Nouveaux alliages concentrés (HEA/CCA) pour des applications nucléaires : Résistance à la corrosion en sel fondu et à l’irradiation
Ce post-doctorat s’inscrit dans le cadre du programme national PEPR DIADEM, projet DIAMS (Métallurgie Numérique), dont l’objectif est d’accélérer la découverte de nouveaux matériaux en associant conception numérique et évaluation expérimentale. Les travaux portent sur le développement de matériaux destinés aux futurs réacteurs à sels fondus (MSR), dont le développement dépend fortement de la mise au point d’alliages capables de résister simultanément à la corrosion en sels fondus et à l’irradiation. Dans ce contexte, certaines familles d’alliages concentrés HEA-CCA (High Entropy Alloys ou Complex Concentrated Alloys) se distinguent par des performances supérieures à celles des matériaux conventionnels, notamment les aciers inoxydables austénitiques, en particulier vis-à-vis de la corrosion en sels fondus et des effets de l’irradiation.
Le ou la post-doctorant(e) interviendra en aval d’un projet de conception numérique d’alliages HEA-CCA mené à l’IMN (Nantes). Ce projet a permis d’identifier plusieurs compositions prometteuses, élaborées ensuite par métallurgie conventionnelle, puis caractérisées pour leur résistance à la corrosion en sels fondus et à l’irradiation aux ions sur la plateforme JANNuS Saclay. Jusqu’à présent, les essais ont été réalisés de façon séquentielle.
Dans le cadre du post-doc, un dispositif unique de corrosion in situ en sels fondus, nommé JANNuSel, sera opérationnel sur la plateforme JANNuS Saclay début 2026. Il permettra de tester le comportement sous corrosion et irradiation simultanées à la fois des alliages précédemment optimisés et élaborés par métallurgie conventionnelle, mais également d’alliages complémentaires élaborés par fabrication additive sur la plateforme SAMANTA.
Le poste est basé au CEA Saclay, au sein d’un environnement scientifique particulièrement riche. Le ou la post-doctorant(e) travaillera en interaction étroite avec l’IMN et les Mines Saint-Étienne.
Compréhension et modélisation des propriétés thermodynamiques et cinétiques du combustible MOX dans les réacteurs du futur
Cette étude s’inscrit dans le cadre des projets de Réacteur à Neutrons Rapides à caloporteur sodium. Le dioxyde d’uranium et de plutonium (U,Pu)O2, appelé MOX, est le combustible de référence. En fonctionnement, les pastilles de combustible sont soumises à un fort gradient thermique qui induit des phénomènes de transport, de thermo-diffusion et de vaporisation, couplés à des effets d’irradiation. Les codes de performance des combustibles sont développés pour simuler le comportement des aiguilles de combustible en condition nominale et incidentelle, jusqu’à la fusion.
L’objectif de cette étude est d’améliorer le modèle thermocinétique du MOX utilisé dans ces codes. Ce modèle repose sur la description du système U-Pu-O avec la méthode CALPHAD, couplée à une base de données de mobilités des éléments, développée avec le logiciel DICTRA. La description des défauts sera étendue avec l’introduction des lacunes métalliques et de clusters d’oxygène. La description des données thermodynamiques (potentiel d’oxygène et capacité thermique) et du diagramme de phase sera également améliorée en prenant en compte les données les plus récentes. Enfin, la base de données de mobilité, couplée au modèle Calphad, sera améliorée pour mieux décrire la diffusion dans le MOX. Les nouvelles données expérimentales mais aussi les données calculées par des méthodes de calcul à l’échelle atomique (dynamique moléculaire, ab-initio) seront utilisées.
Capteurs électrochimiques à base de diamant pour le contrôle de la pollution de l'eau en milieux urbains
Ce postdoc est proposé par le CEA List dans le cadre du projet européen UrbaQuantum (« A novel, integrated approach to urban water quality monitoring, management and valorisation ») de l’appel à projet HORIZON-CL6-2024-ZEROPOLLUTION-02. Ce projet a pour objectif principal de développer, en réponse aux contexte des changements climatiques, des capteurs, des modèles et des protocoles pour une meilleure gestion du cycle de l’eau en milieux urbains.
