Calcul HPC Adapté à la Logique Event-based pour le Transport
La méthode Monte Carlo est employée en physique des réacteurs pour obtenir des distributions de flux dites de référence. Le code TRIPOLI-5, actuellement en cours développement au CEA est une application basée sur cette méthode. Avec l’arrivée des futures machines avec une architecture matérielle accélérée (CPU+GPU) comme la machine exaflopique Alice Recoque, il est essentiel de revoir certains aspects de ces codes pour tirer partie du matériel. Dans le cadre de TRIPOLI-5, des travaux précédents ont permis de
déporter le calcul de l’élargissement Doppler des sections efficaces à la température du matériau sur GPU. Néanmoins, le transport lui-même reste sur CPU.
Dans cette proposition de travaux exploratoires, nous proposons de développer une maquette d’un code Monte Carlo simplifié basé sur du transport sur GPU. Ceci demandera notamment de changer l’algorithme : en effet actuellement, l’algorithme est dit « history-based » où l’on s’intéresse à la vie d’une particule de sa naissance à sa disparition. Afin d’exposer plus de parallélisme, il est opportun d’employer un algorithme « event-based », où l’on s’intéresse à un même type d’évènement dans l’histoire d’un ensemble de particules. Le changement d’algorithme nécessite de reconcevoir un code et disposer d’une maquette est
primordial pour mener des recherches et des expérimentations sur l’architecture informatique.
Le but de ce projet est d’identifier des technologies logicielles utiles pour l’adaptation des codes de transport Monte-Carlo aux machines exaflopique. En particulier, on s’intéresse à l’écosystème de la bibliothèque multi-plateforme Kokkos. On se basera sur les bibliothèques opensource ArborX et Cabana. ArborX fournit des primitives de recherche géométrique optimisées pour GPU et Cabana propose des structures de données adaptées aux systèmes particulaires.
Investigation Expérimentale et Modélisation Thermodynamique des Phases du Corium Formées lors d’Accidents Nucléaires Sévères (24 mois)
Lors d'accidents graves dans des réacteurs à eau sous pression, le combustible en dioxyde d'uranium (UO2) réagit avec la gaine en zirconium et la cuve en acier, formant un mélange de phases liquides et solides appelé "corium en cuve". En cas de rupture de la cuve, ce corium se propage et réagit avec la dalle en béton pour former le "corium hors cuve". Ce phénomène s'est produit lors des accidents de Tchernobyl et de Fukushima. Pour simuler ces différentes étapes, les codes multi-physiques nécessitent des données thermodynamiques et thermophysiques précises sur les diverses phases du corium. Ce projet vise à combler ce manque de données grâce à des mesures expérimentales et à de la modélisation. Les travaux consisteront à synthétiser des échantillons, à mesurer les températures liquidus et solidus et les densités des liquides, ainsi qu’à caractériser les échantillons à l’aide de techniques avancées. De plus, le dispositif de chauffage laser combiné à la lévitation aérodynamique (ATTILHA) utilisé pour l’acquisition des données sera amélioré. Les résultats expérimentaux seront comparés aux modèles thermodynamiques (base de données TAF-ID), et les écarts seront résolus en utilisant la méthode CALPHAD. Les données thermophysiques seront également validées à l'aide de simulations atomistiques et d'autres techniques de mesure.
TOMOGLASS: Tomographie gamma d’émission appliquée à la caractérisation radiologique du reliquat de verre du procédé de vitrification en creuset froid
Le projet TOMOGLASS vise à développer un système de tomographie gamma innovant, capable de fonctionner en environnement de haute activité, pour caractériser en trois dimensions les reliquats de verre issus du procédé de vitrification des déchets nucléaires. L’objectif est de localiser précisément les inclusions de platinoïdes faiblement solubles dans le verre afin d’améliorer la compréhension et le pilotage du procédé. Le système repose sur un imageur gamma compact, intégrant des détecteurs CZT pixellisés à haute résolution, collimaté de type sténopé, et monté sur un bras robotisé. Il permettra une reconstruction multi-isotopique à partir d’algorithmes tomographiques avancés. Ce projet s’inscrit dans la dynamique de modernisation des installations de La Hague et dans la démarche d’intégration des technologies numériques au sein de l’usine du futur.
