Irradiations de cellules silicium haut rendement pour le spatial
Historiquement, le photovoltaïque s’est développé conjointement avec l’essor de l’exploration spatiale. Au cours des années 90, les cellules solaires III-V multi-jonctions ont progressivement remplacé le silicium, bénéficiant de performances et tenue aux irradiations supérieures. Aujourd’hui, le contexte est favorable à un renouveau du Si spatial : besoins de puissance PV croissants, missions à durées & contraintes modérées (LEO), cellules Si terrestres très bas coût & performante (type-p > 26% AM1.5g). Cependant, pour les cellules Si les méthodes et séquences de vieillissement sous irradiations classiques (ECSS) sont moins appropriées. La littérature datant principalement des années 1980 – 2000, il faudra revisiter la thématique avec les cellules Si dernière génération à contacts passivés (élaborées à l’INES) et les moyens uniques d’irradiation double faisceau du CEA (plateforme JANNuS du CEA Saclay).
Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet SiNRJs à l’interface entre deux directions du CEA, sur les thématiques photovoltaïques spatial & irradiations matériaux. L’approche scientifique et technologique adoptée: 1. Fabrication de cellules Si à contacts passivés (HeT et/ou Poly-Si) d’épaisseur variable 2. Caractérisations optoélectroniques des propriétés des cellules avant irradiations (IV AM1.5/AM0, EQE, etc.) 3. Irradiations protons des cellules et échantillons, caractérisations in situ (Raman et Electroluminescence) 4. Caractérisations ex situ des propriétés optoélectroniques des cellules après irradiations (IV AM1.5/AM0, EQE, etc) 5. Analyse et synthèse des résultats. Scientifiquement, les verrous à lever concernent donc la compréhension des mécanismes/dynamiques de création/guérison de défauts sous cette double excitation électronique et balistique.
Développement d'analyses en ligne pour les actinides en solution
La quantification des actinides présents dans les solutions issues des procédés mis en oeuvre sur le site de Valduc est un enjeu fort pour le CEA qui propose de développer une stratégie d’analyse en ligne.
L'approche chimiométrique basée sur des mesures en spectrophotométrie UV-Visible-NIR a démontré son efficacité pour l’analyse de solutions contenant du plutonium en milieu acide nitrique. Ces études ont été menées dans le cadre d'un précédent contrat post-doctoral.
La présente offre propose de poursuivre le développement de cette approche chimiométrique, de façon à étendre la compatibilité du modèle à d’autres configurations analytiques (concentrations et spéciations des actinides différentes) et à en optimiser les paramètres. En complément, des essais par spectrométrie gamma seront conduits pour pallier les limitations de la spectrophotométrie. Le(la) post-doctorant(e) aura également en charge l’implantation des moyens d’analyse développés sur une ligne de procédé ainsi que l’évaluation des performances dans cette configuration.
Etudes et développement d’un système laser dans l’UV pour la démonstration à l’échelle laboratoire de l’épuration isotopique du palladium (naturel).
Le palladium est un métal rare dont la demande mondiale est en forte augmentation. Or, il est présent en tant que produit de fission dans les combustibles nucléaires usés qui sont retraités en France. Il serait donc intéressant de recycler ce métal. Pour cela, il est nécessaire de procéder à une épuration isotopique, afin de supprimer un des isotopes du palladium, le 107, qui est un radionucléide artificiel à vie longue émetteur béta. Dans le cadre d'un nouveau projet sur 4 ans construit en réponse à l'appel d'offre du Plan d'Investissement et d'Avenir de l’État, le Service d’Etude des Procédés d’Enrichissement propose un contrat post-doctoral portant sur le développement d’un système laser dans l’UV pour le procédé de séparation isotopique du palladium par Lasers actuellement en cours de développement. L’objectif principal du projet est la démonstration finale de la faisabilité de séparation de palladium naturel (et non radioactif) pour la phase suivante de développement d’un premier pilote.
Le post-doctorant devra développer des lasers prototypes de procédé à haute cadence en partant du visible (système lasers colorant) jusqu’à l'UV. Le passage dans l’UV se fait par doublage de fréquence avec des objectifs élevés en terme de performance. Il s’agit d’utiliser un cristal doubleur de fréquence de type BBO, LBO, KDP ou autre. Pour ce faire, le post-doctorat participera à la définition de ce cristal, mais aussi au développement de l’environnement du cristal doubleur (comportement, performances attendues et la tenue au flux des différents matériels). Des échanges seront mis en place sur ce sujet spécifique avec des spécialistes reconnus au sein de la Direction de la Recherche Fondamentale du CEA. La programmation (en Python et/ou sous Labview) de ces outils ou asservissements est à développer également. Une attention particulière sera portée sur les publications à réaliser essentiellement dans le cadre du doublage de fréquence, sujet complexe très étudié mondialement.
