Approche Multi-echelle de la modélisation de solutions aqueuses d’éléments f
Les procédés de séparation des éléments mis en œuvre lors du recyclage des métaux lourds utilisent communément l’extraction liquide-liquide où l’on fait passer sélectivement des ions d’une phase aqueuse concentrée à une phase organique organisée. Ce stage post-doctoral concerne la physico-chimie de ces procédés, et plus particulièrement l ‘étude de la partie aqueuse, par une modélisation théorique aussi complète que possible.
Le but est de comprendre comment les différents effets (solvatation, forces électrostatiques, forces de Van der Waals, entropie) régissent les propriétés structurales et énergétiques de ces solutions. Une approche multi-échelle sera mise en œuvre pour des systèmes intéressants tant du point de vue fondamental que pour leur application directe dans des procédés industriels. Des méthodes modernes de modélisation (chimie quantique, simulations de dynamique moléculaire, théories des solutions) seront utilisées afin de caractériser ces systèmes à plusieurs échelles allant du moléculaire jusqu’aux propriétés thermodynamiques. Les outils utilisés, et la démarche qui sera mise en place pourront être étendus à la chimie séparative de façon générale.
Modélisation de l’évolution des amas d’interstitiels dans les métaux de structure cubique centrée après implantation d’hélium
Sous irradiation, les matériaux de structure des centrales nucléaires subissent une évolution de leurs propriétés mécaniques. Ces modifications résultent de la formation d’amas de défauts ponctuels tels que les cavités et les boucles de dislocation interstitielles. Comprendre les processus de formation de tels amas est donc un enjeu important pour la prédiction des propriétés des matériaux sous irradiation. Récemment, il a été montré par la théorie que des amas tridimensionnels, appelés amas C15, sont très stables dans le fer. Afin de détecter expérimentalement de tels amas, il est envisageable de les faire croître, comme cela a été fait pour les boucles de dislocation après implantation d’hélium. Cette approche sera menée expérimentalement dans différents métaux cubiques centrés dans le cadre de l’ANR EpigRAPH, en collaboration avec Chimie Paris Tech, le GEMaC et le LPS.
Dans ce projet, les tâches suivantes de modélisation seront effectuées par le post-doc :
- Des calculs de structure électronique seront réalisés de manière à obtenir les propriétés énergétiques des défauts ponctuels et de leurs amas dans les métaux cubiques centrés envisagés dans le projet
- Ces données seront ensuite utilisées pour paramétrer un modèle cinétique de type dynamique d’amas. Ce formalisme est particulièrement bien adapté pour simuler l’évolution des amas de défauts ponctuels sur des temps longs.
Elaboration et caractérisation de matériaux composites SiCf/SiC à conductivité thermique améliorée
Les matériaux composites SiCf/SiC à matrice céramique sont actuellement envisagés comme matériaux de structure et de gainage des réacteurs nucléaires à neutrons rapides de 4ième génération. Cependant, leur utilisation pourrait être limitée du fait de leur trop faible conductivité thermique en conditions de fonctionnement (< 10 W/mK).
Les composites SiCf/SiC sont aujourd’hui élaborés par un procédé d’infiltration en phase gazeuse (CVI). Afin d’améliorer leur conductivité thermique (réduction de la porosité), il est envisagé de développer un procédé d’élaboration hybride combinant le procédé CVI et un procédé céramique en voie liquide.
L’objectif de cette étude est de déterminer les conditions d’élaboration de la matrice SiC par un procédé en voie liquide, puis de qualifier le comportement des matériaux hybrides aux plans mécaniques et thermiques, notamment par rapport à celui d’un matériau CVI de référence.
Etudes sur la physique des gaz et des interactions matière/laser pour la démonstration à l’échelle laboratoire de l’épuration isotopique du palladium (naturel).
Le palladium est un métal rare dont la demande mondiale est en forte augmentation. Or, il est présent en tant que produit de fission dans les combustibles nucléaires usés qui sont retraités en France. Il serait donc intéressant de recycler ce métal. Pour cela, il est nécessaire de procéder à une épuration isotopique, afin de supprimer un des isotopes du palladium, le 107, qui est un radionucléide artificiel à vie longue émetteur béta. Dans le cadre d'un nouveau projet sur 4 ans construit en réponse à l'appel d'offre du Plan d'Investissement et d'Avenir de l’État, le Service d’Etude des Procédés d’Enrichissement propose un contrat post-doctoral ayant pour objectif la compréhension des interactions gaz/laser dans le procédé de séparation isotopique du palladium par Lasers actuellement en cours de développement. L’objectif principal du projet est la démonstration finale de la faisabilité de séparation de palladium naturel (et non radioactif) pour la phase suivante de développement d’un premier pilote.
