Etude des sites d’amorçage de la rupture fragile dans des aciers faiblement alliés présentant des zones de ségrégation

La macro-ségrégation des éléments d'alliage et des impuretés dans les forgés lourds en acier type 16-20 MND 5 du Circuit Primaire Principal des centrales nucléaires conduit à des variations significatives des propriétés mécaniques et en particulier de la résilience ou de la ténacité. Cette macro-ségrégation se produit lors de la solidification du lingot et peut subsister, en partie, dans le composant malgré les chutages réalisés lors de la fabrication.
Jusqu’à un niveau de macroségrégation modéré, l’amorçage de la rupture fragile par clivage apparaît principalement sur des carbures situés à proximité de joints de grains. L’objectif principal de ce post-doctorat est d’étudier finement des sites d’amorçage de la rupture fragile pour identifier ces carbures et les conditions cristallographiques responsables de cet amorçage. Une analyse statistique sera ensuite menée pour identifier les populations de ces carbures repérés sur les sites d'amorçage au sein de la microstructure du matériau. Ces résultats serviront à alimenter un modèle d'approche locale de la rupture

Séparation cryogénique d'un mélange de gaz

L'exploitation d'une installation nucléaire au sein du CEA Valduc nécessite de mettre en oeuvre un procédé cryogénique pour séparer des espèces présentes dans un mélange gazeux. Le point notable est que le procédé doit permettre de séparer des espèces en très faible concentration, et sous différentes formes chimiques. Le procédé fait actuellement l'objet d'étude, et un prototype a été développé par le CEA sur le site de Grenoble. Le sujet de post-doctorat proposé consiste à participer à des essais sur le pilote et aux moyens d'analyses associées, puis de traiter les résultats obtenus. Le candidat s'insérera dans une équipe pluridisciplinaire, sur un sujet mêlant à la fois du génie des procédés, de la thermique / cryogénie et de l'analyse chimique d'éléments à l'état de trace. Les résultats obtenus sur les analyses de gaz à l'état de trace pourront être valorisés par des communications scientifiques.

L'objectif du post-doctorat sera de réaliser des essais de séparation sur le pilote. A ce titre, il sera amené à se rendre régulièrement sur le site du CEA Grenoble (lieu où se trouve le pilote) pour réaliser des campagnes d'essais. Le candidat travaillera également sur une thématique analyse, avec la mesure de composés à l'état de trace dans une matrice gazeuse. Une analyse des résultats sera ensuite réalisée, et suivie de la rédaction de documents scientifiques tels que des rapports et des communications scientifiques. L'ensemble des résultats devra permettre de définir de manière plus précise la faisabilité de la séparation envisagée et l'exploitation de ce procédé dans un environnement nucléaire.

Dans le cadre de ses missions, il est attendu du post-doctorant les qualités suivantes : capacité d'adaptation, travail en équipe, rigueur et capacité à rendre compte.

Modèle de rupture d'agglomérat et homogénéisation par simulations DEM : Calibration avec des micro-compressions tomographiques dans la ligne de faisceau de rayons X Soleil

Le processus de fabrication de la céramique de référence comprend trois étapes principales : le broyage, le pressage et le frittage. Le compactage des granulés pendant le pressage repose sur trois étapes principales de densification : le réarrangements par déplacement, le compactage par déformation et l'agglomération des fractures par compression. Ce projet de recherche vise à explorer l'influence de l'étape de pressage sur le comportement de la microstructure pendant le processus de frittage. L'étude porte sur une poudre composée d'agglomérats dont la microstructure est basée sur un mélange homogène de TiO2-Y2O3, TiO2 et Y2O3 sont respectivement utilisés comme substituants pour UO2 pour PuO2. Ces agglomérats cassable sont constitués de particules élémentaires incassables, synthétisés par granulation cryogénique (CGSP) [1].
Des études récentes menées sur la ligne Anatomix du synchrotron Soleil [2] ont validé les résultats des micro-compressions tomographiques, en accord avec la théorie de Kendall (Fig. 1). Les expériences comprenaient des essais de micro-compression cyclique unidirectionnelle sur des agglomérats soumis à un simple cycle de charge et de décharge jusqu'à la rupture.
Les post-traitements tomographiques ont permis de mieux décrire la porosité, et d'appréhender l'initiation et la propagation des fissures. Plusieurs études de simulation DEM ont également été utilisées pour explorer (modéliser ?) le comportement des agglomérats sous chargement dynamique ou quasi-statique avec et sans rupture, sans toutefois calibrer complètement le modèle de rupture [3], [4], [5].

