Etudes sur la physique des gaz et des interactions matière/laser pour la démonstration à l’échelle laboratoire de l’épuration isotopique du palladium (naturel).
Le palladium est un métal rare dont la demande mondiale est en forte augmentation. Or, il est présent en tant que produit de fission dans les combustibles nucléaires usés qui sont retraités en France. Il serait donc intéressant de recycler ce métal. Pour cela, il est nécessaire de procéder à une épuration isotopique, afin de supprimer un des isotopes du palladium, le 107, qui est un radionucléide artificiel à vie longue émetteur béta. Dans le cadre d'un nouveau projet sur 4 ans construit en réponse à l'appel d'offre du Plan d'Investissement et d'Avenir de l’État, le Service d’Etude des Procédés d’Enrichissement propose un contrat post-doctoral ayant pour objectif la compréhension des interactions gaz/laser dans le procédé de séparation isotopique du palladium par Lasers actuellement en cours de développement. L’objectif principal du projet est la démonstration finale de la faisabilité de séparation de palladium naturel (et non radioactif) pour la phase suivante de développement d’un premier pilote.
Le post-doctorant devra en particulier assurer l’étude du mode de production de la vapeur atomique près du point de fusion du métal pur, des mesures de spectroscopie par laser dans l’UV afin d’affiner les séquences sélectives de photoionisation des isotopes désirés. Pour ce faire, il participera à la définition, au montage et au développement de l'évaporateur, et au couplage des lasers du procédé avec l’enceinte à vide. Des échanges seront mis en place sur ce sujet spécifique avec des spécialistes reconnus au sein de la Direction de la Recherche Fondamentale du CEA. Les mesures de diagnostics des lasers mais aussi les mesures provenant des interactions gaz/laser sont à développer. La programmation (en Python et/ou sous Labview) de ces outils est un point essentiel du poste proposé. Une attention particulière sera portée sur les publications à réaliser essentiellement dans le cadre des interactions gaz/laser (photoionisation sélective des atomes d’intérêt et extraction).
Machine learning et simulateur pour l'estimation d'état d'un processus dynamique
Le but est de décrire au mieux l’état réel d'un procédé d'extraction liquide-liquide sur la base des données enregistrées. Or, ces dernières sont, par nature, entachées d’incertitudes et sous l’influence de variables exogènes qui ne sont pas enregistrées ni intégrées dans le jumeau numérique. Il est donc nécessaire de travailler le recollement des données entre la réalité et le simulé par PAREX+, simulateur dédié à ce type de procédé. Le code PAREX+ sera utilisé pour constituer une base conséquente de simulations : à chaque essai de paramètres opératoires (pavage de l’espace) sera associée la réponse dynamique du système. Le réseau de neurones convolutionnel (CNN) cherchera à résoudre le problème inverse : apprendre sur l’ensemble des réponses dynamiques les jeux de paramètres opérationnels possibles. Un enrichissement progressif de la base de données sera effectué dans les zones où le CNN ne sera pas assez performant. Une fois calibré, le CNN sera confronté aux données réelles et modifié pour tenir compte des imperfections des données. La finalité du CNN est d’être capable de bien identifier les paramètres du procédé à chaque pas de temps à des fins de contrôle et de diagnostic en temps réel : la dynamique observée est-elle celle attendue ?
Conception d’un contrôleur de vol d’un avion à propulsion électrique répartie
Le prix du carburant pour les systèmes de transport aéronautiques représente une part significative du prix de revient d’un trajet et tend à prendre de plus en plus d’importance. Par ailleurs, les nuisances acoustiques associées au bruit de la propulsion thermique au décollage est de moins en moins toléré par le voisinage des aéroports et tend à limiter le déploiement de ce type de transport, notamment pour les cours trajets (vols nationaux). Dans ce contexte, l’ONERA et le CEA se propose de réfléchir à des avions fonctionnant sur la base d’une propulsion électrique avec production d’énergie électrique à bord à partir d’hydrogène et couplée à des batteries de stockage électriques. L’objet de ce post doc n’est pas de gérer l’aspect de la production d’énergie, mais la partie concernant la propulsion électrique. En effet, la propulsion électrique pouvant réagir beaucoup plus rapidement qu’une turbine thermique et pouvant facilement être distribuée en différents point de l’avion, les degrés de liberté sont plus larges et une meilleure efficacité dans la propulsion envisageable. L’objectif de ce post doc est donc de proposer une solution de pilotage de turbines électriques fonctionnant de manière coopérative pour assurer à la fois une meilleure efficacité dans la propulsion et dans le même temps assurer le guidage de l’avion. Ce sujet fait appel à la fois à des connaissances dans les systèmes d’asservissement et les systèmes d’électronique de puissance pour gérer les transferts de puissance vers les différentes turbines électriques. Cette thèse s’appuiera sur les compétences de l’ONERA pour les aspects d’aérodynamisme, l’ONERA fournira notamment les modèles qui permettent de relier la vitesse de rotation/couple des turbines électrique à la poussé associée. Le CEA mettra à disposition ses compétences dans le domaine des capteurs, de l’électronique et de l’électronique de puissance.
