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.
Développement d'une architecture d'instrumentation innovante utilisant un réseau de capteurs magnéto-résistifs pour créer un système de tomographie rapide pour les piles à combustible
Développement d'une architecture d'instrumentation innovante utilisant un réseau de capteurs magnéto résistifs pour créer un système de tomographie rapide pour les piles à combustible.
L'objectif est de développer un démonstrateur TRL 4 en laboratoire pour prouver le concept sur une pile à combustible à basse température. Cela inclura quatre cartes de mesure avec plusieurs dizaines de capteurs magnétiques synchronisés pour des acquisitions simultanées. Les résultats expérimentaux et une description du système d'instrumentation seront publiés. Les données historiques seront utilisées pour valider les algorithmes de résolution de densité de courant et comparer leurs performances à celles des solutions basées sur des réseaux de neurones informés par la physique. Les résultats estimés de densité de courant seront utilisés pour une publication supplémentaire.
Le système d'instrumentation sera intégré dans un banc d'essai du CEA dédié au contrôle optimal, à l'observation des transitoires, à la détection de défauts et à l'exploration des phénomènes de propagation de défauts. Cette approche offrira une observation dynamique et non invasive de la distribution du courant dans la pile à combustible, améliorant ainsi la compréhension de son fonctionnement et facilitant l'optimisation de ses performances et de sa durée de vie.
Etude de la diode et du tube anodique d’un injecteur à induction
La Direction des Applications Militaires du CEA utilise la radiographie éclair pour caractériser l’état de la matière soumise à des chocs forts ou à une densification importante sous l’effet d’explosifs. Dans de telles conditions extrêmes, le succès des expériences de radiographie éclair nécessite des sources de rayonnement X impulsionnelles de faibles dimensions spatiales (quelques mm), brèves (environ 60 ns), fortement pénétrantes (quelques MeV) et intenses (plusieurs rads). De telles sources sont produites à partir du rayonnement de freinage créé par une impulsion brève et intense d'électrons (plusieurs kA) de haute énergie dans un matériau cible. L’installation radiographique EPURE du CEA exploite deux Accélérateurs Linéaires à Induction (LIA) comme sources de radiographie éclair.
Conception et essais accélérés de CFO de corrosion adaptés aux structures en béton armé
La corrosion des armatures de renfort en acier est la principale pathologie menaçant la durabilité des ouvrages de génie civil. Aujourd’hui le suivi des ouvrages est principalement réalisé au moyen d’inspections visuelles périodiques voire d’auscultations (potentiels de corrosion, mesures ultrasonores, carottages…) qui s’avèrent peu satisfaisantes. Il existe donc un besoin d’instrumentation capable de détecter l’initiation et la localisation de la corrosion des armatures dans les bétons et d’assurer un suivi à long terme (plusieurs dizaines d’années, voire plus). Dans le contexte des structures du GC, la réflectométrie dans le domaine fréquentiel (Optical Frequency-Domain Reflectometry - OFDR) apparaît comme une solution métrologique adaptée du fait de sa résolution centimétrique et de sa portée de mesure (70 mètres en version standard, soit plusieurs milliers de points de mesure le long d’une fibre optique).
Contenu du travail : Il sera d’adapter la conception de ce capteur à fibre optique (CFO) pour augmenter sa durabilité puis d’en vérifier l’applicabilité en laboratoire. Dans la pratique et dans un premier temps, la personne recrutée sera amenée à travailler sur la durabilité de la liaison entre la fibre optique et l’armature. Deux voies différentes sont envisagées : la projection de poudres céramiques par torche plasma et le sol-gel. Ces deux procédés sont exempts d’effet de pile car ils impliquent des matériaux isolants (céramiques) et sont déjà déployés dans l’industrie dans différents domaines civils et militaires. Dans un deuxième temps, des éprouvettes équipées avec le CFO seront testées en laboratoire selon les cas d’usage classiques du génie civil, à savoir : corrosion localisée (piquration induite par l’exposition aux ions chlorure) et corrosion uniforme (corrosion généralisée induite par la carbonatation du béton d’enrobage). Des acquisitions OFDR seront menées périodiquement dans le temps en parallèle à la métrologie conventionnelle (potentiel, etc.
