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.
Plasticité cristalline en Dynamique Moléculaire classique et passage à l'échelle mésoscopique
Grâce aux nouvelles architectures des supercalculateurs, les simulations de dynamique moléculaire classique (DM) entreront bientôt dans le domaine du millier de milliard d’atomes, jamais atteint jusque là, devenant ainsi capables de représenter la plasticité des métaux à l’échelle du micron. Pour autant, de telles simulations génèrent une quantité considérable de données et la difficulté réside désormais dans leur exploitation, afin d'en extraire les ingrédients statistiques pertinents pour l’échelle de la plasticité « mésoscopique » (échelle des modèles continus).
L'évolution d'un matériau est complexe car elle dépend de lignes de défauts cristallins très étendues (les dislocations) dont l’évolution est régie par de nombreux mécanismes. Afin d'alimenter les modèles aux échelles supérieures, les grandeurs à extraire sont les vitesses et la longueur des dislocations, ainsi que leur évolution au cours du temps. L’extraction de ces données peut se faire par des techniques d'analyse spécifique basées sur la caractérisation de l'environnement local ('distortion score', 'local deformation'), a posteriori ou in situ au cours de la simulation. Enfin, les outils du machine learning peuvent intervenir afin d’analyser la statistique obtenue et d’en extraire et synthétiser (par réduction de modèle) une description minimale de la plasticité pour les modèles aux échelles supérieures.
Phénoménologie des interactions de plasmas en milieu liquide : application à la fabrication de matériaux pour les cibles laser
Le CEA mène des expériences de Physique sur le Laser Méga Joule mettant en œuvre des cibles constituées de matériaux de nature et géométrie adaptées à la classe d'expériences. Dans ce contexte, le CEA poursuit des développements sur la synthèse de mousses métalliques obtenues par plasma électrolytique basse tension.
Après application d'une tension suffisante entre deux électrodes plongées dans une solution aqueuse, un plasma (streamer) est généré dans le liquide. Une mousse métallique ultralégère et nano-structurée se forme à la cathode. Ce procédé permet la fabrication de matériaux métalliques mésoporeux de faible masse volumique apparente.
Deux thèses ont montré que les paramètres primaires de synthèse des mousses influencent la structure des mousses. Il s'avère que la réduction des cations métalliques s'effectue au sein du plasma ce qui explique que la cristallisation de la mousse reproduit la morphologie du streamer. Le sujet consiste à modéliser les différentes étapes physiques du procédé et confronter ces résultats numériques aux caractérisations qui seront effectuées par GDOES, caméra rapide,etc, à l'Institut Jean Lamour de Nancy.
Développement d'un pseudo-substrat relaxé à base d'InGaN porosifié par anodisation électrochimique
Dans le cadre du projet Carnot PIRLE débutant début 2021, nous recherchons un(e) candidat(e) pour un poste de post-doctorat d’une durée de 24 mois (12 mois renouvelable) avec une spécialité en matériaux. Le projet consiste à développer un pseudo-substrat relaxé à base de matériaux III-N pour les applications µLEDs, notamment pour l’émission dans le rouge. Le travail consistera principalement à développer un procédé MOCVD de reprise d’épitaxie à base d’InGaN sur un substrat innovant à base de matériaux anodisés et relaxé. Il devra à la fois caractériser le niveau de relaxation de la couche ré-épitaxiée mais aussi sa qualité cristalline. Ces deux points favoriseront la reprise d’épitaxie d’une LED rouge efficace. Le(la) candidat(e) fera partie de l’équipe projet et sera associé aux travaux de l’équipe épitaxie sur le procédé de croissance de la LED rouge et aux caractérisations optiques et électro-optiques associées.