Simulation d'un milieu poreux soumis à des impacts à haute vitesse
La maîtrise de la réponse dynamique de matériaux complexes (mousse, céramique, métal, composite) suite à des sollicitations intenses (dépôt d’énergie, impact hyper-véloce) est un enjeu majeur pour de nombreuses applications développées et conduites par la Direction des Applications Militaires (DAM) du Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA). Dans cette optique, le CEA CESTA développe des modélisations mathématiques du comportement de matériaux face à des impacts hypervéloces. Ainsi, dans le cadre de l’ANR ASTRID SNIP (Simulation Numérique des Impacts dans les milieux poreux) en collaboration avec l’IUSTI (Université Aix-Marseille), des études sur le thème de la modélisation des matériaux poreux sont menées. Elles ont pour objectif d’aboutir à l’élaboration de modèles innovants plus robustes et palliant les déficits théoriques des méthodes existantes (consistance thermodynamique, préservation du principe d’entropie) Dans le cadre de ce post-doc, le candidat devra effectuer, dans un premier temps, une revue bibliographique pour comprendre les méthodes et modèles développés au sein de l’IUSTI et du CEA CESTA et comprendre leurs différences. Dans un second temps, il étudiera la compatibilité entre le modèle développé à l’IUSTI et les méthodes de résolution numériques utilisées dans le code de calcul de dynamique rapide du CEA CESTA. Il proposera des adaptations et des améliorations de ce modèle pour prendre en compte l’ensemble des phénomènes physiques que l’on souhaite capturer (plasticité, contraintes de cisaillement, présence d’inclusions fluides, endommagement) et rendre son intégration dans le code de calcul possible. Après une phase de développement, la validation de l’ensemble de ces travaux sera effectuée via des comparaisons avec les modèles physico-numériques existants ainsi que la confrontation avec les résultats expérimentaux d’impacts issus de la littérature et/ou effectués au CEA/DAM.
Développement d’une méthode automatisée de transfert et d’analyse du xénon
le CEA/DAM s’intéresse à la mesure de certains gaz rares comme les isotopes radioactifs du xénon qui sont émis vers l’atmosphère lors de divers événements nucléaires. Il a développé ainsi des systèmes de prélèvement et traitement d’échantillons concentrés en gaz rares dans le cadre du système de surveillance international du Traité d’Interdiction Complète des Essais nucléaires (TICE). C’est dans ce cadre que le CEA/DAM a développé depuis le début des années 2010 une méthode basée sur la cryo-condensation permettant d’une part de transférer le contenu d’une archive vers une cellule de mesure de spectrométrie gamma avec un fort rendement (supérieur à 50 %) et d’autre part d’analyser la teneur en Xe stable afin de déterminer l’activité volumique de l’échantillon. La principale faiblesse de la méthode actuelle est le fait que celle-ci soit peu automatisée et requiert la présence d’un opérateur pour une part significative des opérations (contrôles qualité, tests d’étanchéité, transfert de l’échantillon, …). l’objectif principal de cette étude est donc de contribuer à développer et valider une nouvelle méthode de transfert et d’analyse du Xe qui puisse être automatisée.
Développement d'un procédé de croissance cristalline
Dans le cadre de la réalisation de composants optiques de grandes dimensions pour le Laser MégaJoule, il est nécessaire d'étudier la croissance des cristaux de DKDP (KDP deutéré). Ils sont traditionnellement produits par croissance lente (la durée de croissance dépasse deux ans). Mais le laboratoire propose ici d'étudier une méthode rapide de croissance réduisant le délai de fabrication à quelques mois.
Mise en œuvre de capteurs permettant le suivi en ligne de la corrosion des aciers inoxydables en milieu acide nitrique chaud et concentré
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. Certaines installations de l’usine de la Hague devront d’ailleurs être remplacées très prochainement. Dans ce contexte, il est important pour l’industriel de développer des capteurs, résistants à l’acide nitrique concentré (˜ 2,5 mol/L) et à la température (de l’ambiante à 130 °C), permettant de suivre la corrosion en ligne.
L’objectif de ce travail est de fabriquer un capteur permettant de détecter la corrosion de l’acier.
