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.
Comparaison du Diamant et GaN vertical au SiC et Si sur des applications de puissance
L’électrification croissante des systèmes impose des dispositifs de puissance toujours plus performants. Si le carbure de silicium (SiC) est aujourd’hui une technologie mature et industrialisée, d’autres matériaux émergent pour repousser encore les limites. Le diamant, grâce à ses propriétés physiques exceptionnelles, et le nitrure de gallium (GaN) en architecture verticale, offrent un fort potentiel d’amélioration des performances. Cependant, leurs bénéfices réels face aux solutions existantes en silicium (Si) et en SiC restent à démontrer en fonction des applications et des contraintes d’industrialisation.
L’objectif de ce postdoctorat est d’identifier les domaines d’application où ces nouvelles technologies pourraient offrir des gains significatifs en considérant les tendances actuelles et futures du marché. Une approche combinant simulation et expérimentation permettra d’évaluer leur pertinence. À partir de simulations TCAD et SPICE, les performances des composants diamant et GaN vertical seront analysées et comparées aux solutions existantes. Ces simulations seront complétées par des mesures expérimentales réalisées sur des dispositifs de test, afin de confronter les résultats théoriques à des données réelles et d’affiner les modèles.
Le projet inclut l’analyse des besoins industriels, l’optimisation des architectures de composants, ainsi que la validation expérimentale des performances. Ce travail s’inscrit dans un cadre de recherche appliquée, avec des collaborations académiques et industrielles de premier plan. Il offre une opportunité unique de contribuer au développement des futurs dispositifs de puissance tout en travaillant sur des technologies de rupture.
Calcul Haute performance exploitant la technologie CMOS Silicium à température cryogénique
Les avancées en matériaux, architectures de transistors et technologies de lithographie ont permis une croissance exponentielle des performances et de l’efficacité énergétique des circuits intégrés. De nouvelles voies, dont le fonctionnement à température cryogénique, pourraient permettre de nouvelles avancées. L’électronique cryogénique, nécessaire pour manipuler des Qubits à très basse température, est en plein essor. Des processeurs à 4.2 K utilisant 1.4 zJ par opération ont été proposés, basés sur l’électronique supraconductrice. Une autre approche consiste à réaliser des processeurs séquentiels très rapides en utilisant des technologies spécifiques et la basse température, réduisant la dissipation énergétique mais nécessitant un refroidissement. À basse température, les performances des transistors CMOS avancés augmentent, permettant de travailler à plus basse tension et d’augmenter les fréquences de fonctionnement. Cela pourrait améliorer l’efficacité séquentielle des calculateurs et simplifier la parallélisation des codes informatiques. Cependant, il faut repenser les matériaux et l’architecture des composants et circuits pour maximiser les avantages des basses températures. Le projet post-doctoral vise à déterminer si la température cryogénique offre un gain de performances suffisant pour le CMOS ou si elle doit être vue comme un catalyseur pour de nouvelles technologies de calcul haute performance. L’objectif est notamment d’évaluer l’augmentation de la vitesse de traitement avec des composants silicium conventionnels à basse température, en intégrant mesures et simulations.
Optimisation topologique multi-objectifs en mécanique non-linéaire
Le CEA-Cesta a pour objectif de développer des outils d'optimisation topologique avec des performances qui ne sont pas atteignables par des logiciels commerciaux. Dans le cadre de ce post-doc, il s'agira de mettre à profit une collaboration engagée dans le LRC Cosims (I2M-Arts et métiers Bordeaux) pour progresser sur le sujet, mettre au point des méthodes innovantes d'optimisation dans le domaine de la mécanique non-linéaire. Deux cas d'application sont envisagés :
- Optimisation topologique de deux structures géométriques de forme très différentes ;
- Optimisation d'un ressort de structuration.
Adaptation de l'expérience de Delayed Hydride Cracking (DHC) aux matériaux irradiés
L’objectif de cette étude est de « nucléariser » l’« expérience de DHC » développée dans le cadre de la thèse de Pierrick FRANCOIS (2020-2023), permettant de créer dans des conditions de laboratoire le phénomène de DHC sur des gaines de Zircaloy, afin de déterminer la ténacité de ce matériau en cas de DHC : K_(I_DHC ).
