Synthèse et traitements post-synthèse de métaux mésoporeux ultra-légers obtenus par plasma électrolytique pour la fabrication de cible laser

Dans le cadre d'expériences de physique fondamentale menées sur le Laser Mégajoule, le CEA doit développer des matériaux métalliques mésoporeux de très faible masse volumique apparente. Basé sur la découverte par les chercheurs du CEA d’un nouveau mécanisme réactif entre un plasma et un liquide, le CEA a développé un procédé de synthèse par plasma électrolytique unique au monde. Cette technologie permet de convertir en quelques secondes des milliers d’éclairs en autant de nano-filaments métalliques pour former des métaux sous forme d’éponge nano-structurée et ultra-légère.
La compréhension des mécanismes physico-chimiques qui régissent la synthèse de ces mousses est cruciale pour optimiser les propriétés des matériaux bruts de synthèse. Une première partie de la thèse consistera à poursuivre les études déjà menées et compléter le modèle phénoménologique innovant dans le domaine des plasmas électrolytiques.
Dans un second temps, l'influence d'un traitement thermique sur la cristallisation de ces matériaux et leur tenue mécanique sera menée afin d'optimiser leur mise en forme ultérieur par usinage laser ou mécanique d'ultra-précision.

Méthodes de caractérisation pour les cibles de fusion par confinement inertiel du Laser Mégajoule

Une des voies pour la fusion par confinement inertiel avec le Laser MégaJoule nécessite la mise en forme d’une couche sphérique de deutérium-tritium solide à température cryogénique. Une problématique est la caractérisation l’épaisseur de solide qui constitue une donnée primordiale pour l’expérience. Cette caractérisation sera réalisée de deux manières différentes : par ombroscopie optique et par rayons X par contraste de phase. Un procédé cryogénique (cryostat) fonctionnant à environ 20 kelvins, mis au point au CEA, permet d'ores et déjà de développer les futures cibles cryogéniques du LMJ et les moyens de caractérisation associés.
Les objectifs de la thèse sont la compréhension et la modélisation théorique et numérique des phénomènes physiques, la mise au point d'un banc de caractérisation adapté autour du cryostat et le traitement des signaux et des images pour la description tri-dimensionnelle de la couche de DT.
L’étudiant devra dans un premier temps s’approprier le fonctionnement du cryostat, de son système de commande et de son système de caractérisation sommaire actuel. Après une phase d'étude bibliographique, il devra étudier théoriquement et numériquement les phénomènes physiques en oeuvre afin de concevoir le système d'acquisition et un traitement d’image permettant la caractérisation tri-dimensionnelle d’une couche de DT solide à partir de clichés obtenus lors des expériences en deutérium sur le cryostat d’étude. Enfin, il pourra être demandé de coupler la commande et la caractérisation dans l’optique de l’optimisation du procédé. Pour chacune de ces problématiques, l'étudiant pourra s’appuyer sur des données bibliographiques, des résultats d'études passées ainsi que sur le savoir-faire des équipes du laboratoire d’accueil.
Conformément aux engagements pris par le CEA en faveur de l'intégration des personnes en situation de handicap, cet emploi est ouvert à tous et toutes.

Caractérisations et modélisation du vieillissement des tritiures métalliques : application au tritiure de palladium

L’exploitation de sources d’énergie alternatives comme la fusion requière le stockage et l’utilisation de quantités importantes d’hydrogène.
Ces travaux de thèse portent sur le stockage des isotopes de l’hydrogène par des hydrures de palladium réversibles, à basse pression d’équilibre. Ce stockage solide, assurant sécurité et compacité, est particulièrement intéressant pour le tritium, isotope radioactif de l'hydrogène dont la décroissance produit de l'3He. L’3He forme des nano-bulles qui modifient les propriétés physico-chimiques du tritiure de palladium, c’est le vieillissement. À l’atteinte d’un seuil critique, l’3He est relâché massivement ce qui peut engendrer une augmentation de pression dans le dispositif de stockage.
Afin de comprendre et prédire le phénomène de vieillissement, des matériaux vieillis sous tritium jusqu’à trente ans sont caractérisés. L'évolution de la microstructure, les nanobulles, la composition chimique ainsi que les propriétés mécaniques sont étudiées. Les données récoltées permettent d’améliorer et de poursuivre la modélisation du phénomène de vieillissement.

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