Le post-doctorant devra en particulier assurer l’étude du mode de production de la vapeur atomique près du point de fusion du métal pur, des mesures de spectroscopie par laser dans l’UV afin d’affiner les séquences sélectives de photoionisation des isotopes désirés. Pour ce faire, il participera à la définition, au montage et au développement de l'évaporateur, et au couplage des lasers du procédé avec l’enceinte à vide. Des échanges seront mis en place sur ce sujet spécifique avec des spécialistes reconnus au sein de la Direction de la Recherche Fondamentale du CEA. Les mesures de diagnostics des lasers mais aussi les mesures provenant des interactions gaz/laser sont à développer. La programmation (en Python et/ou sous Labview) de ces outils est un point essentiel du poste proposé. Une attention particulière sera portée sur les publications à réaliser essentiellement dans le cadre des interactions gaz/laser (photoionisation sélective des atomes d’intérêt et extraction).
Procédé DEM’N’MELT : Optimisation des conditions de fonctionnement par modélisation
Dans le cadre du projet PROVIDENCE (Plan Relance, France), le procédé DEM'N'MELT a été développé dans le but de proposer et de commercialiser une solution de traitement et de conditionnement de déchets de haute et moyenne activité aux opérateurs de sites en démantèlement ou en remédiation, en France et à l’étranger. Dans ce cadre, des études d'optimisation de fonctionnement du procédé ont été entreprises.
Le candidat devra prendre en main les logiciels utilisés (Fluent, Workbench, SpaceClaim, Meshing), pour s’approprier les modèles existants. Les modèles devront évoluer pour :
o prendre en compte des points de mesure supplémentaires pour calibrer le modèle
o étudier la sensibilité du système aux propriétés physiques du verre
o optimiser la conduite du four et gérer la capacité d’alimentation en fonction du niveau de remplissage
o ajouter une agitation du bain de verre.
Le candidat pourra d’appuyer sur les compétences du Laboratoire LDPV, à la fois expérimentalement et en modélisation.
Chercheur en intelligence artificielle appliquée à la microfluidique autonome
Cette offre de postdoctorat fait partie du projet 2FAST (Fédération de Laboratoires Fluidiques Autonomes pour Accélérer la Conception de Matériaux) du PEPR DIADEM, qui vise à automatiser complètement la synthèse et la caractérisation en ligne de matériaux à l’aide de puces microfluidiques « orchestrées ». Ces techniques offrent un contrôle précis et tirent parti des avancées numériques pour améliorer les résultats de la chimie des matériaux. Cependant, la caractérisation complète des nano/micro-matériaux à cette échelle reste un défi en raison de son coût et de sa complexité. 2FAST ambitionne d’exploiter les progrès récents dans l'automatisation et de l'instrumentation des plateformes microfluidiques, afin de développer des puces microfluidiques interopérables et automatiquement pilotées permettant une synthèse contrôlée de nanomatériaux. Plus précisément, l'objectif est d'établir une preuve de concept pour une plateforme de réacteur microfluidique/millifluidique à haut débit pour la production continue de nanoparticules de métaux nobles. Des boucles de rétroaction gérées par des outils d’intelligence artificielle contrôleront la progression de la réaction à partir d’informations acquises en ligne par des techniques spectrométriques (UV-Vis, SAXS, Raman). Le postdoctorat proposé porte sur l’ensemble des travaux en intelligence artificielle associés à ces développements, à savoir : i) la conception de boucles de rétroaction, ii) la création d'une base de données de signaux adaptés à l'apprentissage automatique, iii) la mise en œuvre de méthodes d'apprentissage automatique pour connecter les différentes données et/ou piloter les dispositifs microfluidiques autonomes.
Développement des traitements par Intelligence Artificielle d’une station de mesure et prévision
Le Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) lance un projet appelé « MultiMod'Air » consistant à développer en 2 ans un prototype de station de mesure et de prévision de la qualité de l'air dite « intelligente ».