Le terme « nucléariser » désigne le processus d’adaptation de l’expérience pour pouvoir tester des matériaux irradiés dans des enceintes dédiées (appelées cellules blindées), où les matériaux sont testés via des bras télémanipulateurs. Les protocoles décrits dans la thèse de Pierrick François devront donc être adaptés, si possible simplifiés, pour pouvoir être transposés en cellules blindées. Cela nécessitera des échanges approfondis avec les personnes en charge des essais, et l’utilisation des outils de simulation numérique développés dans le cadre de cette même thèse. Le développement de cette procédure en cellule blindée sera utilisé par le post-doctorant afin de qualifier le risque de DHC lors de l’entreposage à sec des assemblages combustible en quantifiant la ténacité en DHC après irradiation du gainage.
Conception et mise en œuvre d’un réseau de neurones pour la simulation thermo-mécanique en fabrication additive
Le procédé WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) est une méthode de fabrication additive métallique permettant de fabriquer des pièces de grandes dimensions avec un taux de dépôt élevé. Cependant, ce procédé engendre des pièces fortement contraintes et déformées, rendant complexe la prédiction de leurs caractéristiques géométriques et mécaniques. La modélisation thermomécanique est essentielle pour prédire ces déformations, mais elle nécessite d'importantes ressources numériques et des temps de calcul élevés. Le projet NEUROWAAM vise à développer un modèle numérique thermomécanique précis et rapide en utilisant des réseaux de neurones pour prédire les phénomènes physiques du procédé WAAM. Un stage en 2025 fournira une base de données via des simulations thermomécaniques avec le logiciel CAST3M. L'objectif du post-doc est de développer une architecture de réseaux de neurones capable d'apprendre la relation entre la configuration de fabrication et les caractéristiques thermomécaniques des pièces. Des essais de fabrication sur la plateforme PRISMA du CEA seront réalisés pour valider le modèle et préparer une boucle de rétroaction. Le Laboratoire de Simulation Interactive du CEA List apportera son expertise en accélération de simulations par réseaux de neurones et en apprentissage actif pour réduire le temps d'entraînement.
Développement de techniques de mesures in-situ et operando pour l’étude de la performance et du vieillissement de batterie lithium ion par insertion de capteurs internes
Dans le cadre de l’initiative PEPR Batterie portée par le CEA et le CNRS Collège de France, le projet SENSIGA vise à mettre en application les objectifs définis dans la roadmap européenne pour les « Smart Battery » écrit dans le cadre du Large Scale Initiative BATTERY2030+. Le projet porte sur le développement de capteurs innovants pour le monitoring des paramètres critiques des batteries Lithium ion afin d’optimiser les fonctions de BMS (Battery Management System) et d’améliorer leur performance, leur durabilité et leur sécurité. Le poste proposé ici porte sur le développement et la mise en œuvre de techniques de caractérisation in-situ et operando. Le candidat sera amené à participer au développement de capteurs optiques et électrochimiques pour des mesures internes sur cellules Li-ion. Il participera à l’instrumentation des cellules, leurs mises en œuvre dans différentes conditions de cyclage et à l’étude de leurs performances et vieillissement. Il participera à l’analyse des données ainsi qu’à l’étude post-mortem des cellules afin d’identifier les mécanismes de dégradation et effectuer la corrélation entre les mesures issues des capteurs et les phénomènes observés. Le présent post-doctorat s’inscrit dans un travail d’équipe composée d’électro-chimistes, de physiciens, de chimistes et de physiciens optique expérimentés dans le domaine [1-5]. Il se concentrera sur l’instrumentation interne de la cellule et travaillera en étroite collaboration avec un deuxième postdoc dédié à l’instrumentation de cellules par mesures multi-capteurs externe. L’objectif de ces travaux est de fournir un ensemble de données fiables sur les mécanismes de dégradation des cellules et leur monitoring afin d’alimenter les travaux qui seront réalisés par la suite au cours du projet sur la mise en place de fonctions avancées du « Battery Management Systems ».
Mécanismes de génération et de transformation des aérosols issus de la découpe du corium lors du futur démantèlement de Fukushima Daiichi.