modélisation de la cinétique de précipitation de l’uranium en fonction du pH. Application à un réacteur à lit fluidisé
L’usine Orano au Niger (Somaïr) précipite son concentré uranium dans un réacteur à lit fluidisé par ajout d’hydroxyde de sodium. Le concentré obtenu contient environ 6% de sodium qui entraine des pénalités du convertisseur. Orano a effectué en fin d’année 2019 des essais sur un lit fluidisé au laboratoire pour changer le point de fonctionnement de la précipitation et former préférentiellement de l’UO3 via un changement de pH. Pour affiner le pilotage de l’unité industrielle, une modélisation des réactions de précipitation de l’uranium s’avère nécessaire. Le candidat devra proposer et calibrer un modèle de la précipitation compétitive de Na2U2O7 et UO3 basé sur les constantes d’équilibre et des cinétiques des réactions, en fonction du pH au sein du réacteur. En particulier, le modèle devra permettre de comprendre l’impact du pH sur la répartition des deux espèces principales identifiées dans le concentré : Na2U2O7 et UO3. Ce modèle chimique devra servir de donnée d’entrée à un modèle physique existant du réacteur à lit fluidisé. Un élargissement du modèle à d’autres réactifs de précipitation, notamment la magnésie pourrait également être étudié.
Synthèse et caractérisation structurale de phases minérales d’uranium de référence pour l’identification de phases porteuses d’uranium en environnement minier par SLRT.
Dans le cadre d’un projet de recherche collaboratif entre le CEA et Orano, une étude est menée pour détecter et identifier les phases porteuses d’uranium dans les résidus des traitements miniers et les stériles par spectrofluorimétrie laser à résolution temporelle (SLRT). La spectroscopie SLRT est un outil de spéciation permettant de sonder l’environnement chimique local de l’uranyle. Néanmoins, l’identification des phases uranifères au sein d’un échantillon prélevé sur site par SLRT repose sur l’utilisation d’un modèle chimiométrique construit à partir d’une base de spectres de référence. Afin d’enrichir et diversifier la base de spectres de référence la préparation et la caractérisation structurale d’échantillons uranifères synthétiques au sein de trois familles principales s’avèrent nécessaire. Ces familles phases minérales sont les oxyhydroxydes, les sulfates et silicates d’uranyle. L’acquisition des spectres SLRT des phases synthétisées et la mise en évidence de l’impact de la chimie de coordination de l’ion uranyle sur les spectres enregistrés constitue le second volet de ce travail.
Modélisation des effets de piégeages et des fuites verticales dans les substrats épitaxiés GaN sur Si
Etat de l’art : La compréhension et la modélisation des fuites verticales et des effets de piégeages dans les substrats GaN sur Si font partie des sujets cruciaux d’études visant à améliorer les propriétés des composants de puissance sur GaN : réduction du courant de collapse et des effets d’instabilités de Vth, réduction du courant de fuite à l’état OFF.
De nombreuses universités [Longobardi et al. ISPSD 2017 / Uren et al. IEEE TED 2018 / Lu et al. IEEE TED 2018] et industriels [Moens et al. ISPSD 2017] tentent de modéliser les fuites verticales mais jusqu’à l’heure aucun mécanisme clair n’émerge de ces travaux pour les modéliser correctement sur toute la gamme de tension et températures visées. De plus la modélisation des effets de piégeages dans l’épitaxie est nécessaire à l’établissement d’un modèle TCAD de dispositif robuste et prédictif.
Pour le LETI, l’intérêt stratégique d’un tel sujet est double : 1) Comprendre et réduire les effets de piégeages dans l’épitaxie impactant le fonctionnement des dispositifs GaN sur Si (current collapse, instabilités de Vth…) 2) Atteindre les spécifications de fuites @ 650V nécessaires aux applications industrielles.
Le candidat devra prendre en charge en parallèle les caractérisations électriques et les développements de modèles TCAD :
A) Caractérisations électriques avancées (I(V), I(t), substrate ramping, C(V)) en fonction de la température et de l’illumination sur des substrats épitaxiés ou directement sur des composants finis (HEMT, Diodes, TLM)
B) Etablissement d’un modèle TCAD robuste intégrant les différentes couches de l’épitaxie afin de comprendre les effets d’instabilités des dispositifs (Vth dynamique, Ron dynamique, BTI)
C) Modélisation de la conduction verticale dans l’épitaxie dans l’optique de réduire les courants de fuites à 650V
Enfin, le candidat devra être force de proposition pour améliorer les différentes parties du substrat