Etude du comportement sismique des tuyauteries via des modèles mécaniques de différents niveaux de fidélité

Les tuyauteries font partie des équipements pour lesquels une attention particulière est portée dans le cadre du réexamen de sûreté ou de la conception des installations nucléaires. Les systèmes de tuyauterie des installations nucléaires sont conçus conformément aux codes, normes et réglementations, pour résister aux chargements qui se produisent ou pourraient se produire pendant la durée de vie nominale d’une installation. Ces systèmes doivent donc être conçus pour résister aux chargements accidentels tels que les séismes. Le retour d’expérience montre que les tuyauteries se comportent généralement bien en cas de séisme. Lorsque des défaillances sont observées, elles sont plutôt dues à un mouvement important des ancrages, à des matériaux fragiles, à des joints non soudés, à la corrosion, à des défaillances des supports de tuyauterie ou à des interactions sismiques. En pratique, pour pouvoir estimer le comportement sismique au-delà du niveau de dimensionnement et les risques de défaillance associés, l’ingénieur peut mettre en œuvre des modèles numériques impliquant des degrés de raffinement variés en fonction des besoins. Cette étude consiste à faire un bilan sur les capacités de modélisation numérique des tuyauteries sous séisme. Pour des raisons de temps de calculs, se sont souvent des modélisations globales de type poutre qui sont plébiscitées, en considérant des lois de matériaux simplifiées comme des lois de matériaux bilinéaires avec écrouissage cinématique. On connait les limitations « théoriques » de ces modélisations mais il est difficile d’avoir les idées claires concernant leurs limites d’applicabilité effectives en fonction du niveau de sollicitation et du dommage visé. Pour faire ce bilan, on propose d’interpréter, à l’aide de différents modèles numériques impliquant différents degrés de fidélité, les résultats de la campagne expérimentale menée par le BARC et qui a servi au benchmark MECOS (MEtallic COmponent margins under high Seismic loads).

Etude du transfert d’aérosols au travers de matériaux dégradés

Pour certaines familles de colis de déchets radioactifs, des liants hydrauliques sont utilisés pour établir une barrière confinante entre le cœur des colis de déchets et l’environnement. Les études de sûreté étudient des scénarios accidentels extrêmes pour cette phase (chutes, incendies …) qui peuvent conduire à une altération de la barrière confinante sous forme de fissurations. Il est alors important d’étudier la capacité de rétention de ces fissures vis-à-vis des particules radioactives.
Des études expérimentales ont été initiées avec la thèse d’A. Boccheciampe qui a étudié le cortège de particule (40µm) dans des fissures modèles artificielles (créés à l’imprimante 3D) par mesures microtomographie-3D.
L’objectif post-doctoral est de poursuivre cette thématique avec une approche identique à celles développées sur les études d’efficacité de filtres, afin d’investiguer les particules de diamètre plus faible, entre 0,05 et 5 µm. Les études quantitatives seront ainsi portées sur les flux amont et aval de particules de part et d’autre d’éprouvettes fissurées/dégradées, avec générateur d’aérosol, compteur granulomètre optique et analyseur U-SMPS. Des travaux de modélisation devront être entrepris.

Développement de résonateurs piézoélectriques adaptés à la conversion de puissance

Le CEA-Leti travail à l’amélioration des technologies de conversion d'énergie depuis plus de 10 ans. Notre recherche se concentre sur la conception de convertisseurs plus efficaces et compacts en exploitant les transistors à base de GaN, établissant ainsi de nouvelles normes en termes de commutations ultrarapides et de réduction des pertes d'énergie.
Dans le cadre de cette quête constante d'innovation, nous explorons des voies novatrices, notamment l'intégration de résonateurs mécaniques piézoélectriques. Ces dispositifs émergents, capables de stocker l'énergie sous forme de déformations mécaniques, offrent une perspective prometteuse pour une densité d'énergie accrue, en particulier à des fréquences élevées (>1 MHz). Cependant, la présence de modes de résonance parasites impacte l'efficacité globale du système. Nous avons donc besoin d’une personne ayant des compétences en mécanique, notamment vibratoire pour améliorer ces résonateurs micromécaniques fabriqués en salle blanche.
Vous serez accueilli à Grenoble au sein d’une équipe d'ingénieurs, chercheurs et étudiants (doctorants), dédiée à l’innovation pour l’énergie, qui mixte les compétences de la microélectronique et des systèmes de puissance de deux instituts du CEA, le LETI et le LITEN, au plus près des besoins de l'industrie (http://www.leti-cea.fr/cea-tech/leti/Pages/recherche-appliquee/plateformes/electronique-puissance.aspx).
Si vous êtes un esprit scientifique avide de relever des défis complexes, passionné par la recherche de solutions novatrices et prêt à contribuer à la pointe de la technologie, ce poste/projet représente une opportunité unique. Joignez-vous à notre équipe pour nous aider à repousser les frontières de la conversion d'énergie.