Le post-doctorant au sein du Laboratoire Capteurs et Instrumentation pour la Mesure (LCIM) du CEA List contribuera au développement des capteurs électrochimiques à base de diamant de synthèse et des protocoles de mesure associés pour la détection de polluants de types pharmaceutiques, métaux lourds, PFAS et pesticides. Ces capteurs seront miniaturisés et intégrés dans une cellule microfluidique, en partenariat avec le CEA-Leti, puis testés en conditions réelles sur le terrain.
Elaboration et caractérisation d'un matériau composite oxyde/oxyde
Les composites fibreux à matrice céramique (CMC) sont une classe de matériaux qui combinent de bonnes propriétés mécaniques spécifiques (propriétés rapportées à leur densité) à une bonne tenue à haute température (> 1000 °C) même sous atmosphère oxydante. Ils sont généralement constitués d’un renfort fibreux carbone ou céramique et d’une matrice céramique (carbure ou oxyde).
L’étude proposée porte sur la mise au point d’un procédé d’élaboration de CMC oxyde/oxyde à fibres longues et/ou courtes possédant des propriétés diélectriques, thermiques et mécaniques adaptées.
Synthèse, caractérisation et modélisation moléculaire des phases M-(A)-S-H
Le principal produit d’hydratation des ciments à base de magnésium et silicate est le silicate de magnésium hydraté (M-S-H), dont la composition évolue avec le temps et les interactions environnementales [réfs. 1,2]. Les rapports Mg/Si varient de 0,67 à 1,5, avec une teneur en eau variable et une possible incorporation d’aluminium. Les modèles atomistiques des phases M-(A)-S-H restent largement inexplorés [réf. 4], et la plupart de leurs propriétés sont encore inconnues, ce qui complique l’établissement de relations composition–propriétés.
Ce projet vise à élucider la structure atomique des silicates de magnésium hydratés (alumino)silicatés (M-(A)-S-H), en combinant techniques expérimentales et simulations atomistiques, et à estimer leurs propriétés mécaniques. L’étude se concentrera sur des compositions de M-(A)-S-H pertinentes pour les applications nucléaires ou les matrices cimentaires bas carbone
Etude de la THERmodiffusion des Petits Polarons dans UO2
Le sujet est publié sur le site recrutement de CEA à l'adresse suivante :
https://www.emploi.cea.fr/offre-de-emploi/emploi-post-doctorat-etude-en-ab-initio-de-la-thermodiffusion-des-petits-polarons-dans-UO2-h-f_36670.aspx
Module PV réparable intégrant un élément de délamination par ultrason
Les panneaux photovoltaïques (PV) ont une durée de vie limitée en raison de la dégradation de leur performance, de défauts opérationnels ou de facteurs économiques. D’ici dix ans, des millions de tonnes de panneaux PV deviendront des déchets, posant des défis environnementaux et sociétaux significatifs. L'Union Européenne a reconnu ce problème par la directive WEEE pour la gestion des déchets électriques et électroniques.
Les modules PV sont des assemblages complexes contenant des matériaux critiques tel que l'argent et des polluants persistants comme les polymères fluorés. De plus, le verre et le silicium mis en œuvre présentent une empreinte carbone élevée, rendant le réemploi essentiel pour atténuer l'impact environnemental. Diverses techniques de démantèlement sont explorées pour extraire les métaux, les polymères et le verre. Les objectifs concernent la sélectivité et le rendement des procédés, la pureté des matériaux obtenus. Pour renforcer la durabilité du photovoltaïque, la gestion des modules dans une vision d'économie circulaire est essentielle.
