Etude de la fragilisation et de la fatigue thermique d'aciers inoxydables
Afin d’étudier le comportement des matériaux nucléaires sous sollicitations dynamiques, le CEA Valduc souhaite se doter d’un nouveau moyen intégré en boîte à gants. Dans cet objectif, une collaboration avec le CEA GRAMAT et un industriel spécialiste du domaine a été mise en place. Lors des expériences conduites avec ce moyen, certains constituants sont soumis à des températures très élevées se présence d'hydrogène gazeux pendant des temps très brefs.
Dans un premier temps, différentes nuances d'aciers austénitiques ont été testées dans ces conditions pénalisantes et un prototype a été commandé et réceptionné sur le site de l'industriel.
L'étude comporte trois objectifs. Le premier réside dans l'acquisition de nouvelles données expérimentales mécaniques et microstructurales à l'échelle micrométrique à partir des lots d'aciers précédemment exposés, tandis que le second concerne l'analyse microstructurale de la fatigue thermique. Enfin, le troisième et dernier objectif est l'intégration de ces nouvelles données dans un outil numérique de simulation d'évolution microstructurale visant à reproduire l'effet global du vieillissement, en cycle thermique et de pression en couplant par exemple des codes de type CALPHAD et l'utilisation de codes multiphysiques de type COMSOL.
Les travaux se dérouleront suivant les trois volets menés en parallèle. Il sera également demandé au(à la) post-doctorant(e) en charge de cette étude de :
- participer à la mise en place et au suivi de collaborations avec des acteurs reconnus dans les domaines de la fragilisation, de la fatigue thermique et de l'analyse microstructurale,
- synthétiser et publier, dans la mesure du possible, les résultats obtenus sous formes de différents documents et de publications dans des journaux internationaux ou communications en congrès
Etude de la précipitation dans des gouttes à l’échelle microfluidique des composés MoZr et oxalate d’actinide.
La compréhension des réactions de précipitation intervenant au cours des différentes étapes du procédé de retraitement des combustibles nucléaires usés constitue un enjeu scientifique fort pour assurer la maîtrise de ce procédé dans des conditions optimales.
Dans ce cadre, le projet de recherche post-doctoral est d’étudier, à l’échelle microfluidique, la nucléation d’espèces dans différentes conditions chimiques pour deux systèmes clés :
-D’une part la formation des composés MoZr pour lesquels le but de l’étude est de parvenir à définir les conditions de précipitation et le mode de nucléation afin de limiter leur formation dans le système industriel,
-D’autre part la précipitation de l’oxalate de plutonium pour laquelle l’objectif est d’évaluer l’impact de l’hydrodynamique sur les particules formées.
La dimension microfluidique permettant de mieux contrôler les conditions de mises en œuvre des solutions, il sera essentiel de développer des outils microfluidiques adaptés à l’étude de la précipitation de ces espèces puis de prévoir leur adaptation à un environnement nucléaire tout en les couplant avec différents équipements de caractérisation pour la mise en œuvre d’essais paramétriques (SWAXS, DLS…). Ce travail de nucléarisation et de couplage sera réalisé avec l’aide de spécialistes de ce domaine.
Modélisation hydrodynamique et magnétohydrodynamique des plasmas HED
Dans le contexte de la fusion, la FCI magnétisée exploite des champs magnétiques externes qui sont comprimés pendant l’implosion, magnétisant ainsi les électrons et les particules alpha. Ceci réduit les pertes thermiques transversales et améliore le confinement du point chaud, permettant l’amorçage à des densités surfaciques plus faibles, avec des implosions plus lentes et plus stables. Le CELIA, leader reconnu dans la recherche sur l’implosion magnétisée [Plasma Phys. Control. Fusion 64, 025007 (2022)], coordonne de multiples programmes internationaux et nationaux (EUROfusion, NLUF, LBS, NIF Discovery Science, ANR).
Des expériences récentes à grande échelle menées à Omega ont démontré des champs comprimés records (~10 kT) et une augmentation de température des points chauds d'environ 50 %, grâce à la spectroscopie de la couche K du dopage à l'argon du combustible nucléaire DD, permettant de caractériser les conditions du plasma du cœur comprimé [Phys. Rev. Research 6, L012018 (2024)].
Les expériences approuvées à venir comprennent :
• Omega (février et août 2026) : contrôle du refroidissement radiatif par la concentration d'argon ; spectroscopie multi-dopant ; implosions sphériques magnétisées.
• NIF (mai 2026) : avec une énergie 20 fois supérieure à celle d'Omega, étude du confinement des tritons par l'analyse des spectres de temps de vol des neutrons secondaires à résolution angulaire, comme sonde de l'intensité et de la topologie du champ magnétique.
