Modélisation du comportement en corrosion des aciers inoxydables en milieu acide nitrique avec la température

La maîtrise du vieillissement des matériaux des équipements (principalement en acier inoxydable) de l'usine de recyclage du combustible nucléaire usé, fait l'objet d'une attention permanente notamment dans le cadre de la pérennisation de son activité (enjeu industriel majeur). Cette maîtrise passe par une meilleure compréhension des phénomènes de corrosion des aciers par l'acide nitrique (agent oxydant mis en jeu lors des étapes de recyclage), et in-fine par leur modélisation.
Les matériaux d’intérêt sont les aciers inoxydables austénitiques Cr-Ni, à très basse teneur en carbone. Une étude récente sur acier inoxydable riche en Si, qui a été développé dans le but d'améliorer la tenue en corrosion de ces aciers vis-à-vis de milieux très oxydants comme ceux rencontrés en certains endroits de l’usine [1, 2] ; a montré que la corrosion de cet acier était thermiquement activée entre 40 °C et 142 °C avec un comportement différent en-dessous et au-dessus de la température d’ébullition (107 °C) de la solution [3]. En effet, entre 40 °C et 107 °C, l’énergie d’activation est de 77 kJ/mol et au-dessus de l’ébullition, elle est beaucoup plus faible et vaut 20 kJ/mol. Cette différence peut être due à une barrière énergétique plus faible ou à une étape cinétiquement limitante différente.
L’enjeu de ce sujet post doctoral est de disposer d’un modèle de corrosion prédictif en fonction de la température (en deçà et au-delà de l’ébullition). Dans cet objectif, il sera important d’analyser et d’identifier les espèces impliquées dans le processus de corrosion (phase liquide et gaz) en fonction de la température mais aussi de caractériser les régimes d’ébullition. Ce modèle pourra expliquer la différence d’énergies d’activation de cet acier riche en Si en-dessous et au-dessus de la température d’ébullition d’une solution d’acide nitrique concentrée mais aussi permettra d’optimiser les procédés de l’usine où la température et/ou le flux thermique ont un rôle important.

Étude thermodynamique des matériaux à transition métal-isolant - Le cas du VO2 dopé pour les applications de fenêtres intelligentes

Ce post-doc vise à développer une base de données thermodynamiques spécifique sur le système V-O-TM (TM=Fe,Cr,W) en utilisant l'approche CALPHAD. Le candidat mènera des campagnes expérimentales afin d'obtenir des données pertinentes pour alimenter les modèles thermodynamiques. Le candidat utilisera principalement l'équipement expérimental disponible au laboratoire (DTA, fours de recuit, spectrométrie de masse à haute température, chauffage laser, SEM-EDS). En outre, le post-doc pourra participer à des activités combinatoires à haut débit menées par d'autres laboratoires du consortium Hiway-2-Mat (par exemple, ICMCB à Bordeaux), permettant une meilleure connexion entre les résultats de la simulation CALPHAD et la plateforme de caractérisation accélérée. La base de données thermodynamiques sera ensuite incluse dans la routine de recherche autonome mise en œuvre dans la voie d'exploration des matériaux.

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

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].

Eco-innovation de matériaux isolants par IA, pour la conception d'un futur câble à grande longévité, résilient, bio-sourcé et recyclable

Ce sujet s’inscrit dans un projet plus vaste à venir, pour la création, par IA, d’un nouveau câble électrique pour les futures centrales nucléaires, fiable et résilient ayant des capacités d’auto-réparation, notamment vis-à-vis de son vieillissement. L’objectif est de concevoir des câbles dont la durée de vie sera bien plus longue que les câbles existants dans un démarche d’éco-Innovation. Nous nous focalisons sur l’isolant de câble car c’est l’élément le plus critique pour l’application et le plus sensible au vieillissement. La solution actuelle est basée sur l’ajout d’additifs (antirads et antioxydants) dans cet isolant pour limiter les effets de l’irradiation et retarder au maximum son vieillissement. Mais il existe une autre solution qui n’a jamais encore été testée : les matériaux auto-réparant.
Le projet auquel est rattaché le sujet, a pour objectif la conception et la réalisation de plusieurs éprouvettes modèles d’isolant de câble adossé à des protocoles de caractérisation afin de vérifier le gain en terme de fiabilité et de résilience. Les résultats obtenus commenceront à alimenter une base de données de la future IA autour de la plate-forme Expressif, développée au CEA List, qui nous servira à concevoir le futur câble.

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.

Conception et fabrication de noyaux magnétiques à gradient de propriétés magnétiques

Dans le cadre des missions du CEA/LITEN sur le développement des énergies bas carbone et de l’efficacité énergétique des réseaux, le Laboratoire des Matériaux et Composants Magnétiques (LMCM) développe et fabrique des composants magnétiques haute fréquence (> 100 kHz) pour l'Electronique de Puissance. Aujourd’hui les composants passifs sont parmi les plus encombrants (~30-40% en volume du convertisseur) et ils sont responsables de près de 40 à 50% des échauffements. La diversité actuelle des formes de noyaux magnétiques et des technologies de bobinages permet de réaliser des gains incrémentaux sur l’intégration de ces composants mais une véritable rupture, en termes de compacité, pourrait être obtenue avec des procédés de mise en forme permettant la réalisation d’architectures optimales (en particulier à gradient de propriétés magnétiques) qui pourraient être atteintes à l’aide de la fabrication additive. Il existe alors une nécessité liée au dimensionnement de cette solution par simulation pour définir les caractéristiques cibles pertinentes permettant de passer à la fabrication et aux tests. Le post-doc est dune durée de 2 ans avec un salaire minimum de 40k€/an. Pour plus d'information suivre le lien suivant : https://liten.cea.fr/cea-tech/liten/Documents/Postdoc-Carnot-EF/AMbassador.pdf

