Conception moléculaire pour la synthèse de Verre Organique Scintillant
Les scintillateurs organiques ont de nombreuses applications cruciales dans les domaines de la sécurité, de la médecine nucléaire et de la physique des hautes énergies. Ces dernières années, les verres organiques scintillant(OGS) ont montré des performances accrues par rapport aux scintillateurs plastiques traditionnels ou aux monocristaux organiques. L'objectif de ce projet est de synthétiser et de caractériser une nouvelle classe de molécules pouvant former un solide amorphe. La phase amorphe (verre organique) sera favorisée par une conception moléculaire innovante qui se concentrera sur des molécules ramifiées ayant un haut degré de mobilité ou un grand nombre de conformères stables pour rendre la cristallisation difficile. Nous envisageons également d'utiliser des fluorophores portant des groupements très volumineux pour limiter les interactions de p-p, empêchant ainsi l'empilement régulier et favorisant la phase amorphe. Ces molécules contiendront des unités aromatiques tels que le benzène, le biphényle, le diphényl oxazole et le naphtalène, nécessaires au processus de scintillation. Dans ce projet, nous visons à développer deux familles différentes de potentiels OGS :
Fluorophores connectés par des liens alkyl, ou oxyde d'éthylène, de différentes longueurs : Un défi majeur résidera dans l'établissement de voies de synthèse efficaces et évolutives adaptées à la production à l'échelle du gramme. L'approche proposée inclut des réactions de couplage croisé, des étapes d'hydrogénation sélective et d'autres techniques organométalliques établies.
Fluorophores à simple benzène (SBFs) : Les SBFs représentent une classe de composés émergents prometteurs pour le développement des OGS. Leur petite taille, leurs structures facilement ajustables et leur potentiel d'assemblage covalent en font des blocs de construction attrayants. Une partie de ce projet sera dédiée à la conception d'architectures moléculaires incorporant ces fluorophores et favorisant la formation de p
Potentiel numérique pour les métaux à deux températures
L'avènement des lasers femtosecondes a apporté un nouvel éclairage sur la physique hors équilibre. L'absorption rapide d'énergie par les électrons et leur transfert d'énergie subséquent vers le réseau cristallin entraînent des états hors équilibre de la matière, déclenchant une nouvelle classe de processus non thermiques, depuis les solides ambiants jusqu'aux conditions extrêmes de température et de pression. L'interaction dynamique entre les électrons et la structure atomique est la question centrale qui sous-tend les transitions de phase ultrarapides. Cependant, l'échelle de temps des transitions de phase et le mécanisme microscopique à l'origine de la fusion ne sont pas encore bien compris. La dynamique moléculaire classique est bien adaptée pour répondre à cette question, mais les potentiels classiques ont une capacité limitée à décrire les phénomènes induits par la structure électronique. La dynamique moléculaire basée sur la DFT pourrait surmonter cette limitation, mais elle ne peut pas atteindre le nombre d'atomes nécessaire pour fournir une image réaliste. Les potentiels d'apprentissage automatique adaptés aux simulations DFT peuvent combler cette lacune. Comme le potentiel d'interaction entre les atomes dépend de leur température électronique, nous proposons d'apprendre et d'intégrer cette dépendance directement dans le MLIP. Ensuite, le modèle à deux températures, dans lequel l'équation de diffusion pour la température électronique est résolue sur une grille et le mouvement ionique est résolu à l'aide de la MD, sera utilisé pour étudier les effets hors équilibre sur la dynamique de la fusion. En particulier, la MD à grande échelle sera utilisée pour simuler la fusion d'une cible en or complète (de quelques dizaines de nm de longueur) sous absorption laser.
Criblage haut-débit de matériaux semi-conducteurs par PVD
Les pérovskites d'halogénure de plomb constituent une classe de matériaux semiconducteurs émergente qui démontre d’un fort potentiel applicatif pour le photovoltaïque. Malgré leurs performances prometteuses, les craintes liées au rejet de plomb toxique dans l'environnement restent un frein majeur au développement à grande échelle de cette technologie.
Ce projet de 24 mois vise à optimiser le procédé de croissance de couches minces de doubles pérovskites sans plomb par PVD (Physical Vapor Deposition) pour une application en photovoltaïque. Une approche à haut-débit sera mise en place pour cette étude, à la fois au niveau du procédé de croissance que de la caractérisation des couches.
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.
Investigation Expérimentale et Modélisation Thermodynamique des Phases du Corium Formées lors d’Accidents Nucléaires Sévères (24 mois)
Lors d'accidents graves dans des réacteurs à eau sous pression, le combustible en dioxyde d'uranium (UO2) réagit avec la gaine en zirconium et la cuve en acier, formant un mélange de phases liquides et solides appelé "corium en cuve". En cas de rupture de la cuve, ce corium se propage et réagit avec la dalle en béton pour former le "corium hors cuve". Ce phénomène s'est produit lors des accidents de Tchernobyl et de Fukushima. Pour simuler ces différentes étapes, les codes multi-physiques nécessitent des données thermodynamiques et thermophysiques précises sur les diverses phases du corium. Ce projet vise à combler ce manque de données grâce à des mesures expérimentales et à de la modélisation. Les travaux consisteront à synthétiser des échantillons, à mesurer les températures liquidus et solidus et les densités des liquides, ainsi qu’à caractériser les échantillons à l’aide de techniques avancées. De plus, le dispositif de chauffage laser combiné à la lévitation aérodynamique (ATTILHA) utilisé pour l’acquisition des données sera amélioré. Les résultats expérimentaux seront comparés aux modèles thermodynamiques (base de données TAF-ID), et les écarts seront résolus en utilisant la méthode CALPHAD. Les données thermophysiques seront également validées à l'aide de simulations atomistiques et d'autres techniques de mesure.