Les challenges de ce sujet de post-doc sont essentiellement technologiques puisqu’il s’agira de développer ou d’utiliser des matériaux adaptés à des milieux acides nitriques concentrés et chauds.
Le laboratoire est spécialisé dans l'étude de la corrosion dans des conditions extrêmes. Il est composé d'une équipe scientifique très dynamique et motivée.
Postdoctorat sur la modélisation des qubits de spin
Un post-doctorat est ouvert à l'Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG) du CEA Grenoble (France) sur la théorie et la modélisation des bits quantiques de spin silicium (qubits). Le projet débutera début 2022, pour une durée maximale de deux ans.
Les technologies de l'information quantique sur silicium ont suscité un intérêt croissant ces dernières années. Grenoble développe une plateforme originale basée sur la technologie « silicium sur isolant » (SOI). Afin de relever les défis des technologies de l'information quantique, il est essentiel de soutenir l'activité expérimentale avec de la modélisation avancée. Pour cela, le CEA développe activement le code « TB_Sim ». TB_Sim est capable de décrire des structures de qubit très réalistes jusqu'à l'échelle atomique lorsque cela est nécessaire, en utilisant des modèles k.p multi-bandes et des liaisons fortes atomistiques pour la structure électronique des matériaux. Les objectifs de ce projet post-doctoral sont de renforcer notre compréhension des qubits de spin et de progresser dans la conception de dispositifs et de réseaux de qubits de spin Si et Si/Ge performants et fiables en utilisant une combinaison de modèles analytiques et de simulations numériques avancées avec TB_Sim. Les sujets d'intérêt incluent la manipulation et la lecture de spin dans les qubits d'électrons et de trous, les interactions d'échange dans des matrices de qubits 1D et 2D et le fonctionnement des portes multi-qubits, la sensibilité au bruit (décohérence) et au désordre (variabilité). Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet européen QLSI et sera fortement couplé à l'activité expérimentale à Grenoble et chez les partenaires du CEA en Europe.
Modélisation de l’altération du combustible irradié en milieu saturé avec effet de la température
La modélisation de l'altération des combustibles irradiés dans l'éventualité d'un entreposage de longue durée en piscine ou d'un stockage géologique profond est essentiel pour prédire leur comportement à long terme. Dans l'éventualité d'un assemblage défectueux et d'un contact direct entre le combustible et l'eau, l'altération par l'eau peut conduire à une dégradation des crayons et au relâchements des radionucléides en solution. Un modèle géochimique couplant la chimie au transport (transport réactif) a fait l'objet de premiers développements en lien avec le comportement des combustibles en situation de stockage géologique profond. La plate-forme HYTEC développée par l'Ecole des Mines de Paris a été utilisée pour ces premiers développements de simulation. Ces simulations menées à 25°C prennent en compte les mécanismes d'altération des combustibles, les cinétiques réactionnelles associées et des bases de données thermodynamiques robustes. Il est aujourd'hui important dans le cadre de ce post-doctorat de poursuivre ces développements dans une gamme de température allant jusqu'à 70°C. le modèle existant devra également être adapté à d'autres conditions que celles d'un stockage et notamment à la situation d'un entreposage de longue durée dans des piscines dédiées.
Circuits hybrides CMOS / spintronique pour le calcul d'optimisation
Le sujet proposé s’inscrit dans le contexte de la recherche d'accélérateurs hardware pour la résolution de problèmes d’optimisation NP-difficiles. De tels problèmes, dont la résolution exacte en temps polynomial est hors de portée des machines de Turing déterministes, trouvent des applications dans divers domaines tels que les opérations logistiques, le design de circuits (e.g. placement-routage), le diagnostic médical, la gestion de réseaux intelligents (e.g. smart grid), la stratégie de management etc.
L'approche considérée s'inspire du modèle d'Ising, et repose sur l'évolution de la configuration des états binaires d'un réseau de neurones artificiels. Dans le but d'améliorer la précision du résultat ainsi que la vitesse de convergence, les éléments du réseau peuvent bénéficier d'une source d'aléas intrinsèque ajustable. Des preuves de concept récentes soulignent l'intérêt de matérialiser de tels neurones via la résistance de jonctions superparamagnétiques.
Les objectifs principaux sont la simulation, le dimensionnement puis la fabrication de réseaux d'éléments hybrides associant la circuiterie CMOS à des jonctions tunnel magnétiques. Les véhicules de test seront ensuite caractérisés en vue de démontrer leur fonctionnalité.
Ces travaux s'effectueront dans le cadre d'une collaboration scientifique entre le CEA-Leti et Spintec.