Analyse dynamique non-linéaire d’une structure en béton armé sous sollicitations sismiques : Etude déterministe et probabiliste des spectres de plancher

L’étude qui est proposée s’appuie sur la campagne ENISTAT et comporte trois axes de travail :

1. Calibration (5 mois)
Le candidat devra, dans un premier temps, s’approprier le modèle aux éléments finis de maquette qui a été développé en phase d’avant projet. Sur la base des résultats expérimentaux, les éventuelles sources d’écart entre les résultats numériques initiaux et expérimentaux devront être identifiées en vue de mieux calibrer le modèle.

2. Étude déterministe et probabiliste des spectres de plancher (5 mois)
Sur la base du modèle calibré, les spectres de planchers pourront être déterminés. Ces derniers seront confrontés aux spectres de demande issus des textes normatifs, tels que l’Eurocode 8. Enfin, en s’appuyant sur des méthodes issues de la théorie de la fiabilité, les incertitudes qui entachent non seulement les paramètres d’entrée du modèle mais aussi les signaux d’excitation seront prises en compte et la variabilité des spectres de planchers pourra être quantifiée. Cette donnée est particulièrement essentielle dans un contexte de dimensionnement et de retombées au niveau de l’ingénierie parasismique.

3. Étude de la tenue au séisme des rupteurs thermiques (2 mois)
Sur la base des résultats, non seulement expérimentaux mais aussi numériques, une discussion sur l’effet des rupteurs thermiques sur la tenue globale de la structure au séisme sera réalisée.

Il peut être noté que l’ensemble de ces recherches s’inscrit pleinement dans le cadre de la feuille de route de l’institut SEERA (ex. IMRS) dont le CEA est membre fondateur.

Développement d’une cellule à Metal Support pour la production d’Hydrogène par Electrolyse à Haute Température

Le développement de Cellules à Métal Support (CMS) pour l’Electrolyse à Haute Température (EHT) constitue une innovation intéressante pour limiter les dégradations en fonctionnement de ces composants. L’augmentation de la durée de vie des cellules contribuera à réduire les coûts de revient et à positionner l’EHT comme une alternative réaliste face aux autres technologies de production d’hydrogène. La maîtrise de l’élaboration des CMS constitue toutefois un verrou important. Dans les procédés actuels, les couches fonctionnelles de la cellule sont constituées de matériaux céramiques qui sont assemblées avec le substrat métallique poreux à haute température (> 1000 °C). Les différences de comportement mécanique de ces matériaux ainsi que les conditions réductrices imposées par le métal conduisent aujourd’hui à des cellules dont les performances sont insuffisantes par rapport au cahier des charges. L’objectif du post-doctorat sera d’acquérir une meilleure connaissance des mécanismes intervenant lors de l’assemblage et de proposer et de tester des solutions technologiques pour fiabiliser l’élaboration de Cellules à Métal Support.

Modélisation de l’électroraffinage d’actinides

Dans le cadre du projet européen SACSESS et en collaboration avec l’ITU et le CNRS, le Laboratoire d’Elaboration des Procédés de Séparation (LEPS) du DRCP/SMCS étudie actuellement un procédé pyrométallurgique de retraitement des combustibles nucléaires usés par électrolyse.

Le sujet de post-doc proposé vise dans un premier temps à développer des modèles rendant compte de ce procédé sur la base de résultats de tests successifs d’électroraffinage déjà obtenus à l’ITU en électrolysant un alliage métallique U-Pu-Zr-Am-Gd-Nd-Ce-Y sur une cathode d’aluminium. Le but de la modélisation sera d’évaluer les potentialités de ce procédé en termes d’efficacité de séparation mais aussi d’optimiser la gestion des flux de matière nucléaire.

