Etude du transfert d’aérosols au travers de matériaux dégradés

Pour certaines familles de colis de déchets radioactifs, des liants hydrauliques sont utilisés pour établir une barrière confinante entre le cœur des colis de déchets et l’environnement. Les études de sûreté étudient des scénarios accidentels extrêmes pour cette phase (chutes, incendies …) qui peuvent conduire à une altération de la barrière confinante sous forme de fissurations. Il est alors important d’étudier la capacité de rétention de ces fissures vis-à-vis des particules radioactives.
Des études expérimentales ont été initiées avec la thèse d’A. Boccheciampe qui a étudié le cortège de particule (40µm) dans des fissures modèles artificielles (créés à l’imprimante 3D) par mesures microtomographie-3D.
L’objectif post-doctoral est de poursuivre cette thématique avec une approche identique à celles développées sur les études d’efficacité de filtres, afin d’investiguer les particules de diamètre plus faible, entre 0,05 et 5 µm. Les études quantitatives seront ainsi portées sur les flux amont et aval de particules de part et d’autre d’éprouvettes fissurées/dégradées, avec générateur d’aérosol, compteur granulomètre optique et analyseur U-SMPS. Des travaux de modélisation devront être entrepris.

Altération aqueuse du verre nucléaire dans son environnement de stockage

Exploitation, caractérisation et modélisation d’expériences dites « intégrales » d’altération de verres destinés au confinement de déchet nucléaires (SON68 et AVM4) en présence de fer, de matériau cimentaire et d’argilite du site de Bure dans deux configurations géométriques : l’une simulant une alvéole de stockage, l’autre mélangeant intimement les matériaux en présence. Ces essais ont été lancés pour le compte de l’ANDRA entre 2017 et 2018 et leur caractérisation a débuté ces deux dernières années.

Rôle des conteneurs métalliques sur l'altération des verres de confinement de déchets de haute activité en conditions de stockage géologique : interactions verre-fer en réacteurs étanches à l’hydrogène .

Les déchets vitrifiés issus du retraitement des combustibles des centrales nucléaires, ainsi que leurs conteneurs et surconteneurs en acier, sont destinés à être stockés définitivement en couche géologique profonde. L'eau sera ainsi le vecteur de l'altération du verre et de la migration potentielle des éléments radioactifs. Le concept de stockage le plus avancé à ce jour prévoit que le colis de verre soit protégé pendant la phase de décroissance thermique de l'interaction avec l'eau par un surconteneur en acier non allié. Cependant, qu'il soit sous forme de fer métallique ou de produit de corrosion des aciers (oxydes, carbonates, sulfures), le fer joue un rôle significatif dans l'altération du verre.
L'objectif de ce travail est de comprendre et de quantifier les mécanismes de l'interaction verre-fer afin de renforcer la robustesse des modèles opérationnels de performance des colis de déchets utilisés pour les calculs de sûreté en situation de stockage. À cet effet, un banc de dix réacteurs instrumentés étanches à l'hydrogène a été développé au laboratoire. Il a permis la mise en œuvre d'une première série d'expériences longues de plusieurs mois qui ont concerné un verre modèle non radioactif et un carbonate de fer comme source de fer. L'objectif sera de mettre en œuvre ces expériences d'interaction en utilisant cette fois du fer métallique, plus réactif, de caractériser les solutions prélevées et les produits d'altération néoformés, avant d'interpréter les expériences à l'aide des outils de modélisation disponibles au laboratoire.

Analyse de la stabilité des pentes de l’atoll de Mururoa par approche probabiliste et construction d’une base de données pondérée de modélisations de tsunamis d’origine gravitaire sur la région niçoise

L’objet principal du post-doctorat est de réaliser une analyse de stabilité des pentes 2D et 3D sur la zone Nord-Est de Mururoa, incluant un aspect probabiliste (code SAMU_3D ; Leynaud & Sultan, 2010) afin de considérer l’effet de la variabilité des paramètres sédimentaires et incertitudes associées (résistance au cisaillement non drainé et poids unitaire) sur la possibilité effective d’un glissement. Différentes loupes de glissement potentielles avec un facteur de sécurité seront définies (géométrie, volume), qui viendront alimenter la simulation tsunami. Un second volet concerne l’évaluation de l’impact potentiel en termes d’inondation de tsunamis d’origine gravitaire sur la région très instrumentée au large de Nice, à partir de modélisations. Cette deuxième thématique, qui sera réalisée sur un temps plus court, offrira au post-doctorant une possibilité de valoriser ses travaux à l’international.

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.