Références : http://scholar.google.fr/citations?hl=fr&user=s3xrrcgAAAAJ&view_op=list_works&sortby=pubdate

Comportement sismique d’un pont roulant

Les ponts roulants font partie des équipements d’installations industrielles pour lesquels il convient de porter une attention particulière. Ils sont en effet généralement situés en partie haute des ouvrages de génie civil et donc potentiellement soumis à des niveaux importants d’accélération en cas de séisme du fait de l’amplification induite par la structure porteuse. En conséquence, ils sont potentiellement sujets à des efforts significatifs et peuvent être la source d’efforts importants sur la structure de supportage. L’enjeu pour la sûreté est de se prémunir face au risque d’agression avec des équipements sensibles, en cas d’instabilité des éléments constitutifs du pont ou de la structure de supportage. Cette étude s’inscrit dans la continuité de deux précédentes campagnes d’essais qui ont été menées sur la table vibrante Azalée du laboratoire EMSI sur une maquette de pont roulant. Elle vise à fournir des modèles numériques validés de ponts roulants. Deux axes de recherche sont envisagés. Le premier axe consiste à compléter les campagnes d’essais « historiques » par des essais statiques sur la maquette pour justifier le recalage des modèles numériques. Le second axe consiste à exploiter, par confrontation essais/calculs, l’ensemble des essais qui ont été réalisés dans le cadre d’une campagne d’essais précédente et qui ont été réalisés à des fins d’analyse statistique.

Simulation HPC des propriétés mécaniques des électrodes dans les batteries Li-ion

Li-ion batteries are complex multi-physics systems in which chemical reactions, transport phenomena, and mechanical deformation are strongly coupled. The battery electrodes are composed of micrometric granular materials (the microstructure) where the lithium can insert and disinsert, a process that creates internal mechanical stress and strain in the materials and subsequent volumic changes. While it is currently observed that the coupling between electrochemical reactions and mechanical deformation at the microstructure level strongly impacts the battery performances, lifespan and safety, the origin of this impact is poorly understood. The global objective of this position is to better understand the coupling between mechanical deformations of the microstructure and the local conditions of lithium transport in the electrode. The study should lead to practical applications such as recommendation on the electrode design to increase life capability of Li-ion batteries.

Effets des tremblements de terre sur les installations souterraines

Le Centre industriel de stockage géologique (Cigéo) est un projet de centre de stockage géologique profond de déchets radioactifs à construire en France. Ces déchets seront placés dans des colis scellés dans des tunnels conçus à 500 mètres de profondeur. Les scellements sont constitués d'un mélange de bentonite et de sable qui présente une forte capacité de gonflement et une faible perméabilité à l'eau. Dans le cadre de la démonstration de la sûreté à long terme du dépôt, il doit être démontré que les structures de scellement peuvent remplir leurs fonctions sous chargements sismiques pendant toute leur durée de vie. Afin de garantir ce futur dépôt de déchets nucléaires, le CEA et l'Andra collaborent pour travailler sur les potentiels défis scientifiques et techniques.
La réponse des scellements souterrains aux séismes est complexe en raison de l'évolution spatiale et temporelle des propriétés hydromécaniques des milieux environnants et de la structure elle-même. Une modélisation précise du comportement nécessite donc un code numérique multiphysique couplé pour modéliser efficacement les réponses sismiques de ces structures souterraines pendant leur durée de vie estimée à 100 000 ans.
La recherche proposera donc une évaluation des performances de la modélisation numérique séquentielle et parallèle par éléments finis pour l'analyse sismique des installations souterraines profondes. Ensuite, elle effectuera un échantillonnage de données synthétiques pour tenir compte des incertitudes liées aux matériaux et, sur la base des résultats obtenus lors de l'évaluation précédente, elle effectuera une analyse de sensibilité en utilisant une méthode FEM ou un processus de métamodélisation. Enfin, les résultats et les connaissances acquises dans le cadre de ce projet seront traités et interprétés afin de fournir des réponses aux besoins industriels.

Méthodes robustes de pilotage indirect du chargement pour la simulation de structures en béton armé

Les algorithmes de pilotage indirect (« path-following ») sont généralement employées pour décrire des réponses structurales instables caractérisées par des « snap-backs » et/ou des « snap-troughs ». Dans ces formulations, l’évolution des actions extérieures (efforts/déplacements) est calculée pendant la simulation pour satisfaire un critère de pilotage donné. Adapter le chargement externe pendant le calcul est utile pour obtenir la solution du problème, mais également pour réduire le nombre d’itérations à convergence. Ce second aspect est d’une importance primordiale, notamment pour les calculs à grande échelle (c.-à-d., à l’échelle de la structure). Différentes formulations « path-following » ont été proposées dans la littérature. Malheureusement, un critère objectif pour choisir une formulation plutôt qu’une autre pour la simulation de la réponse de structures en béton armé (BA) (en présence de mécanismes dissipatifs différents et complexes) n’est pas encore disponible. Le travail proposé portera sur la formulation d’algorithmes de pilotage indirect du chargement adaptés pour simuler des structures BA.

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