Microsystème séparatif couplé à la spectrométrie de masse pour la purification et la caractérisation en ligne d’échantillons nucléaires
La miniaturisation d’étapes analytiques communément effectuées en laboratoire présente de nombreux avantages et en particulier dans le secteur nucléaire, pour lequel la réduction de consommation de matières et de production de déchets est d’intérêt majeur. Dans ce contexte, un des axes du laboratoire est la miniaturisation d’outils analytiques, notamment de techniques séparatives par chromatographie.
Dans ce projet, il s’agira de réduire l’échelle des étapes de purification d’échantillons nucléaires par chromatographie d’extraction sur phase solide, en amont des processus d’analyse. L’obtention de ces dispositifs d’extraction miniaturisés repose sur la synthèse et l’ancrage in situ de monolithes dans les canaux de microsystèmes en copolymère d’oléfine cyclique (COC). Ce matériau étant chimiquement inerte, des stratégies de fonctionnalisation du COC sont en cours de développement au laboratoire pour greffer de façon covalente des sites réactifs à sa surface, avant d’ancrer localement des monolithes spécifiques des actinides aux parois des micro-canaux. L'objectif est de concevoir et fabriquer des microsystèmes d’extraction chromatographique en COC, de les mettre en œuvre pour des purifications chimiques et des mesures par spectrométrie de masse, hors ligne et en ligne
Etude de la performance et du vieillissement de batterie lithium ion operando par mesures multi-instrumentée externes
Le poste proposé ici porte sur le développement et la mise en œuvre de techniques de caractérisation in-situ et operando utilisant des capteurs externes à la cellule. Le candidat sera amené à tester et mettre au point des techniques de mesures externes sur cellules Li-ion afin de mesurer les paramètres critiques. Il participera au choix des capteurs, à l’instrumentation des cellules, à leurs mises en œuvre dans différentes conditions de cyclage et à l’étude de leurs performances et vieillissement. Il participera à l’analyse des données ainsi qu’à l’étude post-mortem des cellules afin d’identifier les mécanismes de dégradation et effectuer la corrélation entre les mesures issues des capteurs et les phénomènes observés. Le présent post-doctorat s’inscrit dans un travail d’équipe composé d’électro-chimistes, de physiciens, de chimistes et d’opticiens. Il se concentrera sur l’instrumentation externe de la cellule et travaillera en étroite collaboration avec une équipe composée de plusieurs ingénieurs, chercheurs, doctorants et postdoctorant. L’objectif de ces travaux est de fournir un ensemble de données fiables sur les mécanismes de dégradation des cellules et leur monitoring afin d’alimenter les travaux qui seront réalisés dans le cadre du projet SENSIGA sur la mise en place de fonctions avancées du Batterie Management System (BMS).
Le poste est à pourvoir au sein du laboratoire d’Analyse Electrochimique et Post-Mortem du LITEN au CEA de Grenoble et se fera en collaboration avec Nicolas Guillet (LITEN/L2SA sur le site de l’INES) pour la partie de capteurs acoustiques.
Simulation de l’interaction d'un flux de photons X impulsionnel haute énergie avec un scintillateur
Dans le cadre d’expériences d’hydrodynamique, le CEA-DAM utilise des installations de radiographie impulsionnelles qui génèrent, en quelques dizaines de nanosecondes, une dose très importante de photons X énergétiques, jusqu'à 20 MeV. Après avoir traversé l'objet étudié, les photons X interagissent avec un détecteur, composé d’un cristal scintillateur convertissant les photons X en photons visibles, qui sont ensuite détectés par une caméra CCD. L'objectif de ce post-doctorat est de mettre en place une chaîne de simulation complète du détecteur, comprenant l’émission des photons visibles par le scintillateur et leur transport par la chaine optique jusqu’à la caméra CCD. Dans un premier temps, le (la) candidat(e) devra modéliser les différents mécanismes mis en œuvre dans la chaîne de détection et identifier les outils de simulation les plus pertinents pour les reproduire. Dans un deuxième temps, il (elle) sera amené(e) à comparer les résultats de simulation à des campagnes de caractérisation expérimentales, réalisées à l’aide d’une source X impulsionnelle. Enfin, le (la) candidat(e) pourra proposer, à l'aide de la chaîne de simulation retenue, des évolutions possibles pour les futures chaînes de détection. Ce travail pourra faire l'objet de publications.
