Effets des tremblements de terre sur les installations souterraines
Le Centre industriel de stockage géologique (Cigéo) est un projet de centre de stockage géologique profond de déchets radioactifs à construire en France. Ces déchets seront placés dans des colis scellés dans des tunnels conçus à 500 mètres de profondeur. Les scellements sont constitués d'un mélange de bentonite et de sable qui présente une forte capacité de gonflement et une faible perméabilité à l'eau. Dans le cadre de la démonstration de la sûreté à long terme du dépôt, il doit être démontré que les structures de scellement peuvent remplir leurs fonctions sous chargements sismiques pendant toute leur durée de vie. Afin de garantir ce futur dépôt de déchets nucléaires, le CEA et l'Andra collaborent pour travailler sur les potentiels défis scientifiques et techniques.
La réponse des scellements souterrains aux séismes est complexe en raison de l'évolution spatiale et temporelle des propriétés hydromécaniques des milieux environnants et de la structure elle-même. Une modélisation précise du comportement nécessite donc un code numérique multiphysique couplé pour modéliser efficacement les réponses sismiques de ces structures souterraines pendant leur durée de vie estimée à 100 000 ans.
La recherche proposera donc une évaluation des performances de la modélisation numérique séquentielle et parallèle par éléments finis pour l'analyse sismique des installations souterraines profondes. Ensuite, elle effectuera un échantillonnage de données synthétiques pour tenir compte des incertitudes liées aux matériaux et, sur la base des résultats obtenus lors de l'évaluation précédente, elle effectuera une analyse de sensibilité en utilisant une méthode FEM ou un processus de métamodélisation. Enfin, les résultats et les connaissances acquises dans le cadre de ce projet seront traités et interprétés afin de fournir des réponses aux besoins industriels.
Développements expérimentaux et technologiques d’un procédé de minéralisation de déchets liquides organiques par plasma
Le procédé ELIPSE développé au CEA permet la destruction des liquides organiques par injection dans un plasma de forte puissance.
Si la faisabilité de destruction de différents composants organiques à des débits de quelques litres par heure est aujourd’hui démontrée, les essais doivent maintenant être approfondis pour des liquides organiques de références pertinemment choisis en fonction des gisements existants.
Ces études, sur la base des données de caractérisations des LOR (Liquides Organiques) choisis, auront pour objectif d’apporter des résultats de procédé détaillés obtenus avec des conditions opératoires les plus représentatives, pour permettre une évaluation complète et quantitative du procédé. Cela permettra d’établir des données d’exploitation, de robustesse et d’endurance du procédé.
Ces travaux incluront l’étude du comportement des radioéléments dans le procédé qui sera indispensable à l’étude de nucléarisation : il s’agira d’étudier le comportement physico-chimique des actinides lors de leur traitement via l’utilisation de simulants inactifs.
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.
Étude thermodynamique des matériaux à transition métal-isolant - Le cas du VO2 dopé pour les applications de fenêtres intelligentes
Ce post-doc vise à développer une base de données thermodynamiques spécifique sur le système V-O-TM (TM=Fe,Cr,W) en utilisant l'approche CALPHAD. Le candidat mènera des campagnes expérimentales afin d'obtenir des données pertinentes pour alimenter les modèles thermodynamiques. Le candidat utilisera principalement l'équipement expérimental disponible au laboratoire (DTA, fours de recuit, spectrométrie de masse à haute température, chauffage laser, SEM-EDS). En outre, le post-doc pourra participer à des activités combinatoires à haut débit menées par d'autres laboratoires du consortium Hiway-2-Mat (par exemple, ICMCB à Bordeaux), permettant une meilleure connexion entre les résultats de la simulation CALPHAD et la plateforme de caractérisation accélérée. La base de données thermodynamiques sera ensuite incluse dans la routine de recherche autonome mise en œuvre dans la voie d'exploration des matériaux.
