Propriétés thermiques de structures 3D en nitrure d'Aluminium dédiées au packaging électronique
Le postdoc de 12 mois s'inscrit dans le projet global 3DNAMIC, financé par la région Occitanie et associant la plateforme Matériaux du département DRTDOCC et le laboratoire Laplace. Une thèse a démarrée en décembre 2024 visant "l'Etude et la caractérisation des céramiques 3D en nitrure d'aluminium pour le packaging et la gestion thermiques de composants électroniques.".
Le postdoc doit débuter en septembre 2026 avec comme objectifs principaux:
Objectif 1 : Réaliser une analyse comparative des propriétés thermiques des céramiques produites par des éléments AF et sur des structures modèles à l'aide de différents matériaux disponibles dans la plateforme matériaux du CEA.
Objectif 2: Proposer, qualifier et valider, numériquement puis expérimentalement, des structures de dissipation thermique pour les céramiques obtenues par FA dans le cadre du projet 3DNAMIC.
Etude thermodynamique de matériaux photoactifs pour les cellules solaires
Le développement de la production d'énergie électrique par la voie solaire photovoltaïque nécessite la mise au point de nouveaux matériaux pour la conversion du rayonnement solaire en paires électrons-trous. Les pérovskites hybrides organiques-inorganiques (HOIP), de type CsPbI3 avec des substitutions notamment de Cs par des ions formamidinium (FA) et/ou méthylammonium (MA) sont apparues comme des matériaux très prometteurs en termes de performances et de fabrication. Les substitutions de Cs par des éléments comme Rb, de Pb par Sn et I par Br sont également évoquées pour améliorer la stabilité ou les performances. La synthèse et l’optimisation de la composition de couches de tels matériaux nécessitent une meilleure connaissance de leurs propriétés thermodynamiques d'équilibre et de leur stabilité. L'objectif est de construire un modèle thermodynamique du système Cs-Rb-FA-Pb-Sn-I-Br. Le projet a débuté par le ternaire Cs-Pb-I qui a donné lieu à un article [1]. L'étape suivante portera sur le système ternaire Cs-Pb-Br puis sur le quaternaire Cs-Pb-I-Br. La démarche utilise la méthode CALPHAD, centrée sur la construction d'une base de données et d'une formulation analytique de l’énergie de Gibbs des phases, capable de reproduire les données thermodynamiques et de diagramme de phase. Une revue critique des données de la littérature permet d'initialiser cette base de données et d’évaluer les données manquantes qui sont ensuite acquises par des expériences et par des calculs de DFT.
Suivi in situ 4D de l'évolution microstructurale dans des simulations atomistiques
Les progrès exponentiels du calcul haute performance ont permis le développement de simulations atomistiques à très grande échelle, capables de modéliser des systèmes contenant des milliards, voire des milliers de milliards d’atomes. Cependant, ces simulations génèrent des volumes de données colossaux, rendant le stockage et le post-traitement classiques de plus en plus coûteux et limitants. L’analyse in situ, réalisée directement pendant la simulation, apparaît alors comme une solution essentielle pour réduire le volume de données enregistrées, en ne conservant que l’information pertinente.
Dans ce contexte, le suivi 4D (espace et temps) de l’évolution microstructurale des matériaux soumis à des conditions extrêmes constitue un enjeu scientifique majeur. Les simulations atomistiques offrent une résolution spatiale permettant l’observation détaillée des défauts cristallins tels que les dislocations, le maclage, les lacunes et les pores, qui jouent un rôle clé dans les transformations de phase, la plasticité, la fusion/solidification et l’endommagement des matériaux. Le suivi temporel de ces structures permet d’analyser leurs mécanismes de formation, d’évolution et d’interaction, ainsi que leurs corrélations spatiales et temporelles.
Ce travail s’appuie sur la plateforme de calcul exaNBody et sur une méthode de clustering in situ développée dans le code ExaStamp, basée sur la projection des données atomiques sur une grille eulérienne 3D et leur traitement en temps réel. L’objectif est d’étendre cette approche à une dimension temporelle complète afin de suivre l’évolution des clusters en 4D. Cette extension permettra une analyse dynamique par graphes, offrant un accès aux propriétés temporelles des structures, à leurs trajectoires et à leurs comportements collectifs. À terme, ces avancées contribueront à améliorer la compréhension des mécanismes microscopiques hors équilibre et à développer des modèles prédictifs plus précis en science des matériaux.
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.
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
Etude d'un système de stockage K-ion bas coût : Electrolyte, Sécurité et prototypage
Le projet UPBEAT (France 2030) vise à développer une technologie potassium-ion bas coût et exempte de matériaux critiques et capable de fournir les performances de cellules Li-ion de type LiFePO4. Le travail proposé au post-doctorant s'inscrit dans cette optique : il consistera à développer des électrolytes liquides organiques optimisés pour ce nouveau système (Blanc de Prusse vs. Graphite), en étudiant les sels, les solvants et les additifs les plus prometteurs, tout en conservant les objectifs de coût et de durabilité. Les solutions proposées (avec et sans fluor) seront formulées, caractérisées et testées électrochimiquement dans des cellules complètes (piles boutons et sachets souples incluant une optimisation des composants) pour mesurer, entre autres, leurs efficacités sur la durée de vie et les réponses en puissance. La compréhension des effets des différents composants sera amenée par des mesures operando et des caractérisations post-mortem. Les systèmes qui répondront le mieux aux exigences du projet feront également l'objet d'essais abusifs permettant de juger de la sécurité du système final.
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
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.