Développement d’outils numériques pour la simulation du contrôle non destructif par ultrasons

Le Département Imagerie et Simulation pour les Contrôles non destructifs (DISC) du CEA LIST recherche un(e) post-doc en mathématiques appliquées et calcul scientifique. Le DISC développe le logiciel CIVA (http://www-civa.cea.fr), leader mondial pour la simulation et l’expertise en contrôles non destructifs (échographie ultrasonore, méthodes électromagnétiques, radiographie, tomographie X). Dans le cadre du développement et de l’amélioration de CIVA, le post-doc recruté aura en charge le développement de méthodes numériques pour le module de simulation ultrasonore.
Les méthodes semi-analytiques implémentées dans CIVA reposent sur des hypothèses simplificatrices des phénomènes physiques mis en jeu et ont l’avantage d’être rapides et précises dans un grand nombre de configurations réalistes d’inspection. Cependant, restent des configurations pour lesquelles ces modèles trouvent leur limite et nécessitent la mise en œuvre de méthodes s’affranchissant des hypothèses physiques incriminées. Les méthodes dites numériques telles que les éléments finis, les différences finies ou les éléments finis de frontière permettent de résoudre ces problèmes, mais dans des temps de calcul incompatibles dans un contexte industriel, notamment pour les configurations 3D. Une approche pour CIVA consiste à coupler les modèles semi-analytiques et les méthodes numériques de sorte à bénéficier simultanément des avantages des deux modèles.
Les travaux du poste incluent des développements de méthodes numériques elles-mêmes, en lien avec les partenaires académiques du CEA, l’intégration dans CIVA d’une solution de maillage permettant de mettre en forme les données pour la résolution numérique, ainsi que des développements sur les couplages semi-analytique / numérique. Des solutions du type multi-boite, permettant par exemple d’optimiser les configurations comportant plusieurs défauts ou d’effectuer un couplage au niveau de la source et du défaut, seront notamment étudiées.

Reverse engineering d’une machine électrique commerciale de type synchrone à aimants enterrés dans le rotor et à pôles saillants puis modélisation d’évolutions de cette machine intégrant notamment de nouveaux types d’aimants conçus au CEA.

L’étude concerne l’étude et la modélisation d’une motorisation électrique de type synchrone à aimants enterrés dans le rotor intégrant une nouvelle technologie d’aimants issus du CEA. Cette étude intègre en phase préliminaire une phase de retro engineering et de modélisation d’une machine existante.

Dans le cadre du transport électrique, si les batteries et le moyen de stockage de l’énergie restent le point faible de la chaîne énergétique, le moteur de traction électrique constitue un maillon central qu’il s’agit de dimensionner au mieux afin de gagner en efficacité énergétique. Depuis maintenant vingt ans, toutes les structures de moteur électrique ont été étudiées et testées : du moteur à courant continu à la machine synchrone à aimants permanents en passant par la machine asynchrone et la machine à réluctance variable. Il ressort que la machine synchrone à aimants permanents enterrés dans le rotor est celle qui offre le meilleur rendement, associé à la possibilité d’offrir en pleine charge une puissance constante sur une grande plage de vitesse. On va de plus chercher à augmenter les vitesses de rotation afin de gagner au maximum sur l’encombrement.

Le post doc se scinde ainsi en trois parties :

1ere phase :
Test au banc d’essai moteur CEA d’une machine électrique commerciale à aimants enterrés et démontage de la machine en vue de caractériser ses composants

2eme phase :
Modélisation de la machine commerciale testée au banc moteur et comparaison des résultats de modélisation avec les mesures issues de la 1ere phase

3eme phase :
Conception et modélisation d’évolutions de la machine testée et modélisée dans les phases 1 et 2, en intégrant notamment de nouvelles technologies d’aimants développés au CEA.

Caractérisation électrique et modélisation de mémoires CBRAM (Conductive Bridge Random Access Memory)

Les mémoires CBRAM sont parmi les technologies les plus prometteuses comme alternative aux technologies Flash qui présentent des limites vis-à-vis des futures réductions de dimensions. Les CBRAM ont une structure de type capacitive, où un matériau chalcogénure est pris en sandwich entre une anode active en argent et une cathode inerte. En polarisant la cellule, les ions argent diffusent dans la matrice et atteignent la cathode où ils sont réduits. Un pont conducteur est formé dans la structure, créant une diminution de résistance. Ces structures peuvent fonctionner à très faible tension (~1V).
L’objectif principal du post doc est de mener les études de caractérisation électrique et la compréhension physique associée. L’objectif final est une forte amélioration des caractéristiques d’écriture, d’effacement, de cyclage, de retention d’information. Dans ce but des études approfondies seront menées, en particulier de la conduction et de la retention (mesures en température, lien entre courants et ions diffusées dans la matrice via un premier niveau de modélisation, …) Le candidat adressera à la fois les problèmes hardware et les méthodologies de test. Il étudiera diverses conditions de procédés, de géométries, d’architectures. Une forte interaction sera toujours recherchée avec les spécialistes de la caractérisation physico chimique pour une meilleure connaissance intime des matériaux et cellules.