Modélisation des vents de vallées par descente d'échelle statistique

Pour modéliser et suivre les émissions atmosphériques dans une zone ayant un relief significatif, il est essentiel de représenter les vents à l'échelle de ce relief. Le modèle météorologique opérationnel de Cadarache ne dispose que d’une résolution horizontale de 1km, ce qui ne lui permet donc pas de résoudre les effets orographiques de la vallée.
Cependant, obtenir des résultats de simulation avec un modèle haute résolution nécessite des temps de calculs encore incompatibles avec les contraintes de la prévision météorologique opérationnelle (6h de calcul sur nos serveurs pour 1h de prévision pour Cadarache en 2020). Ceci contraint la résolution horizontale des calculs et ne permet pas de résoudre les effets orographiques de vallée.
L’objet du post-doc est donc de mettre au point un modèle de descente d'échelle appliqué à un maillage 3D de la vallée, avec une résolution suffisante pour, à la fois, modéliser l’aérologie de la vallée et y suivre un panache de pollution à l’aide d’un modèle de dispersion atmosphérique. Elle sera mise en œuvre via l'utilisation d'un réseau de neurones artificiels dont l'apprentissage sera fondé sur des mesures de climatologie et d'aérologie locales, complétées par des données synthétiques utilisant un modèle local à haute résolution.
Le/la candidat(e) évoluera au sein d’une petite équipe CEA attentive et bienveillante tout en restant connecté à la recherche universitaire via le Laboratoire d’Aérologie de Toulouse. Il pourra à la fois devenir un spécialiste en recherche appliquée dans le domaine météorologique et acquérir des compétences numériques et scientifiques valorisables en entreprise.

Optimisation des scénarios de transition énergétique par une approche dynamique de l’Analyse de Cycle de Vie

La modélisation de la transition énergétique, avec une projection jusqu’en 2050 et adaptable à différents pays ou stratégies, est complexe en termes d’ACV car elle fait intervenir de nombreux paramètres :
- une dizaine d’énergies possibles, avec des inventaires évolutifs de construction des infrastructures de production/stockage d’électricité
- une évolution délicate à estimer des technologies pour une filière donnée
- une production d’électricité en adéquation avec la consommation nationale, pouvant prendre des trajectoires très variées
- des scénarios très contrastés possibles, incluant des montées en puissance plus ou moins rapides des renouvelables et une baisse temporaire du nucléaire, compensée ou non par des centrales à cycle combiné au gaz
- une nécessité de prévoir plusieurs formes de stockage de l’électricité selon l’importance du parc d’énergies non pilotables, avec des puissances dépendant de la durée de stockage
- la corrélation ou non de la puissance de stockage avec le niveau d’interconnexion des réseaux électriques européens.
Le travail consistera à analyser les inventaires disponibles dans la base Ecoinvent couplée à SimaPro, à les modifier selon les technologies prévisibles pour le moyen terme, à compléter la modélisation en langage Python pour inclure la totalité des paramètres envisagés.
L’objectif est de déterminer les meilleurs trajectoires possibles d’un point de vue environnemental, en s’appuyant sur les « midpoints » puis les « endpoints » pour réduire le nombre d’indicateurs et fournir in fine un outil flexible d’aide à la décision.

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.

Caractérisations géophysiques de sites de stations sismologiques européennes et contribution à l’élaboration de guides de bonne pratique pour des méthodes non-invasives de caractérisation de sites

Pour que la communauté du génie parasismique puisse utiliser efficacement les enregistrements des mouvements du sol dans le cadre de la maîtrise du risque sismique, il est essentiel de procéder à des caractérisations géophysiques in situ des stations sismologiques. Les méthodes actuelles utilisées pour la caractérisation des sites reposent sur l’enregistrement en réseau des ondes de surface. Ces méthodes déterminent les courbes de dispersion du site (relation entre la vitesse de phase des ondes de surface et la fréquence) avant d’inverser ces courbes pour établir des profils de vitesse des ondes de cisaillement du site (VS) en fonction des profils de profondeur. Les profils VS sont ensuite utilisés pour calculer le paramètre VS30 afin que les ingénieurs puissent s’en servir pour élaborer des modèles de régression de mouvement du sol voire pour estimer directement la réponse sismique spécifique du site. Ces dernières années, un effort important a été entrepris par plusieurs pays pour améliorer l’état des connaissances sur les méthodes de caractérisation géophysique des sites dans le but d’obtenir des caractérisations robustes et cohérentes (VS, VS30, etc.). Il reste encore beaucoup de travail à faire en ce qui concerne la caractérisation des stations des réseaux sismologiques et l’amélioration des méthodes utilisées. Le post-doc participera à l’effort actuel de caractérisation des stations sismiques, ainsi qu’à l’optimisation de leur mise en œuvre : 1/ Le post-doc participera à des campagnes géophysiques de caractérisation de stations sismiques situées en Europe, 2/ Le candidat travaillera à l’optimisation des méthodes mises en œuvre 3/ le candidat sera impliqué dans le projet international COSMOS et assistera ses organisateurs pour la rédaction de ‘guidelines’ pour la mise en œuvre des méthodes géophysiques de caractérisation de sites.

Développement des traitements par Intelligence Artificielle d’une station de mesure et prévision

Le Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) lance un projet appelé « MultiMod'Air » consistant à développer en 2 ans un prototype de station de mesure et de prévision de la qualité de l'air dite « intelligente ».
Ce projet pluridisciplinaire implique une vingtaine d’ingénieurs et de chercheurs du CEA, spécialisés chacun dans un domaine particulier.
Le sujet proposé consiste à mettre au point différentes briques d’Intelligence artificielle (IA) en commençant par quelques étapes, maitrisées mais innovantes, de correction par Réseau de Neurones Artificiels (RNA) des mesures de qualité de l’air effectuées par des capteurs à bas coût, ainsi que des prévisions météorologiques au niveau de la station.
Le cœur du travail de recherche concernera la mise au point d’une prévision de la pollution au niveau de la station par apprentissage sur les évènements passés.
Le post-doc sera encadré par un météorologue et par un spécialiste en IA. Il sera assisté d’un ingénieur IA pour les traitements de données.

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