Membranes conductrices protoniques à base de réseaux interpénétrés de polymères pour piles à combustible
Ce sujet se place dans le cadre du développement des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), et a plus précisément pour objectif d’améliorer leur performance et leur durée pour un fonctionnement au-dessus de 100°C à faible humidité relative.
Les membranes perfluorosulfonées de type Nafion® constituent la référence pour la PEMFC du fait qu’elles présentent à la fois une conductivité protonique élevée à l’état hydraté ainsi qu’une bonne stabilité chimique. Néanmoins, leur conductivité protonique à une humidité relative inférieure à 70% chute, notamment au-dessus de 100°C, en raison d’une densité de groupements conducteurs trop faible. Cette caractéristique constitue une limitation majeure pour leur utilisation dans les conditions de fonctionnement propres au cahier des charges de l’application automobile. Avec ce type de polymère, l’augmentation de la densité de groupe sulfonique se traduit par une diminution de la stabilité mécanique et dimensionnelle des membranes. Or, cette stabilité est déjà faible et pose des problèmes de durée de vie. L’objectif de ce sujet est de réaliser de nouvelles structures de membrane à base de réseaux interpénétrés de polymères permettant de lever l’antagonisme entre conduction protonique et stabilité mécanique. Cette stratégie, récemment brevetée par le CEA (brevet n°08 06890), repose sur l’association de deux réseaux de polymères imbriqués l’un dans l’autre, l’un sulfoné conférant les propriétés de conduction et l’autre fluoré conférant la stabilité chimique et mécanique.
Le post-doctorant fabriquera les membranes et caractérisera leurs propriétés mécaniques, de conduction protonique, de perméabilité aux gaz. Il évaluera également leurs performances et leur durée de vie en pile à combustible.
Développement de procédés de nanoimpression sur substrats souples pour applications optiques et électroniques
Ce sujet a pour objectif de développer des procédés de nanoimpression spécifiques pour divers matériaux et de les appliquer pour la réalisation de divers composants sur film plastique. Plusieurs thématiques seront abordées au travers de différents matériaux, qu’ils constituent le substrat lui-même, ou qu’ils consistent en une couche plus ou moins fine déposée sur un film plastique flexible. Une liste non exhaustive de ces matériaux est présentée ci-après. Ils correspondent à divers applications potentielles. Dans le domaine de l’électronique, des procédés d’impression de matériaux diélectriques seront étudiés. Des substrats particuliers seront également pressés pour la réalisation d’OTFTs. Dans le domaine de l’optique, la structuration de plusieurs polymères conducteurs présentant des propriétés optiques particulières est envisagée pour diverses applications. Certains de ces polymères font partie de la famille des PEDOT utilisés également dans le domaine du photovoltaique. La structuration d’empilements de polymères sera explorée pour la réalisation de structures 3D.
Enfin la possibilité d’imprimer des films de polymères chargés en nanoparticules sera aussi
analysée.
Procédé DEM’N’MELT : Optimisation des conditions de fonctionnement par modélisation
Dans le cadre du projet PROVIDENCE (Plan Relance, France), le procédé DEM'N'MELT a été développé dans le but de proposer et de commercialiser une solution de traitement et de conditionnement de déchets de haute et moyenne activité aux opérateurs de sites en démantèlement ou en remédiation, en France et à l’étranger. Dans ce cadre, des études d'optimisation de fonctionnement du procédé ont été entreprises.
Le candidat devra prendre en main les logiciels utilisés (Fluent, Workbench, SpaceClaim, Meshing), pour s’approprier les modèles existants. Les modèles devront évoluer pour :
o prendre en compte des points de mesure supplémentaires pour calibrer le modèle
o étudier la sensibilité du système aux propriétés physiques du verre
o optimiser la conduite du four et gérer la capacité d’alimentation en fonction du niveau de remplissage
o ajouter une agitation du bain de verre.
Le candidat pourra d’appuyer sur les compétences du Laboratoire LDPV, à la fois expérimentalement et en modélisation.
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.
