Développement d’une sonde de caractérisation matériaux à jet électromagnétique
Le sujet se situe dans le cadre de contrôle non destructif des propriétés électromagnétiques de matériaux.
On souhaite faire évoluer un dispositif expérimental existant dont le principe repose sur l’utilisation d’une sonde radiofréquence qui permet d’extraire du coefficient de réflexion mesuré la perméabilité magnétique du matériau recouvrant un objet. La résolution du problème direct à partir de simulations numériques permet d'établir des abaques qui sont exploitées pour résoudre le problème inverse. La sensibilité aux propriétés du matériau, la résolution spatiale et les incertitudes de mesures du dispositif actuel sont limitées par l’antenne. De récentes études ont démontré l’intérêt de l’utilisation d’une sonde à base de jet électromagnétique pour la caractérisation avec une résolution sub-longueur d’onde. Sur la base de ces travaux, l'objectif est de concevoir et réaliser une nouvelle sonde, répondant aux contraintes de performances recherchées. Le/la candidate sera chargé/e des travaux de conception et de simulation puis du suivi de la réalisation des prototypes. Il/elle sera également en charge des campagnes d’essai de ces prototypes sur des objets de référence pour démontrer l’apport par rapport à la solution actuelle. La nouvelle sonde sera ensuite à intégrer dans le moyen et le processus de mesure actuel.
Le déroulement du post-doctorat suivra trois principales étapes. La première consistera à étudier le principe d'antenne à jet électromagnétique et à proposer un concept de sonde adapté au moyen de mesure. Des logiciels de simulations commerciaux seront exploités pour la conception, puis des codes internes pour la validation du prototype retenu. Dans un deuxième temps, la fabrication du prototype sera à suivre puis des essais avec des échantillons de référence permettront de valider le concept. Enfin, l'intégration de la sonde sur le banc et dans la chaine de calcul et d'extraction sera à réaliser.
Modélisation et analyse de scénarios prospectifs pour l'hydrogène en France et en Allemagne H/F
L’utilisation de l’hydrogène produit par électrolyse, ainsi que de ses dérivés (comme le méthanol synthétique et le kérosène synthétique), fait partie des solutions envisagées pour décarboner certains secteurs, tels que l’industrie sidérurgique, le transport maritime et aérien. Le développement d’un réseau européen de transport de l’hydrogène est prévu pour soutenir la production, l’accès aux infrastructures de stockage, les échanges entre les régions à fort potentiel renouvelable et les pôles industriels, ainsi que pour limiter certains coûts de renforcement des réseaux électriques.
Le sujet de post doc proposé relève du cadre du projet de recherche franco-allemand CrossHy qui se concentre sur l’analyse des trajectoires possibles de déploiement des infrastructures de transport d’hydrogène en France et en Allemagne. Le travail s’appuiera sur deux outils de modélisation complémentaires (REMix, ANTARES) pour optimiser le développement et l’exploitation des infrastructures hydrogène à l’échelle européenne. Le projet implique des échanges réguliers entre les équipes de recherche françaises et allemandes.
Développement de catalyseurs pour les cellules électrochimiques haute température appliqués à la synthèse d’ammoniac
Le projet vise à développer de nouveaux catalyseurs et électrodes pour la synthèse électrochimique d’ammoniac (NH3) à haute température (400–650 °C), en utilisant des cellules à oxyde solide (SOEC) et protoniques (PCEC). L’ammoniac est un produit clé pour l’industrie des engrais, un carburant prometteur et un vecteur de stockage d’hydrogène. Contrairement au procédé Haber-Bosch très énergivore et carboné, la voie électrochimique permet une production plus durable, avec zéro émission de CO2 si l’électricité est décarbonée. Le post-doctorant participera à l’identification et à la mise en forme de catalyseurs (ex. Ru/YSZ, Fe/YSZ, Mn4N/BCZY), à leur intégration dans des électrodes, et à l’évaluation des performances électrochimiques. Le travail associe catalyse, électrochimie, caractérisation avancée et modélisation énergétique, en collaboration avec des équipes CEA et partenaires académiques.