La première phase du projet consistera à démontrer la faisabilité de la mise en œuvre d’un prototype de spectro-imageur en environnement contraint, en s’appuyant sur des briques technologiques existantes : modules de détection et électronique d’acquisition basés sur la technologie HiSPECT et algorithmes de reconstruction d’images développés au CEA-Leti. Le travail portera sur la réalisation d’une étude multiparamétrique par simulation numérique (code de calcul Monte Carlo), destinée à dimensionner un dispositif de mesure optimisé, puis à générer des jeux de données simulés pour différentes configurations de mesure représentatives. Une fois le concept validé, les travaux se poursuivront en année N+1 avec l’assemblage des composants du prototype et son intégration sur un bras robotisé. Des essais expérimentaux pourront alors être envisagés, en vue d’une démonstration en environnement représentatif.
Outils et méthodes de diagnostic pour la réutilisation des composants électroniques
Le Laboratoire Autonomie et Intégration de Capteurs (LAIC) du CEA-Leti a pour mission principale le développement de systèmes de capteurs pour la digitalisation des systèmes. Les activités de l’équipe sont à l’interface du hardware (électronique, optronique, semi-conducteurs), du software (intelligence artificielle, traitement du signal) et du système (architecture électronique, mécatronique, modélisations multiphysiques).
Dans un contexte de croissance exponentielle de l'électronique et de raréfaction des ressources, la réutilisation de composants électroniques issus de systèmes en fin de vie représente une voie prometteuse pour limiter l'impact environnemental et soutenir le développement d'une économie circulaire. L'objectif de ce projet est de développer une méthodologie de diagnostic avancé permettant d'évaluer l'état de santé de composants électroniques, notamment de puissance, afin de les réintégrer dans un cycle de seconde vie moins contraignant.
Le ou la post-doctorant(e) aura pour mission de développer une approche complète pour évaluer le potentiel de réutilisation de composants électroniques, en vue de les réintroduire dans des cycles de seconde vie. Cela comprendra :
- L’identification d’indicateurs de santé pertinents pour suivre l’évolution des performances de composants (ex. : MOSFET, IGBT, condensateurs, etc.) ;
- La mise en place de bancs de test et de capteurs adaptés à la mesure de paramètres électriques, thermiques ou mécaniques, dans le but de détecter les signes de vieillissement ;
- L’analyse des modes de dégradation à travers des essais expérimentaux et des modèles de défaillance ;
- Le développement d’algorithmes de prédiction de la durée de vie résiduelle (Remaining Useful Life – RUL), adaptés à différents scénarios d’usage ;
- La contribution aux publications scientifiques, à la valorisation des résultats, et à la collaboration avec les partenaires du projet.
Analyse des Effluents Gazeux pour des Procédés de Gravure Plasma plus Éco-Responsables
Les gaz fluorés traditionnellement employés, comme le CF4 et le C4F8, ont des potentiels de réchauffement (GWP) extrêmement élevés et une longue durée de vie atmosphérique, participant au changement climatique. L’utilisation de gaz alternatifs à faible GWP, combinée à des systèmes d’abattements des effluents en sortie de réacteur, devrait permettre de concilier performances des procédés de gravure plasma et responsabilité écologique. Dans ce contexte, vous aurez en charge d’analyser et de caractériser par spectrométrie de masse les gaz présents dans un plasma de gravure industriel, et de les comparer à ceux présents à la sortie des pompes du réacteur et du système d’abattement. Les principaux objectifs sont de déterminer le taux de destruction des gaz fluorocarbonés à fort GWP utilisés dans les procédés de gravure au niveau du plasma et des systèmes de pompage et d’abattement ains que de proposer des solutions alternatives et innovantes pour minimiser le rejet des effluents gazeux à fort GWP.
Compréhension et modélisation des propriétés thermodynamiques et cinétiques du combustible MOX dans les réacteurs du futur
Cette étude s’inscrit dans le cadre des projets de Réacteur à Neutrons Rapides à caloporteur sodium. Le dioxyde d’uranium et de plutonium (U,Pu)O2, appelé MOX, est le combustible de référence. En fonctionnement, les pastilles de combustible sont soumises à un fort gradient thermique qui induit des phénomènes de transport, de thermo-diffusion et de vaporisation, couplés à des effets d’irradiation. Les codes de performance des combustibles sont développés pour simuler le comportement des aiguilles de combustible en condition nominale et incidentelle, jusqu’à la fusion.
L’objectif de cette étude est d’améliorer le modèle thermocinétique du MOX utilisé dans ces codes. Ce modèle repose sur la description du système U-Pu-O avec la méthode CALPHAD, couplée à une base de données de mobilités des éléments, développée avec le logiciel DICTRA. La description des défauts sera étendue avec l’introduction des lacunes métalliques et de clusters d’oxygène. La description des données thermodynamiques (potentiel d’oxygène et capacité thermique) et du diagramme de phase sera également améliorée en prenant en compte les données les plus récentes. Enfin, la base de données de mobilité, couplée au modèle Calphad, sera améliorée pour mieux décrire la diffusion dans le MOX. Les nouvelles données expérimentales mais aussi les données calculées par des méthodes de calcul à l’échelle atomique (dynamique moléculaire, ab-initio) seront utilisées.
