Postdoc – Digital Control for Energy System
Les énergies bas carbone et renouvelables (photovoltaïque, éolien) et les nouvelles consommations électriques (pompes à chaleur, véhicule électrique) sont devenues des éléments incontournables du système énergétique. Pour intégrer ces éléments, les systèmes énergétiques, depuis le système énergétique des bâtiments jusqu'aux réseaux électriques d'interconnexion des continents, ont expérimenté d'importantes modifications, notamment en ce qui concerne le système de contrôle. Le travail postdoctoral aura pour objectif de participer à l'implémentation de nouvelles fonctions et modèles sur la plateforme de simulation CEA-INES. Il/elle sera également en charge d'améliorer l'interface entre la plateforme de simulation avec les autres, par exemple avec la plateforme SCADA, afin d'améliorer la communication entre les plateformes. Un cas d'étude de micro-réseau avec intégration à haut débit de stockage PV et batterie sera utilisé pour valider les nouveaux développements.
Conception et déploiement de stratégies innovantes de pilotage pour les réseaux énergétiques intelligents
Les réseaux de chaleur (RdC) jouent un rôle crucial dans les stratégies de transition énergétique grâce à leur capacité à intégrer efficacement les énergies renouvelables et la chaleur de récupération. En France, la stratégie nationale bas-carbone met l’accent sur l’expansion et l’optimisation des RdC, y compris des réseaux de plus petite taille avec plusieurs sources de chaleur comme le solaire thermique et le stockage. Les systèmes de contrôle intelligents, tels que le contrôle prédictif basé sur des modèles (MPC), visent à remplacer les pratiques manuelles basées sur l’expertise humaine pour améliorer l’efficacité. Cependant, le déploiement de systèmes de contrôle avancés sur de petits réseaux reste difficile en raison des coûts et de la complexité liés au matériel et à la maintenance.
Les solutions industrielles actuelles pour les grands RdC utilisent la programmation linéaire en nombres entiers mixtes (MILP) pour l’optimisation en temps réel, tandis que les petits réseaux s’appuient souvent sur des systèmes à base de règles. Les travaux de recherche se concentrent sur la simplification des modèles MPC, l’utilisation de pré-calculs hors ligne ou l’intégration de l’apprentissage automatique pour réduire la complexité. Des études comparatives évaluent diverses stratégies de contrôle en termes d’adaptabilité, d’interprétabilité et de performance opérationnelle.
Ce projet postdoctoral vise à faire progresser les stratégies de contrôle des RdC en développant, testant et déployant des approches innovantes sur un site expérimental réel. Il s’agit de créer et de comparer des modèles de contrôle, de les implémenter dans un simulateur physique, et de déployer les solutions les plus prometteuses. Les objectifs incluent l’optimisation des coûts d’exploitation, l’amélioration de la robustesse des systèmes et la simplification du déploiement.
Méthode des amplitudes finies pour la prise en compte du processus d'échange de charges dans les modèles d'interaction nucléaire forte
La méthode des amplitudes finies (QFAM) est devenue l'outil de choix pour effectuer des calculs rapides et précis de la fonction force nucléaire. Cette méthode est particulièrement intéressante lorsqu'elle est appliquée à des noyaux déformés, pour lesquels les approches traditionnelles basées sur des diagonalisations de matrices deviennent presque irréalisables.
Le but du projet actuel est d'étendre le code QFAM développé au CEA pour permettre les processus d'échange de charge et de calculer les taux de désintégration ß- pour tous les noyaux pairs de masse moyenne et lourds entre la vallée de stabilité et la limite de stabilité en utilisant les interactions de Gogny nouvellement ajustées.
En créant une base de données partagée des taux de désintégration ß- avec des collaborateurs travaillant dans d'autres directions du CEA, nous effectuerons une comparaison systématique avec les données existantes afin d'identifier d'éventuelles différences.
Etude de l'hydratation de liants ternaires à faible empreinte carbone par des électrolytes concentrés
L’industrie cimentière s’est engagée dans une trajectoire de décarbonation ambitieuse pour atteindre les objectifs de la Stratégie Nationale Bas Carbone. Un levier clé de cette transition est la diminution de l’empreinte carbone des ciments, ce qui devrait entraîner la disparition progressive des liants à fort teneur en clinker, actuellement utilisés pour le conditionnement de déchets radioactifs comme les concentrats d’évaporation. En revanche, l’émergence de nouveaux liants contenant des argiles calcinées en substitution d’une fraction du clinker pourrait offrir des perspectives intéressantes pour la formulation de matrices cimentaires avec un impact environnemental réduit.