Impact de l’environnement de stockage sur l’altération sous eau d’apatites substituées en iodate et/ou carbonate pour le confinement de radionucléides à vie longue
Aujourd’hui, lors du retraitement des combustibles nucléaires usés, l’iode 129 et le carbone 14, deux radionucléides à vie longue, sont gérés par un rejet réglementé. Le projet D-CLIC, financé dans le cadre des actions France 2030, est un projet innovant qui vise à proposer une méthode de conditionnement de l’iode 129 et du carbone 14 dans la structure cristalline d’apatites phosphocalciques. La qualification de ce mode de conditionnement constitue un enjeu scientifique et environnemental. L’un des objectifs est notamment de valider sur matériaux inactifs le comportement à long terme de telles matrices dans des environnements pouvant être rencontrés sur un futur site de stockage en couche géologique profonde. La mission confiée au candidat sera de préciser l’altération de ces phases cristallines sous conditions aqueuses saturées pour deux types d’environnements, un premier représentatif du quartier de stockage des déchets de moyenne activité à vie longue (MAVL) et un second, représentatif du quartier de stockage des déchets de haute activité (HA), en fonction de différents paramètres intrinsèques et extrinsèques.
Developpement Accéléré de Matériaux résistants aux SELs fondus chlorures
Le développement accéléré de matériaux est un enjeu majeur pour toutes les industries et la résistance à la corrosion est d’autant plus importante pour les problématiques d’économies des ressources. Aussi, ce projet vise à estimer la résistance à la corrosion d’alliages FeNiMnCr dans un sel de chlorure en application aux réacteurs nucléaires à sels fondus en collaboration avec l’’université du Wisconsin qui a largement montré sa compétence dans le développement accéléré de matériaux pour les réacteurs à sels fondus de fluorures et de chlorures. Dans le cadre de ce post-doc, des dizaines d’échantillons d’alliages modèles quaternaires FeNiMnCr seront synthétisés par fabrication additive à l’université du Wisconsin en faisant varier la composition de sorte à cartographier au mieux l’intégralité du tétraèdre de composition. Ces échantillons ainsi qu’une nuance NiCr corrodée dans une large gamme de chimie du sel seront ensuite corrodés au CEA. L’intérêt de ces expérimentations est d’une part d’obtenir en très peu de temps (1.5 ans) une large base de donnée de corrosion sur les alliages FeNiMnCr mais aussi de cribler l’effet d’une large gamme de composition de sel sur un alliage modèle NiCr. Enfin ces expérimentations permettront de cibler les meilleurs matériaux pour étudier leurs mécanismes de corrosion.
Etude d'une plateforme d'étalonnage des diagnostics plasma de rétrodiffusion
Ce post-doctorat s'inscrit dans un objectif long terme de disposer de mesures robustes et précises des effets des instabilités paramétriques qui peuvent se développer dans le cadre des expériences de fusion par confinement inertiel en attaque directe et indirecte sur le Laser MégaJoule. Un nouveau schéma expérimental est à l'étude pour étalonner finement plusieurs voies de mesure qui permettent aujourd'hui et qui pourraient permettre demain de mieux quantifier en 3D l'énergie perdue par ces mécanismes de couplage non linéaire de l'onde électromagnétique laser incidente avec les ondes plasmas générées au moment de l'interaction. Ce schéma expérimental novateur s'inspire fortement d'une plateforme existante sur le NIF qui met en oeuvre des feuilles d'or en centre chambre jouant le rôle de miroir plasma.
L'objectif de ce post-doctorat est de maîtriser l'ensemble des paramètres (laser, cible, physique, mesure) qui aboutissent à la réussite de la calibration des diagnostics de rétrodiffusion sur le LMJ et des nouvelles voies de mesure qui seraient identifiées au cours du post-doctorat. Le(la) candidat(e) pourra développer ses connaissances théoriques et pratiques en physique de l'interaction laser plasma à haute énergie / haute densité et en coordination des équipes qui conduisent les expériences sur une installation de recherche de grande dimension. Une partie du post-doctorat sera dédiée à la maîtrise des codes qui permettent la simulation des phénomènes physiques activés.
Développement d’un microsystème d’électrophorèse capillaire automatisé couplé à un ICP-MS pour l’analyse isotopique et élémentaire
La détermination juste et précise des compositions isotopiques et des concentrations d’éléments par spectrométrie de masse est majeure dans de nombreux domaines de recherche dont les géosciences, l’environnement, le nucléaire ou encore la biologie. Afin d’obtenir des incertitudes de mesures les plus faibles possible, il est nécessaire de réaliser des séparations chimiques en amont de la mesure pour s’affranchir des interférences spectrales ou non spectrales. Dans la majorité des cas ces séparations sont réalisées par chromatographie en phase liquide à l’échelle conventionnelle, et analysés hors ligne par spectrométrie de masse. Les techniques de séparation électrocinétiques sont d’un intérêt majeur en raison des très faibles volumes d’échantillons engagés et des très faibles volumes de déchets générés.
L’objectif de ce projet post doctoral est la transposition des séparations électrophorétiques en capillaire dans un microsystème séparatif, basé sur la technologie microfluidique. Ce microsystème séparatif sera dédié à la séparation d’éléments et devra être couplé à un MC-ICP-MS sans dégrader la séparation. L’atout majeur de ce microsystème sera de disposer d’un dispositif automatisé et ainsi d’augmenter la cadence d’analyse des échantillons tout en conservant les mêmes performances analytiques. Dans le cas d’échantillon nucléaires un autre avantage sera de limiter les débits de doses et les déchets générés lors des procédures d’analyse d’échantillons radioactifs.
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.