Méthodes de compensation (magnétique) pour la capture de forme à partir de capteurs d’orientation

Notre laboratoire travaille depuis quelques années sur la capture de forme (courbes et surfaces) en statique et en mouvement à partir de capteurs d’attitude, accéléromètres et magnétomètres par exemple, capables de fournir des informations sur leur propre orientation. Cependant, en conditions réelles les données capteurs ne fournissent pas exactement leur orientation, la mesure étant perturbée par des données extérieures (accélérations propres au mouvement, vibrations pour les uns, perturbations magnétiques pour les autres). Le but de ce travail est d’analyser ces perturbations et de proposer des prétraitements permettant de corriger les informations brutes des capteurs afin d’en extraire des données tangentielles fiables/cohérentes relativement à nos objectifs de reconstruction géométrique aussi bien dans un cadre statique que dynamique, sur quelques cas d’applications réelles telles que la présence d’éléments magnétiques perturbateurs dans l’environnement de capture.

Nous nous plaçons dans un premier temps dans le cadre de la reconstruction de la forme d’un tuyau métallique : nous cherchons alors à reconstruire une courbe avec des capteurs magnétiques perturbés (nous pourrons envisager la reconstruction de surfaces par la suite). Le travail demandé consiste à trouver les meilleures méthodes permettant de traiter ces informations perturbées, afin d’en extraire les données tangentielles nécessaires à la reconstruction de la forme (séparation de sources, fusion de données, modélisation de la perturbation, ajout d’une autre modalité capteur, etc, sont des pistes à explorer). Le post doc devra établir une étude bibliographique poussée, implémenter les différentes méthodes définies, mettre en œuvre ces méthodes en tests réels par le biais d’acquisitions de données avec notre système de capture de forme en environnement perturbé.

Collage direct cuivre et sa fiabilité

La brique technologique de collage direct du cuivre (copper direct bonding en anglais) est l’une des approches les plus prometteuses concernant l’intégration 3-D. Le procédé de fabrication est mature comme présenté par divers travaux pour des approches plaque à plaque (wafer to wafer ou W2W en anglais) mais également dans le cas du puce à plaque (die to wafer ou D2W en anglais). Cependant, sa fiabilité est encore à démontrer même si des premiers résultats montrent que l’approche est prometteuse.

L’objectif de ce post-doc sera de conforter ces premiers résultats obtenus en W2W d’une part et d’autre part, d’étudier la fiabilité de l’approche D2W vis-à-vis des phénomènes d’électromigration et de stress induced voiding.
Le candidat aura en charge toute l’étude de fiabilité en commençant par le lancement des essais et l’analyse des résultats qui en découleront, l’analyse de défaillance (optique, IR, MEB, FIB,…), la détermination du/des mécanismes de dégradation.
Le candidat collaborera avec les doctorants travaillant sur le collage direct du cuivre et son intégration dans des dispositifs. Grâce à son expertise, il proposera des voies d’amélioration du procédé aussi bien d’un point de vue du procédé de fabrication que d’un point de vue géométrique.

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.

Réduction de modèle en dynamique vibratoire : application au génie parasismique

La complexité et la finesse des modèles numériques mis en oeuvre pour prédire le comportement des structures soumises à des sollicitations sismiques imposent bien souvent des temps de calculs de plusieurs jours pour la résolution des équations aux dérivées partielles du problème de référence.
En outre, l’étude des marges, les méconnaissances sur les paramètres constitutifs, les analyses stochastiques ou encore le recalage des modèles impose généralement de fournir cet effort numérique, non plus pour la simulation d’un seul modèle, mais d’une famille de modèles.
Afin de diminuer les temps de calculs, des techniques de réduction de modèle (Proper Orthogonal/Generalized Decomposition) peuvent être envisagées. La présente étude post-doctorale propose de définir et mettre en oeuvre (notamment dans CAST3M) une technique adaptée pour la réduction de modèles de génie civil (type béton armé) soumis à des chargements sismiques.