Le CEA/LITEN mène des recherches sur les méthodes de délamination pour améliorer la qualité des matériaux recyclés. Dans ce postdoctorat, nous explorerons la capacité des ultrasons pour le démantèlement ou la réparation des modules PV. Le développement d'un modèle numérique pour comprendre les phénomènes de vibration dans les panneaux PV permettra la conception d'un outil pour un couplage efficace. En plus de la modélisation et de la mise en place de l'outil, nous explorerons de nouvelles architectures de modules PV en intégrant des couches composites sensibles aux ultrasons. L'évaluation de divers phénomènes induits tels que la transmission optique et le comportement thermomécanique fera partie de l'étude. Ce projet tirera parti d'un environnement scientifique de haut niveau, avec une expertise en modélisation numérique thermomécanique, en conception de modules PV et en fabrication de prototypes.
Développement d'une nouvelle génération d'adhésifs polymères réversibles
Les adhésifs polymères sont des systèmes généralement réticulés utilisés pour lier deux substrats durant toute la durée de vie d’un assemblage pouvant être multimatériau et ce pour de multiples applications. En fin de vie, la présence d’adhésifs rend difficile la séparation des matériaux ainsi que leur recyclage, du fait de la difficulté de détruire la réticulation de l’adhésif sans traitement chimique ou thermique agressif également pour les substrats liés.
Dans ce cadre, le CEA développe des adhésifs à recyclabilité augmentée, et ce via l’intégration de la recyclabilité dans les structures chimiques dès la synthèse des réseaux polymères. Une première approche consiste à intégrer à des réseaux polymères des liaisons dynamiques covalentes, échangeables sous stimulus généralement thermique (par exemple des vitrimères). Une seconde consiste à synthétiser des polymères dépolymérisables sous un stimulus spécifique (polymères auto-immolables) ayant la capacité de réticuler.
Dans ce contexte, le.a post-doctorant.e développera 2 réseaux utilisables en tant qu’adhésif à recyclabilité augmentée. Un premier réseau se basera sur une chimie dépolymérisable sous stimulus déjà développée sur des chaines linéaires de polymère, devant être transposée à un réseau. D’autre part, un second réseau vitrimère sera synthétisé sur la base de travaux précédents au CEA. L’activation de l’échange de liaisons dans ce réseau se fera via un catalyseur dit photolatent, activable par UV et permettant d’obtenir un adhésif à stimulus UV et thermique. Le choix, la synthèse de ces catalyseurs et leurs impacts sur l’adhésif seront l’objet de l’étude réalisée. Les catalyseurs obtenus pourront également être utilisés comme déclencheurs de la dépolymérisation du premier système dépolymérisable sous stimulus.
Impact de la microstructure dans le dioxyde d’uranium sur de l’endommagement balistique et électronique
Lors de l'irradiation en réacteur, les pastilles de combustible subissent des modifications microstructurales. Au-delà de 40 GWd/tU, une structure High Burnup Structure (HBS) apparaît en périphérie, où les grains initiaux (~10 µm) se subdivisent en sous-grains (~0.2 µm). Près du centre, sous haute température, des sous-grains faiblement désorientés se forment. Ces évolutions résultent de la perte d'énergie des produits de fission, générant des défauts tels que dislocations et cavités. Pour étudier l'effet de la taille des grains sur ces dommages, des échantillons de UO2 nanostructurés seront synthétisés au JRC-K par frittage flash. Des irradiations ioniques seront menées à JANNuS-Saclay et GSI, suivies de caractérisations (Raman, MET, MEB-EBSD, DRX). Le postdoctorat se déroulera au JRC-K, CEA Saclay et CEA Cadarache sous encadrement spécialisé.
Elaboration et caractérisation d'un composite oxyde/oxyde
Les composites fibreux à matrice céramique (CMC) sont une classe de matériaux qui combinent de bonnes propriétés mécaniques spécifiques (propriétés rapportées à leur densité) à une tenue à haute température (> 1000 °C) même sous atmosphère oxydante. Ils sont généralement constitués d’un renfort fibreux carbone ou céramique et d’une matrice céramique (carbure ou oxyde).
L’étude proposée porte sur la mise au point d’un CMC oxyde/oxyde à matrice faible possédant des propriétés diélectriques, thermiques et mécaniques adaptées.
Cette étude se fera en collaboration avec plusieurs laboratoires du CEA Le Ripault