Amélioration du procédé AmSel pour la séparation de l'américium seul dan sle cadre du programme européen TRANSPARANT

L’uranium et le plutonium peuvent d’ores et déjà être industriellement séparés des combustibles nucléaires usés grâce au procédé d’extraction PUREX. En récupérant l’américium à partir d’un raffinat PUREX, la capacité d’un stockage géologique profond des déchets ultimes peut être significativement améliorée. Cette sépration peut être réalisée en combinant stratégiquement une molécule extractante sélective en phase organique (le TODGA) et un agent complexant hydrosoluble en phase aqueuse (PrOH-BPTD). Le TODGA permet de co-extraire l’américium, le curium et les lanthanides en phase organique, sélectivement des produits de fission (PF). Le développement de ce procédé, appelé AmSel, a déjà été initié au cours des programmes européens précédents mais la sélectivité doit encore être améliorée, en particuliers le facteur de séparation Cm/Am. Afin de séparer ces éléments, qui ont des propriétés physico-chimiques très similaires, à la fois l’extractant lipophile et l’agent complexant utilisé en milieu acide nitrique doivent être optimisés. Des tests d’extraction batch seront réalisés en boite à gants dans l’installation ATALANTE au CEA Marcoule avec les radionucléides d’intérêt (241Am, 244Cm, 152Eu). Des essais permettront également de quantifier l’extraction et la désextraction des produits de fission (Tc, Pd, Zr, Mo, Ru, Sr). Des expériences complémentaires utilisant une charge simulée contenant tous les éléments (dont l’Am) à des concentrations nominales permettront de valider la capacité de charge et les performances de séparation. La résistance à la radiolyse du ligand utilisé pour désextraire sélectivement l’américium sera évaluée par des expériences de radiolyse alpha in situ avec de l’241Am en concentration nominale. La dégradation sera évaluée par des analyses ESI-MS couplées à l’HPLC pour identifier les produits de dégradation et les complexes formés.

Compréhension et modélisation des mécanismes de corrosion interne des gaines de combustible dans les réacteurs du futur

Cette étude s’inscrit dans le cadre des projets de Réacteur à Neutrons Rapides à caloporteur sodium. Dans ce contexte, les gaines, en aciers austénitiques ou ferritiques, contenant le combustible MOX ou UOX sont soumises à des sollicitations sévères et tout particulièrement à une corrosion par les éléments issus de la fission de l’uranium et du plutonium, combustibles du réacteur.
Cette dernière est en effet le facteur limitant la durée de vie des gaines au sein du réacteur et donc du rendement du réacteur.
La compréhension fine du mécanisme de corrosion de ces gaines est donc nécessaire d’une part pour trouver des moyens pour la limiter et d’autre part pour modéliser sa cinétique dans le but d’estimer la durée de vie de l’aiguille en fonction des différents paramètres du réacteur (puissance, température de gaine, taux d’irradiation, gradient de température…).
L’objectif de cette étude est donc, dans un premier temps, d’identifier le mécanisme de corrosion à partir d’une approche thermodynamique ainsi qu’à partir d’expérimentations de corrosion et de l’obtention d’une cinétique de corrosion, puis dans un second temps, de modéliser le mécanisme identifié. La modélisation de la cinétique de corrosion permettra de prédire le comportement du matériau en fonction de la température et de la chimie de l’environnement.

Synthèse de molécules hétérocycliques fortement azotées

L’une des missions du CEA DAM est la conception de nouvelles compositions explosives aux propriétés optimisées. A ce titre, la recherche de nouvelles molécules d’intérêt, susceptibles d’être intégrées dans des formulations innovantes, est une activité fondamentale.
L’objectif du post-doctorat est de synthétiser, à l’échelle laboratoire, des molécules énergétiques présentant des structures à même de satisfaire le cahier des charges en termes de performance et d’insensibilité. Il s’agit principalement de molécules hétérocycliques fortement azotées (pyrazoles, triazoles, oxadiazoles…). Le travail comprendra à la fois la synthèse des intermédiaires, qu’ils soient considérés comme énergétiques ou non, et celle des produits finaux.
Cette démarche est adossée à des travaux de modélisation menés en amont, destinés à mettre en place des outils pour proposer de nouvelles structures et évaluer leurs propriétés par calcul. Ce sujet nécessitera, en interaction avec l’équipe de modélisation, d’utiliser ces outils et de les mettre à profit pour orienter le choix des cibles qui seront étudiées expérimentalement au laboratoire.