Membranes conductrices protoniques à base de réseaux interpénétrés de polymères pour piles à combustible
Ce sujet se place dans le cadre du développement des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), et a plus précisément pour objectif d’améliorer leur performance et leur durée pour un fonctionnement au-dessus de 100°C à faible humidité relative.
Les membranes perfluorosulfonées de type Nafion® constituent la référence pour la PEMFC du fait qu’elles présentent à la fois une conductivité protonique élevée à l’état hydraté ainsi qu’une bonne stabilité chimique. Néanmoins, leur conductivité protonique à une humidité relative inférieure à 70% chute, notamment au-dessus de 100°C, en raison d’une densité de groupements conducteurs trop faible. Cette caractéristique constitue une limitation majeure pour leur utilisation dans les conditions de fonctionnement propres au cahier des charges de l’application automobile. Avec ce type de polymère, l’augmentation de la densité de groupe sulfonique se traduit par une diminution de la stabilité mécanique et dimensionnelle des membranes. Or, cette stabilité est déjà faible et pose des problèmes de durée de vie. L’objectif de ce sujet est de réaliser de nouvelles structures de membrane à base de réseaux interpénétrés de polymères permettant de lever l’antagonisme entre conduction protonique et stabilité mécanique. Cette stratégie, récemment brevetée par le CEA (brevet n°08 06890), repose sur l’association de deux réseaux de polymères imbriqués l’un dans l’autre, l’un sulfoné conférant les propriétés de conduction et l’autre fluoré conférant la stabilité chimique et mécanique.
Le post-doctorant fabriquera les membranes et caractérisera leurs propriétés mécaniques, de conduction protonique, de perméabilité aux gaz. Il évaluera également leurs performances et leur durée de vie en pile à combustible.
Couplage entre les répartitions d’eau et de densité de courant dans une PEMFC en fonctionnement
L’objectif du travail est d’étudier les couplages entre les répartitions de densité de courant et d’eau dans une PEMFC , afin d’apporter une meilleure compréhension du fonctionnement de ces systèmes en fonction des paramètres de fonctionnement (température, hydratation de gaz, pression, composition du gaz). La distribution de la densité de courant sera mesurée à l’aide d’une installation commerciale fiable. Le CEA a développé une technique non intrusive basée sur la diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) afin de quantifier la distribution de l’eau pendant le fonctionnement de la pile à combustible à l’intérieur et à l’extérieur de l’électrolyte polymère. Ces mesures seront effectuées dans les réacteurs à neutrons à haut flux, comme l’Institut Laue Langevin (ILL). Certaines expériences spécifiques d’imagerie résolution neutrons de haute et basse peuvent être également mènent en outre afin d’avoir une vue 3D complète de la répartition de l’eau.
Développement de procédés de nanoimpression sur substrats souples pour applications optiques et électroniques
Ce sujet a pour objectif de développer des procédés de nanoimpression spécifiques pour divers matériaux et de les appliquer pour la réalisation de divers composants sur film plastique. Plusieurs thématiques seront abordées au travers de différents matériaux, qu’ils constituent le substrat lui-même, ou qu’ils consistent en une couche plus ou moins fine déposée sur un film plastique flexible. Une liste non exhaustive de ces matériaux est présentée ci-après. Ils correspondent à divers applications potentielles. Dans le domaine de l’électronique, des procédés d’impression de matériaux diélectriques seront étudiés. Des substrats particuliers seront également pressés pour la réalisation d’OTFTs. Dans le domaine de l’optique, la structuration de plusieurs polymères conducteurs présentant des propriétés optiques particulières est envisagée pour diverses applications. Certains de ces polymères font partie de la famille des PEDOT utilisés également dans le domaine du photovoltaique. La structuration d’empilements de polymères sera explorée pour la réalisation de structures 3D.