Méthode analytique miniaturisée dédiée au criblage de molécules candidates pour la capture et l’élimination de radionucléides
Ce projet vise à développer un dispositif miniaturisé multiplexe, dédié au criblage du pouvoir chélatant de molécules potentielles pour la décorporation de certains radionucléides (RN) issus de l’industrie électronucléaire, pour lesquels les traitements actuels ne sont pas satisfaisants. L’objectif est d'accélérer l'identification des molécules chélatantes les plus prometteuses, tout en bénéficiant des gains liés à la miniaturisation comme la consommation de très faibles quantités de molécules et de RN. Lors d'un projet précédent, un monolithe phosphaté de différentes longueurs a été greffé in-situ et caractérisé dans des capillaires de 100 µm de diamètre interne. Les quantités d’UO22+, Zr4+, Sr2+, Co2+, Cs+ et Ag+ immobilisés sur ces phases monolithiques ont été mesurées en ligne par couplage avec l'ICP-MS. Sur la base de ces acquis, le/la candidat.e sera en charge de développer et valider la méthode miniaturisée de criblage avec l’UO22+, pour lequel des données et des molécules chélatantes sont disponibles, d'étendre l’approche prioritairement à Zr4+, Sr2+, Co2+, fabriquer le dispositif microfluidique intégrant les micro-canaux parallèles pour à terme cribler des molécules candidates envers des RN distincts dans un microsystème fluidique unique.
Condensation d'air humide lors de l'accident de rupture de vide d'isolement sur un réservoir de LH2 (projet CHALIA)
L'hydrogène liquide devient de plus en plus le vecteur énergétique clé pour la décarbonisation industrielle dans le domaine de la mobilité lourde. Il est stocké à 20 K dans un réservoir à double paroi avec un vide isolant. Toute atteinte à l'intégrité de la paroi extérieure permettra à l'air chaud de pénétrer dans le vide isolant. L'azote, l'oxygène et la vapeur d'eau se condenseront, voire se désublimeront, sur la paroi froide du réservoir intérieur, transférant ainsi de la chaleur au cryogène, qui commencera à bouillir. Cette ébullition provoque une augmentation de la pression, entraînant l'ouverture des soupapes de sécurité afin d'éviter la rupture du réservoir. Afin de mieux comprendre ces phénomènes complexes, le CEA, le Centre de recherche collaborative Fenex et l'Université d'Australie occidentale ont soumis le projet CHALIA au Centre franco-australien pour la transition énergétique. Ce projet a été approuvé en octobre. Le poste de post-doctorant proposé par le CEA consiste à mettre en place une expérience analytique à l'aide d'un cryostat en verre existant afin d'étudier en détail les différents phénomènes et de mesurer les flux thermiques transmis au cryogène pendant les différentes phases de l'accident. Une approche progressive est proposée, commençant par l'entrée d'azote avant de passer à un mélange binaire (air synthétique) ou à un mélange ternaire (air humide). Le projet vise également à identifier et à quantifier les phases impliquées dans le processus à l'aide de diverses méthodes optiques. Les travaux seront menés en étroite collaboration avec des chercheurs de l'Université d'Australie occidentale, qui se concentreront sur la mise à l'échelle des résultats.
Suivi in situ 4D de l'évolution microstructurale dans des simulations atomistiques
Les progrès exponentiels du calcul haute performance ont permis le développement de simulations atomistiques à très grande échelle, capables de modéliser des systèmes contenant des milliards, voire des milliers de milliards d’atomes. Cependant, ces simulations génèrent des volumes de données colossaux, rendant le stockage et le post-traitement classiques de plus en plus coûteux et limitants. L’analyse in situ, réalisée directement pendant la simulation, apparaît alors comme une solution essentielle pour réduire le volume de données enregistrées, en ne conservant que l’information pertinente.
Dans ce contexte, le suivi 4D (espace et temps) de l’évolution microstructurale des matériaux soumis à des conditions extrêmes constitue un enjeu scientifique majeur. Les simulations atomistiques offrent une résolution spatiale permettant l’observation détaillée des défauts cristallins tels que les dislocations, le maclage, les lacunes et les pores, qui jouent un rôle clé dans les transformations de phase, la plasticité, la fusion/solidification et l’endommagement des matériaux. Le suivi temporel de ces structures permet d’analyser leurs mécanismes de formation, d’évolution et d’interaction, ainsi que leurs corrélations spatiales et temporelles.
Ce travail s’appuie sur la plateforme de calcul exaNBody et sur une méthode de clustering in situ développée dans le code ExaStamp, basée sur la projection des données atomiques sur une grille eulérienne 3D et leur traitement en temps réel. L’objectif est d’étendre cette approche à une dimension temporelle complète afin de suivre l’évolution des clusters en 4D. Cette extension permettra une analyse dynamique par graphes, offrant un accès aux propriétés temporelles des structures, à leurs trajectoires et à leurs comportements collectifs. À terme, ces avancées contribueront à améliorer la compréhension des mécanismes microscopiques hors équilibre et à développer des modèles prédictifs plus précis en science des matériaux.