• LMJ (avril 2026 et 1er trimestre 2027) : avec une énergie de pilotage laser équivalente à celle du NIF, mais avec des cibles plus petites, implosions magnétisées cylindriques visant une compression 3 fois supérieure à celle d’Omega et du NIF ; spectroscopie de la couche K à double dopage pour des conditions de cœur résolues spatialement.
L’interprétation et la conception prédictive de ces expériences nécessitent des simulations MHD 2D/3D avancées, qui seront confiées au postdoctorant
Prototypage et caractérisation électrochimique de batteries tout-solide
Titulaire d’un doctorat en électrochimie, science des matériaux, chimie ou génie des procédés, le/la post-doctorant(e) contribuera, en étroite collaboration avec les partenaires du projet, au développement de procédés de fabrication et au prototypage de cellules de batteries tout-solide de 4? génération (Li/NMC riche en Ni) et de 5? génération (Li/Soufre).
Les travaux porteront sur la mise en forme des électrodes et l’assemblage de cellules tout-solide, en s’appuyant sur des procédés tels que l’enduction, l’extrusion, ainsi que des voies alternatives incluant l’impression 3D. Les procédés seront optimisés afin de réaliser des cellules prototypes (pile bouton et format sachet souple), de capacité allant jusqu’à 1 Ah, intégrant des interfaces optimisées. Ces cellules seront ensuite testées électrochimiquement afin d’évaluer leurs performances (capacité spécifique, efficacité coulombique, stabilité au cyclage).
La majorité des travaux expérimentaux sera réalisée en environnement contrôlé (salle anhydre), avec des étapes régulières de caractérisation des électrodes et des cellules développées. Les missions principales seront :
- Contribuer à la définition des plans d’essais à partir des données internes et de l’état de l’art,
- Développer et optimiser les procédés de fabrication d’électrodes et de cellules tout-solide,
- Réaliser et tester des cellules prototypes Gen4b et Gen5,
- Evaluer les performances électrochimiques et analyser les résultats obtenus,
- Mettre en forme et présenter les résultats de manière claire et synthétique,
- Proposer des axes d’amélioration, contribuer au bon fonctionnement du laboratoire, respecter les règles de sécurité et de qualité,
- Valoriser les travaux de recherche par des publications, communications scientifiques et dépôts de brevets.
Interactions Spin-Réseau dans les Simulations ab initio assistées par Apprentissage Automatique
Le domaine scientifique abordé par ce projet postdoctoral se situe à l’intersection de la dynamique moléculaire ab initio, de l’apprentissage automatique et de la caractérisation thermodynamique des matériaux soumis à des conditions extrêmes. Les simulations AIMD traditionnelles constituent un outil puissant pour étudier les propriétés dépendantes de la température et de la pression à partir des premiers principes, mais leur coût computationnel élevé en limite l’utilisation à grande échelle.
En développant et en appliquant des techniques d’échantillonnage assistées par apprentissage automatique (MLACS), ce projet postdoctoral vise à réduire drastiquement la charge de calcul tout en conservant la précision ab initio. Cela permet une exploration efficace des diagrammes de phases et des énergies libres, y compris dans des conditions de pression et de température extrêmes. Cette recherche vise à contribuer à la compréhension et à la modélisation des matériaux, tout en offrant à la communauté scientifique des outils de rupture.
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.
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
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.
Etude thermochimique et thermodynamique des sels fondus chlorures
L’accès à une énergie propre et peu coûteuse semble plus que jamais primordial dans le contexte actuel d’urgence climatique. Plusieurs pistes sont envisagées depuis plusieurs années déjà mais de nombreux verrous technologiques restent à lever pour les concrétiser, tant elles représentent des ruptures technologiques. Que ce soit pour le stockage d’énergie ou les réacteurs nucléaires de 4ème génération, le milieu sel fondu utilisé comme caloporteur et/ou comme combustible est fortement corrosif rendant le choix des matériaux de structure très complexe.
L’objectif du sujet de post-doctorat proposé au sein du Service de Corrosion et du Comportement des Matériaux (S2CM) consiste en une étude approfondie des propriétés chimiques de différents chlorures fondus : le sel ternaire de base (NaCl-MgCl2-CeCl3) mais également celles des potentiels produits de corrosion/ de fission/ d’activation (MxCly avec M=Cr, Fe, Te, Nd, Ni, Mo,…). Les coefficients d’activités et les limites de solubilité de ces éléments métalliques seront déterminés à l’aide de différentes techniques telles que l’électrochimie et la spectrométrie de masse en cellule d’effusion de Knudsen. Cette étude pourra être complétée, en fonction des besoins, par la détermination des températures de transition de phase et des capacités thermiques en utilisant la calorimétrie à balayage différentiel
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