Enfin la possibilité d’imprimer des films de polymères chargés en nanoparticules sera aussi
analysée.
Procédés à basse température pour l’intégration CoolCube
Actuellement, les budgets thermiques de la plupart des briques technologiques de réalisation du transistor ont pu être réduits et peuvent être compatibles avec la stabilité du transistor inférieur. Un point critique reste la réalisation d’un empilement de grille qui respecte les spécifications en fiabilité. Ce point peut être un obstacle à la réussite de cette intégration. Pour optimiser l’aspect fiabilité de l’empilement de grille, l’utilisation de recuit alternatifs comme les recuits micro-onde et laser excimer peuvent etre utilisés.
En dehors de l’aspect fiabilité, l’adaptation du travail de sorti des grilles des transistors froids est un sujet encore vierge. Cette étape se fait généralement par des recuits haute température pour faire diffuser des espèces (La, Al) au sein de l’empilement. Un des objectifs de ce travail est d’apporter des solutions alternatives pour modifier le travail de sortie avec des budgets thermiques compatibles avec l’intégration 3D séquentielle. Parmi les options étudiées l’implantation à très faible énergie et les recuits laser excimer pourront etre évalués. Des alternatives à la fabrication conventionnelle de la grille pourront être proposées. En parallèle des briques telles que les espaceurs basse temperature à base de materiaux low-k et l’épitaxie à 500°C devront être optimisée et intégrée.
Le candidat sera en charge de la définition des expériences, de leur mise en œuvre, de leur suivi et de la caractérisation électrique des échantillons. L’étude sera menée dans les salles blanches du LETI en étroite collaboration avec les équipes de process et d’intégration.
Minimisation des dommages induits par la gravure par plasma sur les flancs des motifs de semi-conducteurs III-V
Ce projet consiste en l’étude des dommages induits par la gravure par plasma sur les flancs des motifs de semi-conducteurs III-V, afin de développer des solutions technologiques innovantes capables de les minimiser. Nous cherchons à mieux comprendre par quels mécanismes et dans quelle mesure les procédés de gravure plasma modifient les flancs des motifs de semi-conducteurs III-V et les conséquences que cela induit sur les propriétés optiques des dispositifs. Le semi-conducteur étudié sera l’Al0.17Ga0.83As qui possède d’excellentes propriétés opto-électroniques et un gain paramétrique non-linéaire fort.
Le PostDoc se focalisera sur la compréhension des mécanismes d’endommagement par gravure plasma. Il s’agira de déterminer quels sont les paramètres clés de la gravure plasma qui influencent les changements structuraux et chimiques observés sur les flancs de l’Al0.17Ga0.83As ainsi que les changements des propriétés optiques. Cela nécessitera le développement d’une méthodologie de caractérisation 3D quantitative à l’échelle nanométrique des flancs de gravure, basée sur la microscopie Auger et la cathodoluminescence. L’objectif sera ensuite de corréler les défauts structuraux induits par gravure plasma aux modifications des propriétés optoélectroniques. Enfin, le travail consistera à développer un procédé de gravure plasma permettant de minimiser les dommages induits sur les flancs, en explorant des techniques innovantes et alternatives. Des procédés de restauration et de passivations de ces flancs seront aussi étudiés.
Procédé DEM’N’MELT : Optimisation des conditions de fonctionnement par modélisation
Dans le cadre du projet PROVIDENCE (Plan Relance, France), le procédé DEM'N'MELT a été développé dans le but de proposer et de commercialiser une solution de traitement et de conditionnement de déchets de haute et moyenne activité aux opérateurs de sites en démantèlement ou en remédiation, en France et à l’étranger. Dans ce cadre, des études d'optimisation de fonctionnement du procédé ont été entreprises.
Le candidat devra prendre en main les logiciels utilisés (Fluent, Workbench, SpaceClaim, Meshing), pour s’approprier les modèles existants. Les modèles devront évoluer pour :
o prendre en compte des points de mesure supplémentaires pour calibrer le modèle
o étudier la sensibilité du système aux propriétés physiques du verre
o optimiser la conduite du four et gérer la capacité d’alimentation en fonction du niveau de remplissage
o ajouter une agitation du bain de verre.
Le candidat pourra d’appuyer sur les compétences du Laboratoire LDPV, à la fois expérimentalement et en modélisation.