Ce projet pluridisciplinaire implique une vingtaine d’ingénieurs et de chercheurs du CEA, spécialisés chacun dans un domaine particulier.
Le sujet proposé consiste à mettre au point différentes briques d’Intelligence artificielle (IA) en commençant par quelques étapes, maitrisées mais innovantes, de correction par Réseau de Neurones Artificiels (RNA) des mesures de qualité de l’air effectuées par des capteurs à bas coût, ainsi que des prévisions météorologiques au niveau de la station.
Le cœur du travail de recherche concernera la mise au point d’une prévision de la pollution au niveau de la station par apprentissage sur les évènements passés.
Le post-doc sera encadré par un météorologue et par un spécialiste en IA. Il sera assisté d’un ingénieur IA pour les traitements de données.
Calculs d'évolution à grande échelle avec code Monte-Carlo de transport de neutrons
L'un des principaux objectifs de la physique des réacteurs modernes est d'effectuer des simulations multi-physiques fidèles du comportement d'un cœur de réacteur nucléaire, avec une description détaillée de la géométrie à l'échelle des crayons de combustible. Les calculs multi-physiques en conditions nominales impliquent un couplage entre un solveur de transport pour les neutrons et les précurseurs, des solveurs thermiques et thermohydrauliques pour le transfert de chaleur, et un solveur Bateman pour calculer l'évolution isotopique du combustible nucléaire au cours d'un cycle du réacteur. L'objectif de ce post-doc est de réaliser un tel calcul entièrement couplé, à l'aide de PATMOS, une mini-app Monte-Carlo pour le transport de neutrons, et de la plateforme de couplage C3PO, toutes deux développées au CEA. Le système cible est un cœur de la taille d'un réacteur commercial.
Simulation des écoulements multiphasiques réactifs gaz-liquide
L'objectif de ce travail postdoctoral est de développer et mettre en œuvre une méthode de simulation pour la modélisation d'incendies provoqués par une pulvérisation de sodium. Pour cela, deux aspects du problème sont à considérer: tout d'abord, il est nécessaire de proposer une représentation adéquate des gouttelettes de sodium (phase dispersée) depuis leur génération par un jet (phase séparée) jusqu'à leur comportement (mouvement, oxydation, combustion) dans l'atmosphère. Cela nécessite de dériver un modèle d'écoulement' prenant en compte plusieurs composants avec plusieurs régimes topologiques d'interface (dispersé et séparé). Deuxièmement, il est nécessaire de développer une stratégie de discrétisation robuste pour ce modèle d'écoulement complexe.
Le travail numérique sera mis en œuvre dans un nouvel outil numérique pour effectuer des simulations d'incendies provoqués par la pulvérisation de sodium développé au CEA. Cet outil est basé sur la bibliothèque CanoP. Canop est une bibliothèque conçue pour résoudre des problèmes de dynamique des fluides numériques en utilisant une approche de raffinement de maillage adaptatif basée sur des cellules et un calcul parallèle.
Application de la méthode Hybrid-High-Order (HHO) pour le traitement des effets non locaux en plasticité cristalline via une approche micromorphe
La description du comportement des matériaux à l’échelle cristalline est l’objet de nombreux travaux universitaires et présente un intérêt croissant dans les études de R&D à vocation industrielle. Cette description se fait classiquement à l’aide de lois de comportement décrivant l’évolution locale de l’état microstructural du matériau : déformation (visco-)plastique, densité de dislocations, etc. Le principal moteur de cette évolution est la cission résolue, projection de la contrainte locale sur chaque système de glissement du cristal.
Le formalisme de ces lois de comportement locales est aujourd’hui bien établi, que l’on considère des transformations infinitésimales ou des transformations finies, et bénéficie d’un support particulier au sein du générateur de code MFront. L’utilisation de MFront permet le partage des lois entre les solveurs du CEA (Manta, Cast3M, Europlexus, AMITEX_FFTP) et EDF (code_aster, Europlexus).
L’objectif du post-doctorat est de mettre en place une stratégie numérique robuste, permettant de résoudre de manière fiable des problèmes de structure utilisant des lois de plasticité cristalline non locales et garantissant la transférabilité des lois entre les codes du CEA et d’EDF.