Lors des accidents des réacteurs de Fukushima Daiichi, plusieurs centaines de tonnes de corium (mélanges issus de la fusion des cœurs des réacteurs et de leur interaction avec les structures environnantes) ont été formés. Le gouvernement japonais a pour plan de démanteler d’ici 30 à 40 ans la centrale de Fukushima, ce qui implique de récupérer les débris de corium qui s’y trouvent. Le CEA participe à plusieurs projets liés à la maîtrise du risque liés aux aérosols radioactifs issus de la découpe de corium.
L’objectif du stage postdoctoral est d’exploiter la grande base de données expérimentale issue de ces projets pour étudier les mécanismes de génération et de transformation de ces aérosols de découpe (thermique et/ou mécanique). Une source importante de génération des aérosols semble être un phénomène d'évaporation partielle/condensation voisin d'une distillation fractionnée. Une modélisation thermodynamique pourra être proposée, couplée avec certains effets cinétiques. Pour la découpe thermique, les analyses des aérosols devront être comparées à la microstructure des blocs de corium pour mettre en évidence et quantifier un relâchement privilégié de certaines phases.
Après une étude bibliographique, une synthèse des résultats expérimentaux obtenus sera menée à bien et complétée par des analyses chimiques ou cristallographiques.
Le post-doctorat se déroulera au sein d'un laboratoire expérimental d'une vingtaine de personnes au CEA Cadarache (institut IRESNE).
Dépolymérisation en milieu hydrothermal d’un mélange de plastiques en fin de vie en vue de recyclage/réutilisation
Les matériaux plastiques en fin de vie sont faiblement recyclés du fait de contraintes techniques, sanitaires ou structurelles. Pour répondre à cette problématique, une voie de solvolyse peut être considérée de sorte à récupérer monomères précurseurs ou autres molécules valorisables. Si de bons résultats sont obtenus sur des flux préalablement triés, cette méthode reste sensible à la composition du flux entrant, ainsi qu’à la présence de contaminants. Le Laboratoire des Procédés Supercritiques et de Décontamination a mis au point une méthode originale de dépolymérisation en conditions hydrothermales (150 à 300°C et pression autogène) permettant d’envisager le traitement d’un mélange de polymères en fin de vie (PET, PU, PC, PE, PVC). Une étude paramétrique sera effectuée sur un mélange de polymères de composition fixée en étudiant l’influence des paramètres procédé sur la composition des phases aqueuses et organiques, de sorte à définir des critères de performance tels que les rendements de conversion et de dépolymérisation. Plusieurs déchets plastiques en fin de vie, seuls ou en mélange seront considérés, de sorte à mettre en lumière un possible effet synergique sur la récupération de tout ou partie des monomères/produits valorisables. Enfin, un bilan énergétique et matière sera mis en œuvre en vue d’étudier le cycle de vie complet du procédé et d’évaluer la pertinence du procédé de dépolymérisation en conditions hydrothermales.
Conception d'electro-aimants pour expériences plasmas magnétisés sur l'installation laser LMJ-PETAL
Dans le but d'augmenter les capacités de l'installation LMJ-PETAL notamment dans les domaines de la Fusion par Confinement Inertiel, la génération de sources de rayonnement et l'astrophysique, le CEA, avec le soutien de la région Nouvelle Aquitaine, vient de réaliser l'étude de faisabilité d'un système additionnel permettant la réalisation d'expériences sous champ magnétique intense (qq. 10T). La poursuite du projet en vue d'une intégration sur l'installation fait l'objet d'une collaboration entre plusieurs départements du CEA mais également avec d'autres laboratoires français (LULI, CELIA) ou étrangers (Japon, USA).
Le système de génération de champ magnétique est constitué essentiellement d'une bobine (électro-aimant) consommable positionnée autour de la cible laser et alimentée par un banc d'énergie via une ligne de transmission. La poursuite du projet nécessite un travail approfondi de conception des bobines qui devront posséder les performances requises en termes de champ magnétique généré (intensité, volume magnétisé, homogénéité spatiale et stabilité temporelle) tout en étant adaptées à la fois aux caractéristiques de l'alimentation électrique impulsionnelle de forte puissance (~10µs, qq. 10kA et qq. 10kV) et aux contraintes expérimentales d'une très grande installation laser (intégration en centre chambre d'expérience, alignement, risque débris, sûrété nucléaire...).