Le projet proposé vise à étudier l’effet des principales espèces ioniques présentes dans les concentrats d'évaporation sur l’hydratation des liants ternaires composés de clinker, d'argile calcinée et de calcaire broyé. Les recherches seront menées avec des simulants non radioactifs et incluront des ciments commerciaux ainsi que des mélanges préparés au laboratoire, permettant d’ajuster les proportions de clinker et d’additions minérales. L’objectif est de comprendre comment ces ions influencent la cinétique d’hydratation des ciments, leur minéralogie et leur microstructure. Pour ce faire, un large éventail de techniques expérimentales sera utilisé, et les résultats alimenteront une modélisation thermodynamique de l'hydratation de ces liants bas carbone en présence d’électrolytes concentrés.
Ce projet s'adresse à un jeune chercheur désireux de développer ses compétences dans le domaine de la chimie des ciments et de leur modélisation thermodynamique, de participer aux recherches sur la formulation de liants bas carbone, et de proposer des solutions innovantes pour le conditionnement des déchets radioactifs. Il sera mené dans le cadre du projet européen EURAD2 et offrira des opportunités de collaboration avec plusieurs laboratoires européens.
Amélioration du procédé AmSel pour la séparation de l'américium seul dan sle cadre du programme européen TRANSPARANT
L’uranium et le plutonium peuvent d’ores et déjà être industriellement séparés des combustibles nucléaires usés grâce au procédé d’extraction PUREX. En récupérant l’américium à partir d’un raffinat PUREX, la capacité d’un stockage géologique profond des déchets ultimes peut être significativement améliorée. Cette sépration peut être réalisée en combinant stratégiquement une molécule extractante sélective en phase organique (le TODGA) et un agent complexant hydrosoluble en phase aqueuse (PrOH-BPTD). Le TODGA permet de co-extraire l’américium, le curium et les lanthanides en phase organique, sélectivement des produits de fission (PF). Le développement de ce procédé, appelé AmSel, a déjà été initié au cours des programmes européens précédents mais la sélectivité doit encore être améliorée, en particuliers le facteur de séparation Cm/Am. Afin de séparer ces éléments, qui ont des propriétés physico-chimiques très similaires, à la fois l’extractant lipophile et l’agent complexant utilisé en milieu acide nitrique doivent être optimisés. Des tests d’extraction batch seront réalisés en boite à gants dans l’installation ATALANTE au CEA Marcoule avec les radionucléides d’intérêt (241Am, 244Cm, 152Eu). Des essais permettront également de quantifier l’extraction et la désextraction des produits de fission (Tc, Pd, Zr, Mo, Ru, Sr). Des expériences complémentaires utilisant une charge simulée contenant tous les éléments (dont l’Am) à des concentrations nominales permettront de valider la capacité de charge et les performances de séparation. La résistance à la radiolyse du ligand utilisé pour désextraire sélectivement l’américium sera évaluée par des expériences de radiolyse alpha in situ avec de l’241Am en concentration nominale. La dégradation sera évaluée par des analyses ESI-MS couplées à l’HPLC pour identifier les produits de dégradation et les complexes formés.
Compréhension et modélisation des mécanismes de corrosion interne des gaines de combustible dans les réacteurs du futur
Cette étude s’inscrit dans le cadre des projets de Réacteur à Neutrons Rapides à caloporteur sodium. Dans ce contexte, les gaines, en aciers austénitiques ou ferritiques, contenant le combustible MOX ou UOX sont soumises à des sollicitations sévères et tout particulièrement à une corrosion par les éléments issus de la fission de l’uranium et du plutonium, combustibles du réacteur.
Cette dernière est en effet le facteur limitant la durée de vie des gaines au sein du réacteur et donc du rendement du réacteur.
La compréhension fine du mécanisme de corrosion de ces gaines est donc nécessaire d’une part pour trouver des moyens pour la limiter et d’autre part pour modéliser sa cinétique dans le but d’estimer la durée de vie de l’aiguille en fonction des différents paramètres du réacteur (puissance, température de gaine, taux d’irradiation, gradient de température…).
L’objectif de cette étude est donc, dans un premier temps, d’identifier le mécanisme de corrosion à partir d’une approche thermodynamique ainsi qu’à partir d’expérimentations de corrosion et de l’obtention d’une cinétique de corrosion, puis dans un second temps, de modéliser le mécanisme identifié. La modélisation de la cinétique de corrosion permettra de prédire le comportement du matériau en fonction de la température et de la chimie de l’environnement.
Développement d’un modèle cinétique 2D pour l’oxydation haute température des alliages chromino-formeurs.
Pour de nombreuses applications industrielles, les phénomènes d’oxydation en température des composants doivent être évalués afin de dimensionner au mieux le composant. C’est le cas par exemple pour les turbines de moteur d’avions en aéronautique (température de l’ambiante à 1000°C), les tubes d’échangeurs de chaleurs des centrales électriques (température de 300 à 600°C), des pots de vitrification des déchets radioactifs à vie longue (température supérieure à 1000°C) etc. Tous ces cas mettent en jeu des alliages Fe-Ni-Cr dont l’oxydation mène à la formation d’une couche d’oxyde de chrome, Cr2O3. Aussi le développement de modèles et d’outils de simulation fiables pour l’oxydation à hautes températures (à partir de 350°C) des alliages Fe-Ni-Cr est un enjeu majeur pour limiter les coûts liés aux applications en températures.