Synthèse de molécules hétérocycliques fortement azotées

L’une des missions du CEA DAM est la conception de nouvelles compositions explosives aux propriétés optimisées. A ce titre, la recherche de nouvelles molécules d’intérêt, susceptibles d’être intégrées dans des formulations innovantes, est une activité fondamentale.
L’objectif du post-doctorat est de synthétiser, à l’échelle laboratoire, des molécules énergétiques présentant des structures à même de satisfaire le cahier des charges en termes de performance et d’insensibilité. Il s’agit principalement de molécules hétérocycliques fortement azotées (pyrazoles, triazoles, oxadiazoles…). Le travail comprendra à la fois la synthèse des intermédiaires, qu’ils soient considérés comme énergétiques ou non, et celle des produits finaux.
Cette démarche est adossée à des travaux de modélisation menés en amont, destinés à mettre en place des outils pour proposer de nouvelles structures et évaluer leurs propriétés par calcul. Ce sujet nécessitera, en interaction avec l’équipe de modélisation, d’utiliser ces outils et de les mettre à profit pour orienter le choix des cibles qui seront étudiées expérimentalement au laboratoire.

Développement d’un modèle cinétique 2D pour l’oxydation haute température des alliages chromino-formeurs.

Pour de nombreuses applications industrielles, les phénomènes d’oxydation en température des composants doivent être évalués afin de dimensionner au mieux le composant. C’est le cas par exemple pour les turbines de moteur d’avions en aéronautique (température de l’ambiante à 1000°C), les tubes d’échangeurs de chaleurs des centrales électriques (température de 300 à 600°C), des pots de vitrification des déchets radioactifs à vie longue (température supérieure à 1000°C) etc. Tous ces cas mettent en jeu des alliages Fe-Ni-Cr dont l’oxydation mène à la formation d’une couche d’oxyde de chrome, Cr2O3. Aussi le développement de modèles et d’outils de simulation fiables pour l’oxydation à hautes températures (à partir de 350°C) des alliages Fe-Ni-Cr est un enjeu majeur pour limiter les coûts liés aux applications en températures.
Le post-doc se déroulera en deux parties : la première concernera la prise en main d’un outil de simulation créé au CEA (EKINOX-FeNiCr) et la seconde reposera sur le passage du modèle 1D au modèle 2D afin tenir compte de la taille finie des pièces ou de singularités géométriques.
La généralité de ce sujet pouvant être appliqué à de nombreux cas industriels ainsi que la compréhension fine des phénomènes d’oxydation permettront à l’étudiant de s’orienter en fin de post-doc vers une recherche aussi bien académique qu’industrielle.

Développement d'électrolytes solides

Ce post-doctorat s'inscrit dans le projet Carnot ArgyL, dont le but est le développement d'électrolytes solides pour batteries Lithium, avec pour but principal d'améliorer la stabilité de l'interface entre le Li et l'électrolyte pour améliorer la durée de vie de ces systèmes qui promettent de bien meilleures densité d'énergie que les batteries actuelles.
Ce projet s'appuie sur la complémentarité entre l'approche expérimentale par la synthèse et la caractérisation avancée, et les études par modélisation.
Le post-doctorant sera basé au Laboratoire Matériaux où il sera en charge de la synthèse de nouvelles compositions d'électrolyte. Il participera également activement, au sein de la plateforme de nanocaractérisation, au développement d'une nouvelle méthode d'analyse XPS operando permettant de sonder l'interface Li/électrolyte en cours de cyclage.
Enfin il interagira avec le laboratoire LMPS qui intégrera ces données à leurs modèles ab initio

Application de modèles génératifs deep learning et développement de potentiel machine-learning pour le calcul de propriétés de transport atomique dans les oxydes mixtes uranium-plutonium désordonnés

