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.
Application de l’intelligence artificielle à l’identification d’objets dans des images de microscopie électronique en Transmission (TEM)
La caractérisation d’objets de taille nanométrique par microscopie électronique à transmission (MET) est essentielle pour évaluer le comportement mécanique des matériaux de structure des réacteurs nucléaires ou dans le domaine de la nanotechnologie. Ces objets, visibles par contraste de phase (nanobulles) ou contraste de diffraction (boucles de dislocation ou précipités cohérents), sont des candidats de choix à l'automatisation. L'analyse manuelle de ces micrographies est souvent chronophage et non reproductible. Dans ce projet, l'objectif est de développer des outils informatiques en Python basés sur des techniques d'apprentissage automatique pour traiter des images de MET. Pour cela, le travail se décompose en plusieurs tâches:
- Recueil d’une base de données conséquente, indispensable au succès de toute approche de ce type. Dans ce projet, quatre microscopistes sont impliqués et enrichiront en permanence la base de données avec des images contenant des caractéristiques facilement reconnaissables.
- Débruitage des images et recherche des contours des objects (défauts) à la fois grâce à des logiciels en libre accès existants et à des descripteurs développés en interne. Une région d'intérêt (ROI) représentative sera générée sur les images.
- Conception de l'architecture du réseau de neurones de type CNN et apprentissage du modèle: Une identification collective sera effectuée sur l'ensemble des images afin d'identifier certaines régions (ou objets) d’intérêt (ROI). Chaque ROI est ensuite superposé à l’image initiale et est transmise au réseau de neurones pour établir des identifications particulières. Par ailleurs, les avancées récentes en matière de segmentation d'images seront intégrées au processus.
- Appréciation de la performance du modèle
Le processus sera appliqué à des défauts nanométriques formés dans des matériaux nucléaires (alliages à haute entropie sans Co, UO2) ainsi qu’à des précipités dans des matériaux d'intérêt technologique (Cr dans Cu).
Cascade de circulicité en turbulence compressible
Dans le cadre de ce post-doctorat, nous proposons d'étudier les propriétés des petites échelles d'une turbulence homogène compressible forcée, et cela au travers de relations statistiques exactes de type Monin-Yaglom. L'idée, détaillée dans la référence [1], est de comprendre comment s'organise le transfert de circulicité dans la zone inertielle. La circulicité est une grandeur associée au moment angulaire et, par extension, aux mouvements tourbillonnaires. L'analyse de ses propriétés inertielles permet de compléter la description de la cascade d'énergie déjà mise en évidence dans de précédents travaux [2,3].
L'objectif du post-doctorat sera de réaliser et d'exploiter des simulations directes de turbulence compressible homogène avec forçage, de façon à mettre en évidence les propriétés inertielles de la circulicité.
Pour cela, le(la) post-doctorant(e) disposera d'un accès au très grand centre de calcul (TGCC) ainsi que d'un code, Triclade, résolvant les équations de Navier-Stokes compressibles [4]. Ce code ne possède pas de mécanisme de forçage et la première tâche du(de la) post-doctorant(e) consistera donc à ajouter cette fonctionnalité. Une fois cette tâche accomplie, des simulations seront réalisées en faisant varier la nature du forçage et notamment le rapport entre ses composantes solénoïdales et dilatationnelles. Ces simulations seront ensuite exploitées en analysant les termes de transfert de la circulicité.
[1] Soulard and Briard. Submitted to Phys. Rev. Fluids. Preprint at arXviv:2207.03761v1
[2] Aluie. Phys. Rev. Lett. 106(17):174502, 2011.
[3] Eyink and Drivas.Phys. Rev. X 8(1):011022, 2018.
[4] Thornber et al. Phys. Fluids 29:105107, 2017.
Étude et modélisation de récepteurs acoustiques à réseaux de Bragg sur fibre optique
Le CEA List travaille depuis plusieurs années sur le développement de solutions de monitoring avancées exploitant des récepteurs acoustiques sur fibres optiques appelés réseaux de Bragg. Ces capteurs optiques présentent un fort potentiel pour la surveillance des structures à la fois par leur capacité d’intégration au sein des matériaux (béton, composite organique, métal) et leur capacité à être déployés en environnement difficile (embarqué, radiatif, haute température).
Un travail de postdoctorat est proposé afin de mener des travaux de modélisation de ces transducteurs à réseaux de Bragg en vue d’affiner la compréhension de leur sensibilité vis-à-vis des ondes élastiques guidées ultrasonores et d’aider au design d'un système de contrôle associé grâce à un placement intelligent des capteurs. In fine, l’objectif est de pouvoir simuler leur réponse au sein du logiciel de Contrôle Non Destructif Civa développé par le CEA List, et plus particulièrement via son module dédié au Structural Health Monitoring (SHM). Un tel travail contribuerait fortement à l’adoption et l’exploitation de cette technologie pour des applicatifs en Structural Health Monitoring.
Aimants permanents pauvres en terres rares
La transition énergétique va entrainer une très forte croissance de la demande en terres rares (TR) au cours de cette décennie, notamment en ce qui concerne les éléments (Nd, Pr) et (Dy, Tb). Ces TR, classées comme matériaux critiques, sont utilisées de façon quasi exclusive pour produire des aimants permanents de type NdFeB dont ils constituent 30% de la masse.
Plusieurs études récentes, visant à identifier de nouveaux alliages pauvres en TR et présentant des performances comparables à la phase magnétique dense Nd2Fe14B, positionnent les composés ferromagnétiques durs de type TR-Fe12 comme des solutions de substitution crédibles, permettant d'économiser plus de 35% la quantité de TR tout en gardant des propriétés magnétiques intrinsèques proches de celles de la composition Nd2Fe14B. Cependant, les développements industriels de ces alliages ne peuvent pas encore être envisagés du fait de verrous technologiques et scientifiques importants qui restent à lever afin de pouvoir produire des aimants denses de type TR-Fe12 dont la résistance à la désaimantation serait suffisante pour les applications courantes (coercitivité Hc > 800 kA/m)..
Le but du projet post-doctoral proposé est de développer des alliages Nd-Fe12 avec des performances magnétiques intrinsèques optimales et de maitriser le frittage basse températures des poudres nitrurées pour obtenir des aimants denses, avec des coercitivités > 800 kA/m, pour répondre à des applications dans la mobilité électrique.
Deux verrous technologiques et scientifiques ont été identifié:
- la compréhension du rôle des phases secondaires aux joint de grains sur la coercitivité. Ceci permettra d'implémenter le procédé d'ingénierie aux joints de grains, connu pour avoir apporté des améliorations significatives dans la coercitivité pour les aimants NdFeB
- la maitrise de l'étape de frittage des poudres à basses températures, pour éviter la décomposition de la phase magnétique, en utilisant les phases aux joints de grains