Conception d’une chaîne de vélocimétrie hétérodyne dans l'infrarouge moyen pour les hautes vitesses
Ce post-doctorat vise à concevoir au moyen de briques technologiques innovantes un diagnostic de vélocimétrie hétérodyne fonctionnant dans l'infrarouge moyen (entre 3 µm et 5 µm) pour sonder des nuages de particules denses et se déplaçant à des vitesses élevées (jusqu'à 5000 m/s), en physique des chocs. Schématiquement, on fait interférer sur un photodétecteur relié à un numériseur deux ondes laser légèrement décalées en fréquence, l’une sert de référence et l’autre porte l’information de vitesse de l’objet visé, par effet Doppler. Le développement de nouveaux composants optiques et de technologies de pointe dans cette gamme de longueurs d'onde est actuellement en plein essor, pour des applications dans la Défense, la détection de gaz, etc... Dans une première phase de conception, le (la) candidat(e) devra donc identifier et choisir les composants photoniques les plus pertinents pour notre besoin. Il (elle) devra pour cela optimiser les performances globales de la chaîne de mesure, en s'appuyant sur des outils de simulation du commerce ou développés au CEA-DAM. Dans un deuxième temps, il (elle ) constituera la chaîne de mesure avec les éléments optiques retenus. Il (elle) pourra également être amené(e) à participer au dimensionnement et à la fabrication d'éléments mécaniques de précision pour assurer l'interface entre les éléments. Suivant l'état d'avancement, le système ainsi conçu pourra être déployé sur des expériences dédiées. Ce travail pourra faire l'objet de publications.
Développement d’un outil de spectrométrie neutron pour la caractérisation de sources neutroniques à base de radionucléides
Depuis quelques années, le LNHB développe un nouveau dispositif de spectrométrie neutron baptisée AQUASPEC et dédié la caractérisation de sources neutrons à base de radionucléide (ex. AmBe, PuBe, Cf-252). Le dispositif est constitué d'un récipient en polyéthylène, équipé d’un canal central dans lequel la source est placée, et de 12 voies de mesures pouvant accueillir des détecteurs (scintillateur plastique (SP) discriminant dopé au 6Li). Lors de la mesure, le récipient est entièrement rempli d’eau afin de garantir la modération des neutrons émis par la source et une sensibilité moindre à l’environnement extérieur. Les détecteurs sont positionnés autour de la source afin de réaliser des mesures à différentes distances de modération. Les comptages obtenus sont traités par un algorithme itératif dédié aux déconvolution des données, sur la base d’un algorithme itératif de type ML-EM ou MAP-EM. Le candidat travaillera sur les problématiques de mesures de spectre neutrons au sein du laboratoire. Il participera à des campagnes de mesures de sources et travaillera sur les aspects de détection des neutrons, de traitements de données notamment la problématique de discrimination neutron gamma, ainsi que les méthodes de déconvolution de données et de reconstruction de spectre. Une attention particulière sera portée sur l’optimisation de la caractérisation des sources, avec l’intégration de l’information liée aux coïncidences neutron gamma spécifiques aux sources de type XBe.
Étude et modélisation de récepteurs acoustiques à réseaux de Bragg sur fibre optique
Le CEA List travaille depuis plusieurs années sur le développement de solutions de monitoring avancées exploitant des récepteurs acoustiques sur fibres optiques appelés réseaux de Bragg. Ces capteurs optiques présentent un fort potentiel pour la surveillance des structures à la fois par leur capacité d’intégration au sein des matériaux (béton, composite organique, métal) et leur capacité à être déployés en environnement difficile (embarqué, radiatif, haute température).
Un travail de postdoctorat est proposé afin de mener des travaux de modélisation de ces transducteurs à réseaux de Bragg en vue d’affiner la compréhension de leur sensibilité vis-à-vis des ondes élastiques guidées ultrasonores et d’aider au design d'un système de contrôle associé grâce à un placement intelligent des capteurs. In fine, l’objectif est de pouvoir simuler leur réponse au sein du logiciel de Contrôle Non Destructif Civa développé par le CEA List, et plus particulièrement via son module dédié au Structural Health Monitoring (SHM). Un tel travail contribuerait fortement à l’adoption et l’exploitation de cette technologie pour des applicatifs en Structural Health Monitoring.