Le sujet sera publié sur poem à l'adresse suivante prévue:
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
Le détail de l'offre (en français et anglais) se trouve à la fin de la PJ
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.
Le candidat travaillera au CEA LITEN sur l’élaboration de monocristaux de pérovskites organiques-inorganiques. Les protocoles de cristallogenèse par voie liquide s’inspireront de travaux préliminaires issus de plusieurs stages et thèses au laboratoire. L’étudiant fera varier la structure du matériau, sa composition chimique ou le dopage de manière à optimiser les performances en scintillation et détection directe pour la détection des neutrons rapides. Les meilleures compositions sélectionnées sur la base de leurs propriétés structurales, optiques et en réponses sous rayons X, seront ensuite intégrées en détecteurs et caractérisées sous flux et énergies neutroniques variés. Leurs performances et tenues sous irradiations seront étudiées et comparées aux matériaux existants.
Titulaire d’un doctorat en matériaux ou chimie, avec une capacité à travailler avec des équipes multidisciplinaires (collaboration avec les équipes du CEA LETI à Grenoble, IRESNE à Cadarache et LIST à Saclay), une bonne autonomie et enfin de bonnes compétences organisationnelles seront des atouts majeurs pour mener à bien cette mission.
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.
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.
L’objectif de cette étude est de « nucléariser » l’« expérience de DHC » développée dans le cadre de la thèse de Pierrick FRANCOIS (2020-2023), permettant de créer dans des conditions de laboratoire le phénomène de DHC sur des gaines de Zircaloy, afin de déterminer la ténacité de ce matériau en cas de DHC : K_(I_DHC ).
Le terme « nucléariser » désigne le processus d’adaptation de l’expérience pour pouvoir tester des matériaux irradiés dans des enceintes dédiées (appelées cellules blindées), où les matériaux sont testés via des bras télémanipulateurs. Les protocoles décrits dans la thèse de Pierrick François devront donc être adaptés, si possible simplifiés, pour pouvoir être transposés en cellules blindées. Cela nécessitera des échanges approfondis avec les personnes en charge des essais, et l’utilisation des outils de simulation numérique développés dans le cadre de cette même thèse. Le développement de cette procédure en cellule blindée sera utilisé par le post-doctorant afin de qualifier le risque de DHC lors de l’entreposage à sec des assemblages combustible en quantifiant la ténacité en DHC après irradiation du gainage.
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
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.
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.
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