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.
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.
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.
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.
Modélisation des défauts sur les réseaux DC basse tension dans les bâtiments, vers des algorithmes de détection de défauts
Le développement de l'usage des énergies renouvelables et du stockage de l'énergie ainsi que les progrès faits par les composants d'électronique de puissance amènent progressivement à repenser les architectures des réseaux électriques de distribution basse tension dans les bâtiments. Ces évolutions permettront un développement des réseaux à courant continu ou mixtes alternatif-continu alimentés par des convertisseurs statiques. Sur ce type de réseau, les défauts deviennent plus difficiles à gérer du fait des sources de puissance utilisées. En effet, les signatures habituelles du court-circuit ou de la surcharge ne sont plus les mêmes et vont varier en fonction des convertisseurs utilisés et de l'architecture du réseau. Pour cela, il convient d'identifier, par la simulation, les topologies de protection les plus adaptées (par les régimes de neutre par exemple) et d'identifier les signatures types des défauts. In fine, ces signatures permettront de disposer de dispositifs de détection optimums.
Soudage laser de matériaux hautement réfléchissants à l'échelle sub-millimétrique
Dans le cadre du programme "Simulation", le CEA réalise des expériences sur lasers de puissance mettant en œuvre des objets à forte valeur ajoutée. Ces objets, les microcibles, sont des assemblages complexes d'éléments variés, dont la fabrication requiert des procédés sophistiqués, à la limite de la rupture technologique. Parmi ces technologies, le CEA souhaite développer ses capacités de soudage par laser, à l'échelle sub-millimétrique. Un défi majeur réside dans le soudage de matériaux hautement réfléchissants (aluminium, cuivre, or,...), pour accéder à de nouvelles fonctionnalités (jonction métallurgique, étanchéité,....).
L'objectif de ce post-doctorat est de développer des solutions technologiques pour la réalisation d'assemblages soudés, et de comprendre l'interaction laser/matière associée. L'intérêt, mais aussi la difficulté, de l'étude réside dans les différents critères que doivent respecter les procédés : 1) être compatibles de matériaux hautement réfléchissants et de très faibles épaisseurs (< 0,2 mm) , 2) induire des effets collatéraux (thermiques notamment) extrêmement localisés, 3) fonctionnaliser le joint soudé (étanchéité par exemple).
Le postdoctorant(e) exploitera la dernière génération de source laser émettant dans des longueurs d'onde visibles (vert, bleu). Il/elle participera à la conception et aux tests de qualification de la station laser associée à cette nouvelle source. Après validation, il/elle réalisera l'étude de la soudabilité opératoire et métallurgique des sous-éléments. Il/elle comparera ses résultats avec l'utilisation d'un laser infrarouge impulsionnel. Il/elle expertisera les joints obtenus à l'aide de différentes approches et optimisera la conception des joints soudés. Son étude expérimentale ira jusqu'à la réalisation de tests fonctionnels sur prototypes. Des collaborations externes seront mises en place afin de confronter les résultats obtenus à des simulations afin d'en déduire un modèle phénoménologique.