Simulation de l’interaction d'un flux de photons X impulsionnel haute énergie avec un scintillateur
Dans le cadre d’expériences d’hydrodynamique, le CEA-DAM utilise des installations de radiographie impulsionnelles qui génèrent, en quelques dizaines de nanosecondes, une dose très importante de photons X énergétiques, jusqu'à 20 MeV. Après avoir traversé l'objet étudié, les photons X interagissent avec un détecteur, composé d’un cristal scintillateur convertissant les photons X en photons visibles, qui sont ensuite détectés par une caméra CCD. L'objectif de ce post-doctorat est de mettre en place une chaîne de simulation complète du détecteur, comprenant l’émission des photons visibles par le scintillateur et leur transport par la chaine optique jusqu’à la caméra CCD. Dans un premier temps, le (la) candidat(e) devra modéliser les différents mécanismes mis en œuvre dans la chaîne de détection et identifier les outils de simulation les plus pertinents pour les reproduire. Dans un deuxième temps, il (elle) sera amené(e) à comparer les résultats de simulation à des campagnes de caractérisation expérimentales, réalisées à l’aide d’une source X impulsionnelle. Enfin, le (la) candidat(e) pourra proposer, à l'aide de la chaîne de simulation retenue, des évolutions possibles pour les futures chaînes de détection. Ce travail pourra faire l'objet de publications.
Conception d’une chaîne de vélocimétrie hétérodyne dans l'infrarouge moyen pour les hautes vitesses
Ce post-doctorat vise à concevoir au moyen de briques technologiques innovantes un diagnostic de vélocimétrie hétérodyne fonctionnant dans l'infrarouge moyen (entre 3 µm et 5 µm) pour sonder des nuages de particules denses et se déplaçant à des vitesses élevées (jusqu'à 5000 m/s), en physique des chocs. Schématiquement, on fait interférer sur un photodétecteur relié à un numériseur deux ondes laser légèrement décalées en fréquence, l’une sert de référence et l’autre porte l’information de vitesse de l’objet visé, par effet Doppler. Le développement de nouveaux composants optiques et de technologies de pointe dans cette gamme de longueurs d'onde est actuellement en plein essor, pour des applications dans la Défense, la détection de gaz, etc... Dans une première phase de conception, le (la) candidat(e) devra donc identifier et choisir les composants photoniques les plus pertinents pour notre besoin. Il (elle) devra pour cela optimiser les performances globales de la chaîne de mesure, en s'appuyant sur des outils de simulation du commerce ou développés au CEA-DAM. Dans un deuxième temps, il (elle ) constituera la chaîne de mesure avec les éléments optiques retenus. Il (elle) pourra également être amené(e) à participer au dimensionnement et à la fabrication d'éléments mécaniques de précision pour assurer l'interface entre les éléments. Suivant l'état d'avancement, le système ainsi conçu pourra être déployé sur des expériences dédiées. Ce travail pourra faire l'objet de publications.
Développement d’un outil de spectrométrie neutron pour la caractérisation de sources neutroniques à base de radionucléides
Depuis quelques années, le LNHB développe un nouveau dispositif de spectrométrie neutron baptisée AQUASPEC et dédié la caractérisation de sources neutrons à base de radionucléide (ex. AmBe, PuBe, Cf-252). Le dispositif est constitué d'un récipient en polyéthylène, équipé d’un canal central dans lequel la source est placée, et de 12 voies de mesures pouvant accueillir des détecteurs (scintillateur plastique (SP) discriminant dopé au 6Li). Lors de la mesure, le récipient est entièrement rempli d’eau afin de garantir la modération des neutrons émis par la source et une sensibilité moindre à l’environnement extérieur. Les détecteurs sont positionnés autour de la source afin de réaliser des mesures à différentes distances de modération. Les comptages obtenus sont traités par un algorithme itératif dédié aux déconvolution des données, sur la base d’un algorithme itératif de type ML-EM ou MAP-EM. Le candidat travaillera sur les problématiques de mesures de spectre neutrons au sein du laboratoire. Il participera à des campagnes de mesures de sources et travaillera sur les aspects de détection des neutrons, de traitements de données notamment la problématique de discrimination neutron gamma, ainsi que les méthodes de déconvolution de données et de reconstruction de spectre. Une attention particulière sera portée sur l’optimisation de la caractérisation des sources, avec l’intégration de l’information liée aux coïncidences neutron gamma spécifiques aux sources de type XBe.