Etude thermodynamique de matériaux photoactifs pour les cellules solaires
Le développement de la production d'énergie électrique par la voie solaire photovoltaïque nécessite la mise au point de nouveaux matériaux pour la conversion du rayonnement solaire en paires électrons-trous. Les pérovskites hybrides organiques-inorganiques (HOIP), de type CsPbI3 avec des substitutions notamment de Cs par des ions formamidinium (FA) et/ou méthylammonium (MA) sont apparues comme des matériaux très prometteurs en termes de performances et de fabrication. Les substitutions de Cs par des éléments comme Rb, de Pb par Sn et I par Br sont également évoquées pour améliorer la stabilité ou les performances. La synthèse et l’optimisation de la composition de couches de tels matériaux nécessitent une meilleure connaissance de leurs propriétés thermodynamiques d'équilibre et de leur stabilité. L'objectif est de construire un modèle thermodynamique du système Cs-Rb-FA-Pb-Sn-I-Br. Le projet a débuté par le ternaire Cs-Pb-I qui a donné lieu à un article [1]. L'étape suivante portera sur le système ternaire Cs-Pb-Br puis sur le quaternaire Cs-Pb-I-Br. La démarche utilise la méthode CALPHAD, centrée sur la construction d'une base de données et d'une formulation analytique de l’énergie de Gibbs des phases, capable de reproduire les données thermodynamiques et de diagramme de phase. Une revue critique des données de la littérature permet d'initialiser cette base de données et d’évaluer les données manquantes qui sont ensuite acquises par des expériences et par des calculs de DFT.
Explications Formelles d'Intelligence Artificielle
Læ candidat·e prendra part au développement de l’analyseur formel PyRAT, développé au sein du laboratoire. Cet analyseur à l’état de l’art de la vérification formelle de réseaux de neurones est le siège d’autant de thématiques de recherches que d’applications industrielles pour le laboratoire. À ce titre, læ candidat·e évoluera à la frontière entre les mondes de la recherche scientifique et du développement logiciel industriel. Les missions de læ candidat·e sont les suivantes :
· Étude active et restitution de l’état de l’art de la vérification formelle de logicielle, en particulier celle portant sur les programmes d’Intelligence Artificielle, et les explications de programmes d’Intelligence Artificielle.
· Participation aux discussions et décisions scientifiques et techniques sur les améliorations à apporter dans l’analyseur PyRAT. Implémentation de ces améliorations.
· Développement du lien entre la thématique de vérification formelle et celle d’explicabilité formelle. Application et amélioration de PyRAT pour l’explicabilité formelle.
· Participation aux divers projets académiques, européens ou industriels autour de PyRAT et de l’explicabilité formelle et application aux cas d’usages étudiés.
· Rédaction de rapports techniques et/ou de publications scientifiques portant sur l’analyseur formel PyRAT.
· Support au développement de l’analyseur formel PyRAT, notamment par la rédaction de documentation, tutoriels, organisation de sessions de développement communes, relecture de contributions extérieures.
· Participation à des congrès (nationaux et internationaux) pour disséminer les travaux sur l’analyseur PyRAT et l’explicabilité formelle.
Algorithmes robustes de continuation pour la simulation par éléments finis de la fissuration dans des milieux hétérogènes complexes : application aux structures en béton armé
Les procédures de "path-following" (ou de continuation) sont utilisées pour décrire les réponses instables de structures présentant des phénomènes de snap-back ou snap-through. Ces méthodes consistent à adapter la charge externe au cours de la déformation afin de satisfaire une contrainte de pilotage, en introduisant une inconnue supplémentaire, le multiplicateur de charge. Plusieurs variantes existent selon la grandeur pilotée : combinaisons de degrés de liberté, mesures de déformation ou variables liées à la dissipation d’énergie.
En plus du suivi de réponses instables, un intérêt majeur de ces approches réside dans l’amélioration de la convergence des solveurs incrémentaux de type Newton, en réduisant le nombre d’itérations nécessaires. Ce gain compense souvent le coût supplémentaire lié à l’algorithme de continuation. Certaines formulations se sont révélées efficaces et simples à implémenter.
Cependant, aucun critère objectif ne permet encore de choisir la plus adaptée à la simulation de structures en béton armé, où coexistent plusieurs mécanismes de dissipation et une forte variabilité spatiale des propriétés du matériau.
Le travail postdoctoral proposé visera à développer des algorithmes de "path-following" robustes pour ces structures, à partir des recherches antérieures menées au CEA. Il comprendra une analyse critique des formulations existantes, une évaluation de leurs performances (solveurs monolithiques ou partitionnés), puis leur implémentation. Enfin, des cas tests représentatifs de structures industrielles seront simulés afin d’évaluer le gain en robustesse et en coût de calcul par rapport aux solveurs classiques.
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.