Développement d'une architecture d'instrumentation innovante utilisant un réseau de capteurs magnéto-résistifs pour créer un système de tomographie rapide pour les piles à combustible
Développement d'une architecture d'instrumentation innovante utilisant un réseau de capteurs magnéto résistifs pour créer un système de tomographie rapide pour les piles à combustible.
L'objectif est de développer un démonstrateur TRL 4 en laboratoire pour prouver le concept sur une pile à combustible à basse température. Cela inclura quatre cartes de mesure avec plusieurs dizaines de capteurs magnétiques synchronisés pour des acquisitions simultanées. Les résultats expérimentaux et une description du système d'instrumentation seront publiés. Les données historiques seront utilisées pour valider les algorithmes de résolution de densité de courant et comparer leurs performances à celles des solutions basées sur des réseaux de neurones informés par la physique. Les résultats estimés de densité de courant seront utilisés pour une publication supplémentaire.
Le système d'instrumentation sera intégré dans un banc d'essai du CEA dédié au contrôle optimal, à l'observation des transitoires, à la détection de défauts et à l'exploration des phénomènes de propagation de défauts. Cette approche offrira une observation dynamique et non invasive de la distribution du courant dans la pile à combustible, améliorant ainsi la compréhension de son fonctionnement et facilitant l'optimisation de ses performances et de sa durée de vie.
Etude de l'amorçage multipoints d'explosifs. Expériences et simulations
La conception de systèmes performants et toujours plus sûrs, nécessite d’imaginer de nouvelles solutions pour amorcer les explosifs qui en constituent la charge. Une piste envisageable consiste à remplacer l'amorçage électrique des détonateurs par un amorçage optique afin de s’affranchir des risques d'amorçage par des sources électriques parasites.
Une autre voie possible pour gagner en sûreté, consiste à réaliser un amorçage multipoints de telle sorte que l’explosif ne détonne que lorsque tous les points d’amorçage sont activés de façon synchrone.
L’objectif du contrat post-doctoral sera d’étudier de façon approfondie les mécanismes régissant l’amorçage multipoints. Pour cela, le candidat, après une recherche bibliographique exhaustive, proposera les configurations a priori les plus pertinentes et les testera à la fois expérimentalement et en réalisant des simulations hydrodynamiques avec un code développé au CEA. La compréhension des phénomènes mis en jeu est primordiale pour être en mesure de choisir une configuration d’amorçage adaptée à chaque besoin.
Etude de la diode et du tube anodique d’un injecteur à induction
La Direction des Applications Militaires du CEA utilise la radiographie éclair pour caractériser l’état de la matière soumise à des chocs forts ou à une densification importante sous l’effet d’explosifs. Dans de telles conditions extrêmes, le succès des expériences de radiographie éclair nécessite des sources de rayonnement X impulsionnelles de faibles dimensions spatiales (quelques mm), brèves (environ 60 ns), fortement pénétrantes (quelques MeV) et intenses (plusieurs rads). De telles sources sont produites à partir du rayonnement de freinage créé par une impulsion brève et intense d'électrons (plusieurs kA) de haute énergie dans un matériau cible. L’installation radiographique EPURE du CEA exploite deux Accélérateurs Linéaires à Induction (LIA) comme sources de radiographie éclair.
Capteurs électrochimiques à base de diamant pour le contrôle de la pollution de l'eau en milieux urbains
Ce postdoc est proposé par le CEA List dans le cadre du projet européen UrbaQuantum (« A novel, integrated approach to urban water quality monitoring, management and valorisation ») de l’appel à projet HORIZON-CL6-2024-ZEROPOLLUTION-02. Ce projet a pour objectif principal de développer, en réponse aux contexte des changements climatiques, des capteurs, des modèles et des protocoles pour une meilleure gestion du cycle de l’eau en milieux urbains.
Le post-doctorant au sein du Laboratoire Capteurs et Instrumentation pour la Mesure (LCIM) du CEA List contribuera au développement des capteurs électrochimiques à base de diamant de synthèse et des protocoles de mesure associés pour la détection de polluants de types pharmaceutiques, métaux lourds, PFAS et pesticides. Ces capteurs seront miniaturisés et intégrés dans une cellule microfluidique, en partenariat avec le CEA-Leti, puis testés en conditions réelles sur le terrain.