Le machine learning (ML) est utilisé en science des matériaux pour améliorer les capacités de prédiction des modèles physiques. Les potentiels interatomiques ML (PIML), entraînés sur des calculs de structure électronique, sont des outils courants pour effectuer des simulations efficaces et physiquement précises. De plus, des modèles génératifs non supervisés sont actuellement explorés pour apprendre des distributions cachées d’une propriété et générer de nouvelles structures atomiques selon ces distributions. Cela est utile pour les solutions solides désordonnées, dont les propriétés dépendent de la distribution des espèces chimiques dans le réseau cristallin. Ici, le nombre de configurations atomiques est si grand qu’un échantillonnage exhaustif dépasse largement les capacités des méthodes conventionnelles. C’est le cas par exemple des oxydes mixtes U-Pu (MOX) ciblant la réduction du volume et de la radiotoxicité des déchets.

Ce projet vise à combiner les PIML et les méthodes génératives pour étudier les propriétés de transport atomique dans les MOX. Le/La candidat·e utilisera nos outils génératifs pour générer des configurations atomiques représentatives et construire une base de données ab initio. Il/elle utilisera cette base de données d’entraînement pour développer un nouveau PIML pour les MOX, en s’appuyant sur l’expérience acquise lors du développement de PIML pour les oxydes UO2 et PuO2. Enfin, il/elle appliquera le PIML pour calculer les coefficients de diffusion atomique, qui sont des données cruciales pour prédire l’évolution de la microstructure sous irradiation et le comportement dans le réacteur.

Le travail sera réalisé au Département d’Études des Combustibles (IRESNE, CEA Cadarache), dans un laboratoire ayant un haut niveau d’expertise en modélisation des matériaux, en étroite collaboration avec d’autres équipes du CEA expertes de méthodes ML. Les résultats seront valorisés via des publications et la participation à des congrès internationaux

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

Développement de cellules Potassium-ion performantes et respectueuses de l'environnement

Les batteries Lithium-ion constituent un système de référence en termes de densité d’énergie et de durée de vie au point de devenir une technologie clé de la transition énergétique notamment en alimentant les voitures électriques. Cependant, cette technologie repose sur une utilisation importante d’éléments peu abondants et sur des procédés de fabrication énergivores.
Dans cette optique, notre équipe développe de nouvelles batteries Potassium-ion présentant des performances élevées et n’utilisant que des éléments abondants et des procédés de fabrication respectueux de l’environnement.
Pour ce projet ambitieux et innovant, le CEA-LITEN (acteur majeur européen dans le domaine de la recherche pour l'énergie) recrute un chercheur post doctoral en chimie des matériaux. L’offre s’adresse à un jeune chercheur talentueux possédant un excellent niveau scientifique et un gout prononcé pour la dissémination de ses résultats au travers de brevets et de publications scientifiques.

Développement d’une nouvelle base de données atomiques de référence pour les processus radioactifs

Plusieurs communautés scientifiques ont souligné le manque de précision et les incohérences de la base de données atomiques de référence EADL. Les données ont été calculées à partir d’une approche Dirac-Hartree-Slater assez simple, puis corrigées ultérieurement de manière empirique. Elle reste cependant à ce jour la seule qui soit suffisamment complète pour être utilisable par des codes de simulation. Ces dernières années, une collaboration s’est développée au cours de deux projets européens successifs entre le FCT-UNL (Lisbonne, Portugal), l’IPCMS (Strasbourg, France) et le LNHB (CEA Saclay, France). Un nouveau code atomique relativiste, basé sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, a été développé et validé par l’étude de différentes probabilités de transition par capture électronique. Le but de ce sujet est de développer une nouvelle base de données atomiques de référence à partir de ce code atomique. Les équations théoriques devront être établies. Plusieurs éléments devront être calculés et les prédictions comparées à la littérature. L’influence de cette modélisation atomique précise sur la correction d’effet d’échange dans les transitions bêta sera aussi étudiée. Au moins une publication et une participation à une conférence internationale sont envisagées.

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