Conception et validation de schémas de calcul neutroniques innovants pour les coeurs de réacteurs nucléaires sans bore soluble
Dans le cadre du projet NUWARD™, le CEA est en charge du développement et de la validation des schémas de calcul neutroniques de référence en appui à la conception du réacteur.
Au sein du SERMA/LPEC, le candidat participera aux développements de schémas de calcul innovants dédiés au coeur du réacteur NUWARD™ mettant en œuvre des modélisations avancées du code déterministe de nouvelle génération APOLLO3®, ainsi qu'à la réalisation des études pour la vérification et la validation des schémas développés.
Limitation de la réaction alcali-silice au sein de bétons formulés pour le conditionnement de concentrats d’évaporation
La production d’électricité d’origine nucléaire génère des déchets radioactifs dont la gestion constitue un enjeu industriel et environnemental de premier plan. Ainsi, les effluents aqueux de faible ou moyenne activité peuvent être concentrés par évaporation, puis immobilisés en matrice cimentaire avant d’être envoyés en stockage. Des interactions peuvent néanmoins se produire entre certains constituants du déchet et les phases cimentaires ou les granulats et affecter la stabilité du matériau obtenu. Ainsi, la formation d’une substance gélatineuse a-t-elle été observée à la surface de certains colis de concentrats d’évaporation cimentés, produits dans les années 1980 en Belgique. Elle résulte d’une réaction entre la silice des granulats et la solution interstitielle très alcaline du matériau cimentaire. Ses propriétés diffèrent cependant de celles des gels d’alcali-réaction classiquement décrits dans le génie civil. Un travail préliminaire a permis de mieux comprendre les processus impliqués dans la formation du gel au sein des enrobés de concentrats et de caractériser ses propriétés, en lien avec sa composition et sa structure. Le projet de post-doctorat s’appuiera sur les résultats obtenus pour étudier deux approches visant à limiter le développement de la réaction alcali-silice : la diminution du taux de saturation en eau des enrobés et/ou la réduction du pH de sa solution interstitielle par carbonatation en milieu supercritique.
Ce projet de recherche s'adresse à un post-doctorant souhaitant développer ses compétences en science des matériaux et ouvrir de nouvelles perspectives pour la gestion de déchets radioactifs. Il sera mené en partenariat avec l’ONDRAF, l’Agence en charge de la gestion des déchets radioactifs en Belgique, dans le cadre d’une collaboration entre deux laboratoires du CEA Marcoule, le Laboratoire d’Etude des Ciments et Bitumes pour le Conditionnement et le Laboratoire d’Etude des Procédés Supercritiques et de Décontamination.
Conception du packaging des modules PV de haute performance
La durée de vie de nouvelles générations de modules photovoltaïques est de 25-30 ans en conditions externes. Le packaging joue un rôle critique pour répondre à ses exigences de fiabilité et de durabilité. Les cellules solaires sont protégées par du verre en face avant et des couches plastiques complexes sont employées comme encapsulant en face avant et arrière, en contact avec la face arrière. Les encapsulants ont de multiples rôles; forment une couche barrière contre l’humidité, oxygène, radiation ultra-violet, assurent l’isolation électrique et la protection mécanique des plaquettes de silicium fragiles tout en gardant une transparence optique élevée. Le procédé de fabrication industriel des modules est la lamination, qui impose des exigences supplémentaires pour la formulation des encapsulants.
L’objectif de ce post-doc est d’établir une corrélation entre les propriétés des matériaux, leur mise en forme et le comportement thermo-mécanique des modules innovants avec des cellules hétérojonctions, back-contact ou silicium/pérovskite tandems. La caractérisation avancée des polymères sera étroitement déployée lors de cette étude utilisant notamment DSC, DMA, adhésion, ATG, WVTR, extraction Soxhlet etc. La corrélation entre les paramètres de la lamination et la tenue mécanique des panneaux constituera un des axes majeurs de recherche. Le choix des encapsulants et de tous les matériaux sera fortement guidé par l’éco-conception pour réduire l’impact environnementale du packaging et augmenter la recyclabilité, et renforcer le ré-emploi des plastiques. Ce post-doc s’inscrit dans une collaboration européenne sur le sujet.