solutions envisagées pour décarboner certains secteurs de l’économie comme la sidérurgie ou le transport maritime et aérien longue distance.
Le développement d’une infrastructure de grand transport d’hydrogène à l’échelle européenne est envisagé pour faciliter le développement de la production d’hydrogène électrolytique sur le continent. Cette infrastructure pourrait en effet permettre l’accès à des stockages massifs d’hydrogène inégalement répartis sur le sol européen, faciliter les échanges entre les régions au fort potentiel solaire ou éolien et les grands pôles industriels et, dans certaines zones, permettre de limiter le coût de renforcement du réseau de transport d’électricité.
Le projet de recherche franco-allemand CrossHy porte sur l’analyse des trajectoires de déploiement possibles de l’infrastructure de transport d’hydrogène en France et en Allemagne. Il s’appuie sur deux outils de modélisation complémentaires (REMix, ANTARES) qui vont permettre le développement d’un modèle à l’échelle européenne ainsi qu’un modèle à l’échelle régionale d’une zone transfrontalière.
Le projet prévoit des échanges physiques réguliers entre les équipes de recherche françaises et allemandes ; le post-doc inclura une mission de 3 mois à Stuttgart pour un séjour de travail et d’échanges avec l’équipe DLR impliquée dans le projet.
VALERIAN: simulation du transport d'électrons pour les modules les modules ITkPix d'ATLAS
Une description précise du transport des électrons et des photons dans la matière est cruciale dans plusieurs domaines phares du CEA, notamment la radioprotection et l’instrumentation nucléaire. Leur validation nécessite des études paramétriques dédiées et des mesures. Étant donné le peu de données expérimentales publiques, des comparaisons entre codes de calcul sont aussi utilisées. L’enjeu pour les années à venir est une qualification de ces codes dans un large domaine d'énergie, certains écarts entre leurs résultats ayant été identifiés lors d’études préliminaires du SERMA faisant intervenir le transport couplé de neutrons, photons et électrons. Le projet VALERIAN consiste à saisir l’opportunité créée par une campagne de prise de données unique en son genre prévue en 2025-2026 à l’IRFU (DRF) pour mieux caractériser ces écarts. En effet, l’IRFU s’est engagé à contrôler au moins 750 modules à pixels pour le nouveau trajectographe de l’expérience ATLAS, dans le cadre de la jouvence des grands détecteurs du CERN. De nombreuses mesures avec des sources bêta seront réalisées en 2025-2026 pour la qualification de ces modules.
Etude de la THERmodiffusion des Petits Polarons dans UO2
Le sujet est publié sur le site recrutement de CEA à l'adresse suivante :
https://www.emploi.cea.fr/offre-de-emploi/emploi-post-doctorat-etude-en-ab-initio-de-la-thermodiffusion-des-petits-polarons-dans-UO2-h-f_36670.aspx
Module PV réparable intégrant un élément de délamination par ultrason
Les panneaux photovoltaïques (PV) ont une durée de vie limitée en raison de la dégradation de leur performance, de défauts opérationnels ou de facteurs économiques. D’ici dix ans, des millions de tonnes de panneaux PV deviendront des déchets, posant des défis environnementaux et sociétaux significatifs. L'Union Européenne a reconnu ce problème par la directive WEEE pour la gestion des déchets électriques et électroniques.
Les modules PV sont des assemblages complexes contenant des matériaux critiques tel que l'argent et des polluants persistants comme les polymères fluorés. De plus, le verre et le silicium mis en œuvre présentent une empreinte carbone élevée, rendant le réemploi essentiel pour atténuer l'impact environnemental. Diverses techniques de démantèlement sont explorées pour extraire les métaux, les polymères et le verre. Les objectifs concernent la sélectivité et le rendement des procédés, la pureté des matériaux obtenus. Pour renforcer la durabilité du photovoltaïque, la gestion des modules dans une vision d'économie circulaire est essentielle.
Le CEA/LITEN mène des recherches sur les méthodes de délamination pour améliorer la qualité des matériaux recyclés. Dans ce postdoctorat, nous explorerons la capacité des ultrasons pour le démantèlement ou la réparation des modules PV. Le développement d'un modèle numérique pour comprendre les phénomènes de vibration dans les panneaux PV permettra la conception d'un outil pour un couplage efficace. En plus de la modélisation et de la mise en place de l'outil, nous explorerons de nouvelles architectures de modules PV en intégrant des couches composites sensibles aux ultrasons. L'évaluation de divers phénomènes induits tels que la transmission optique et le comportement thermomécanique fera partie de l'étude. Ce projet tirera parti d'un environnement scientifique de haut niveau, avec une expertise en modélisation numérique thermomécanique, en conception de modules PV et en fabrication de prototypes.
Étude de la formulation Vitesse-Vorticité-Pression pour discrétiser les équations de Navier-Stokes.
Les équations de Navier-Stokes incompressibles sont parmi les modèles les plus
utilisés pour décrire les écoulements d’un fluide newtonien (c’est-à-dire un fluide dont la viscosité est indépendante des forces extérieures appliquée au fluide). Ces équations modélisent le champ de vitesse et le champ de pression du fluide. La première des deux équations n’est autre que la loi de Newton, tandis que la seconde découle de la conservation de la masse dans le cas d’un fluide incompressible (la divergence de la vitesse est nulle). L’approximation numérique de ces équations est un véritable défi en raison de leur caractère tridimensionnel et instationnaire, de la contrainte de divergence nulle et enfin de la non-linéarité du terme de convection. Il existe différentes méthodes de discrétisation, mais pour la plupart de ces méthodes, l’équation de conservation de la masse n’est pas satisfaite exactement. Une alternative consiste alors à introduire comme inconnue supplémentaire la vorticité du fluide, égale au rotationel de la vitesse. On réécrit alors les équations de Navier-Stokes avec trois équations. Le post-doc consiste à étudier d'un point de vue théorique et numérique cette formulation et de proposer un algorithme de résolution efficace, dans le code TrioCFD.
Modélisation de scénarios prospectifs de déploiement de la filière hydrogène en France et en Europe H/F
Un des enjeux des stratégies de la transition énergétique à l'horizon 2050 est la décarbonation d’un ensemble d’usages énergétiques comme la production d’électricité, le transport ou l’industrie. Ceci passe par l'électrification des usages, mais également le recours à des vecteurs intermédiaires non-carbonés comme l’hydrogène, produit par électrolyse, qui peut-être utilisé comme vecteur énergétique ou comme molécule de substitution dans des procédés industriels carbonés : chimie, sidérurgie…. Le développement potentiellement notable des usages de l’hydrogène, et des besoins électriques qui le sous-tendent, pose cependant la question du caractère durable (« sustainable ») des choix de déploiement le rendant possible. Dans le cadre d’un projet du PEPR Hydrogène, l’étude vise à 1/ développer des scénarios quantitatifs et cohérents de déploiement de l’hydrogène à différentes échelles géographiques allant du niveau régional au niveau national et européen en collaboration avec des partenaires du projet ; 2/évaluer les conséquences de ces scénarios sur le système de production électrique européen, et sur le caractère durable – en termes de coût et d’émissions de gaz à effet de serre – du vecteur électrique participant à ces déploiements hydrogène.