Etude de la cinétique de l’effet biocide de films alimentaires à base de nano cellulose – approche safer by design
Ce projet est basé sur l’étude de la cinétique de l’effet biocide d’un film alimentaire à base de nanocellulose. En insérant une particule d’halloysite ayant la forme d’un feuillet replié sur lui-même dans la nanocellulose, nous espérons créer un réservoir de NPs (Ag ou ZnO) à effet biocide à l’intérieur et donc allonger la durée de cet effet dans le temps. Ce projet couvre toutes les étapes depuis la synthèse du film alimentaire, sa nanocaractérisation et jusqu’à l’étude de ses effets toxicologiques sur les bactéries. In fine, le but est de trouver la ou les fonctionnalisations des halloysites prolongeant le plus possible l’effet biocide et de le transposer par la suite à d’autres types de matériaux.
Elaboration de nanofils Si pour des applications en microélectronique
La réalisation de capacités intégrées présentant une forte capacité surfacique nécessite un déploiement de la surface des électrodes. Dans ce travail, nous proposons d’augmenter cette surface spécifique en intégrant dans les capacités des nanofils de Si.Une première partie de ce travail sera consacrée à l’étude de compréhension et à l’optimisation du procédé de croissance de nanofils de silicium par CVD. En parallèle, les propriétés des nanofils de silicium obtenus par gravure électrochimique seront évaluées et seront comparés à celles des nanofils obtenues par CVD. Selon les caractéristiques électriques obtenues, différentes stratégies (métallisation, silicuration…) seront envisagées afin d’améliorer leur conductivité électrique.
Développement d'un dispositif expérimental pour l'étude de l'endommagement solide des métaux
Le(la) candidat(e) retenu(e) aura pour objectif de participer à la mise au point d'un dispositif expérimental permettant d'étudier le développement de l'endommagement dans une structure métallique (anneau) en expansion dynamique. Actuellement, un travail de thèse mené au CEA/Gramat [1] a conduit au développement d'un dispositif expérimental permettant d'étudier l'expansion dynamique d'un anneau métallique et d'en observer sa fragmentation. La configuration est, pour le moment, limitée à une gamme de vitesses et de géométries qu'il convient d'étendre. La première partie du travail du post-doctorat, s'appuyant sur une expertise à la fois expérimentale et numérique, vise à adapter le dispositif expérimental actuel afin d'atteindre des configurations pertinentes au regard des besoins liés à la caractérisation du modèle d'endommagement. Une attention toute particulière sera aussi portée sur la spécification et la mise en oeuvre des diagnostics expérimentaux in situ et post-mortem. Dans un second temps, le(la) candidat(e) concevra les géométries de cibles et mènera les expériences associées permettant la validation du modèle d'endommagement. Les résultats obtenus devront permettre au CEA d’évaluer et d'enrichir sa capacité de compréhension et de modélisation des phénomènes d'endommagement et de fragmentation via notamment la simulation numérique.
[1] F. Gant et al., Plate-impact-driven ring expansion test (PIDRET) for dynamic fragmentation. Proceedings of the 13rd DYMAT Conference, 2021.
Caractérisation d’alliages de vanadium
Les alliages de vanadium, largement étudiés dans le cadre d’application dans les réacteurs de fusion, sont envisagés pour constituer le gainage du combustible dans les futurs réacteurs rapides refroidis au sodium ou au gaz. Le CEA a donc lancé en 2009 un programme visant à statuer d’ici fin 2012 sur les potentialités de tels matériaux au regard du cahier des charges des réacteurs rapides.
Une étude préliminaire de plaques de V-4Cr-4Ti a été réalisée au DMN/SRMA/LA2M (i) sur une nuance de référence japonaise et (ii) sur une nuance spécifiquement fabriquée pour cette étude. On s’est en particulier focalisé sur la structure de recristallisation du matériau après mise en forme (morphologie, taille des grains, effet de la température) et la microstructure fine (précipités nanométriques de Ti(O,C,N) ). En 2011, la fabrication de tubes est envisagé pour se rapprocher de l’objet gaine final. Le travail post-doctoral proposé vise à suivre les fabrications et à préciser l’impact du procédé sur la microstructure, les paramètres de recristallisation et les propriétés mécaniques.