Etude thermodynamique du système Nb-O-Zr pour le recyclage d'assemblages nucléaires

Lors du recyclage des combustibles nucléaires, les assemblages irradiés sont cisaillés en tronçons appelés coques. La matière nucléaire contenue dans les tronçons est dissoute en milieu acide et les éléments de structures et de gainage sont rincés puis compactés et conditionnés en colis CSD-C (Conteneur Standard de Déchets Compactés) relevant actuellement d’un stockage MA-VL dans CIGEO.
Le projet REGAIN (REcyclage des GAInes Nucléaires) est un projet soutenu dans le cadre du volet nucléaire de France Relance, dans la catégorie des « Solutions innovantes pour la gestion des matières et déchets radioactifs et la recherche d’alternatives au stockage géologique profond » . Il propose l’étude d’une solution alternative à la filière découlant du compactage des coques, dans le but d’optimiser la gestion des matériaux d’assemblage et de gainage irradiés. Cette solution repose sur une approche innovante et en rupture consistant à réduire le terme source radiologique des coques grâce à une succession d’opérations de décontamination dans l’objectif de limiter le volume de déchets ultimes : Une première étape de décontamination en actinides (An) et produits de fissions (PF) et une seconde étape de séparation du zirconium des produits d’activation de structure (PAS).
Afin d’alimenter les études sur le procédé industriel, une partie du projet REGAIN est dédié à la collecte et à l’établissement des données de base structurant les études du projet, à la fois sur des dimensions scientifiques, techniques et économiques.
Dans ce cadre, le CEA propose un post-doc avec l’objectif de développer une base de données thermodynamiques pour le système ternaire Nb-O-Zr à partir des données de la littérature et des données expérimentales collectées au sein du projet. Il sera possible au cours du projet de considérer la contribution d’une sélection de produits de fission. Le candidat pourra être amené à réaliser des expérimentations supplémentaires afin de compléter le jeu de données

Développement d’un outil de simulation du processus de piqûration d’un acier inoxydable utilisé pour l’entreposage des déchets nucléaires

Les déchets nucléaires de structure sont compactés dans des galettes, empilées dans un conteneur en acier inoxydable. Dans ces galettes de compactage sont placés différents matériaux de type métallique additionnés de matière organique, dont des déchets chlorés. Par dégradation radiolytique, ces derniers peuvent conduire à la formation de chlorure d’hydrogène HCl. Durant la phase d’entreposage, une humidité relative peut être présente au sein du conteneur, qui, additionnée au HCl, peut conduire à un phénomène de condensation, avec pour conséquence l’apparition, à la surface des matériaux, de condensats acides et concentrés en ions chlorures. Au contact de cet électrolyte acide et chloruré, un phénomène de piqûration est susceptible de s’amorcer à la surface d’un acier inoxydable. Il s’agit d’un phénomène local pouvant conduire au percement du matériau dans les cas extrêmes. L’amorçage de ce phénomène dépend de plusieurs facteurs : la morphologie de l’électrolyte, sa composition et son évolution dans le temps.
Si de nos jours ce phénomène est bien connu, le modéliser reste un défi majeur car il s’agit d’un problème multi physiques et multi paramètres couplés. De nombreuses questions restent ouvertes notamment au niveau des lois physiques et chimiques à utiliser ou comment représenter le processus de corrosion ?
L’objectif du post-doctorat est de développer un outil sous COMSOL capable de simuler l’amorçage et l’évolution dans le temps d’une piqûre à la surface d’un acier inoxydable. La démarche s’appuiera sur une modélisation mécaniste des processus (processus de transport de matière et ensemble des réactions chimiques et électrochimiques).
Le post doctorat se déroulera en plusieurs actions :
1-faire un état de l’art de la bibliographie afin de comprendre le phénomène de piqûration et d’identifier les lois nécessaires à la modélisation.
2-simuler la propagation de la piqûre pour établir un critère de propagation.
3-simuler l’amorçage du processus.

Détection de traces de stupéfiants dans la salive par électrochimioluminescence sur électrodes diamant

La consommation de stupéfiants devient un problème pour la sécurité routière car 23 % des décès routiers en France interviennent dans un accident impliquant au moins un conducteur testé positif. Ainsi, un objectif de la sécurité Routière en concertation avec les ministères concernés (Ministère des Transports, Ministère de l’Intérieur, Ministère de la Santé et Ministère de l’Economie) est d’améliorer la lutte contre l’insécurité routière liée à la consommation de stupéfiants. Il s’agit en particulier pour cela d’augmenter et de faciliter les contrôles routiers à l’aide d’un appareil portable dédié au contrôle de l’usage de stupéfiants en bord de route, à l’image de ce qui se fait déjà pour les tests d’alcoolémie à l’aide d’un éthylomètre. Un tel appareil n’est pas aujourd’hui disponible commercialement. Les prérequis principaux de cet appareil seront de fournir des résultats de confirmation fiables, immédiats et ayant valeur de preuve pour les tribunaux ainsi qu’un coût d’achat compatible avec le déploiement à grande échelle sur les réseaux routiers français. Dans ce contexte, le sujet d'étude proposé vise à étudier la détection possible de traces de stupéfiants dans la salive à partir de la méthode d'électroluminescence sur électrode diamant dopé bore. Cette méthode est jugée prometteuse pour une telle application car elle permet potentiellement d’atteindre des seuils de détection extrêmement bas et en accord avec les besoins législatifs, offre de multiples possibilités visant à atteindre une grande sélectivité envers les cibles chimiques, avec une grande capacité de miniaturisation d’équipement et un coût de revient d’appareil et de matières premières relativement faible en comparaison aux outils analytiques de type spectromètre de masse, IMS, etc.

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