Le post-doc se déroulera en deux parties : la première concernera la prise en main d’un outil de simulation créé au CEA (EKINOX-FeNiCr) et la seconde reposera sur le passage du modèle 1D au modèle 2D afin tenir compte de la taille finie des pièces ou de singularités géométriques.
La généralité de ce sujet pouvant être appliqué à de nombreux cas industriels ainsi que la compréhension fine des phénomènes d’oxydation permettront à l’étudiant de s’orienter en fin de post-doc vers une recherche aussi bien académique qu’industrielle.
Post-doctorant Electrochimie du solide / Matériaux céramiques et métalliques / Corrosion à haute température
La technologie haute température (650-850°C) à Oxydes Solides (SOCs) est l'une des technologies de convertisseurs électrochimiques les plus prometteuses en termes d'efficacité, de coût et de caractère réversible entre les modes pile à combustible (SOFC) et électrolyse (SOEC). Mieux comprendre et limiter les phénomènes d’oxydation et d’évaporation du chrome des interconnecteurs métalliques via l’utilisation de revêtements reste un enjeu majeur pour l’optimisation de la durabilité du système en fonctionnement SOFC et SOEC (dégradation 3000h). Le travail de post-doctorat constitue l’essentiel de ce projet et est financé en intégralité par celui-ci. L’évaluation de revêtements protecteurs ainsi que d’une couche de contact se fera principalement grâce à des caractérisations électrochimiques des performances et de la durabilité de la cellule adjacente ainsi que des caractérisations microstructurales post-test, comparé à l’acier nu. Cette étude devrait donner lieu à 1 publication et 1 présentation à l’EFCF en 2026 a minima.
Développement d'électrolytes solides
Ce post-doctorat s'inscrit dans le projet Carnot ArgyL, dont le but est le développement d'électrolytes solides pour batteries Lithium, avec pour but principal d'améliorer la stabilité de l'interface entre le Li et l'électrolyte pour améliorer la durée de vie de ces systèmes qui promettent de bien meilleures densité d'énergie que les batteries actuelles.
Ce projet s'appuie sur la complémentarité entre l'approche expérimentale par la synthèse et la caractérisation avancée, et les études par modélisation.
Le post-doctorant sera basé au Laboratoire Matériaux où il sera en charge de la synthèse de nouvelles compositions d'électrolyte. Il participera également activement, au sein de la plateforme de nanocaractérisation, au développement d'une nouvelle méthode d'analyse XPS operando permettant de sonder l'interface Li/électrolyte en cours de cyclage.
Enfin il interagira avec le laboratoire LMPS qui intégrera ces données à leurs modèles ab initio
Application de modèles génératifs deep learning et développement de potentiel machine-learning pour le calcul de propriétés de transport atomique dans les oxydes mixtes uranium-plutonium désordonnés
Le machine learning (ML) est utilisé en science des matériaux pour améliorer les capacités de prédiction des modèles physiques. Les potentiels interatomiques ML (PIML), entraînés sur des calculs de structure électronique, sont des outils courants pour effectuer des simulations efficaces et physiquement précises. De plus, des modèles génératifs non supervisés sont actuellement explorés pour apprendre des distributions cachées d’une propriété et générer de nouvelles structures atomiques selon ces distributions. Cela est utile pour les solutions solides désordonnées, dont les propriétés dépendent de la distribution des espèces chimiques dans le réseau cristallin. Ici, le nombre de configurations atomiques est si grand qu’un échantillonnage exhaustif dépasse largement les capacités des méthodes conventionnelles. C’est le cas par exemple des oxydes mixtes U-Pu (MOX) ciblant la réduction du volume et de la radiotoxicité des déchets.
Ce projet vise à combiner les PIML et les méthodes génératives pour étudier les propriétés de transport atomique dans les MOX. Le/La candidat·e utilisera nos outils génératifs pour générer des configurations atomiques représentatives et construire une base de données ab initio. Il/elle utilisera cette base de données d’entraînement pour développer un nouveau PIML pour les MOX, en s’appuyant sur l’expérience acquise lors du développement de PIML pour les oxydes UO2 et PuO2. Enfin, il/elle appliquera le PIML pour calculer les coefficients de diffusion atomique, qui sont des données cruciales pour prédire l’évolution de la microstructure sous irradiation et le comportement dans le réacteur.
Le travail sera réalisé au Département d’Études des Combustibles (IRESNE, CEA Cadarache), dans un laboratoire ayant un haut niveau d’expertise en modélisation des matériaux, en étroite collaboration avec d’autres équipes du CEA expertes de méthodes ML. Les résultats seront valorisés via des publications et la participation à des congrès internationaux