Assimilation de données hétérogènes dans des simulations de dispersion atmosphérique de radionucléides à échelle régionale
La modélisation et la simulation apportent des connaissances essentielles à la dispersion aérienne de gaz et de particules et au marquage de l’environnement qui en résulte. Ceci s’applique notamment aux rejets qui ont été engendrés par les essais nucléaires atmosphériques effectués dans le passé par la France en Polynésie. Si les calculs météorologiques et de dispersion à l’échelle régionale sont raisonnablement fiables, leurs résultats ont une part d’incertitude et présentent des écarts aux mesures hétérogènes des activités ou débits de doses dans l’air, sur le sol et dans les compartiments biologiques. La thèse visera à développer des méthodes d’inversion, basées sur l’assimilation de données, afin de réduire les erreurs et incertitudes des simulations de dispersion régionale de radionucléides. L’application concernera certains essais nucléaires dans l’atmosphère. Toutefois, les méthodes développées au cours de la thèse, telles que l’échantillonnage de Monte-Carlo par des chaînes de Markov, auront un domaine de mise en œuvre plus général. Après une revue bibliographique portant sur les essais nucléaires et les méthodes d’assimilation de données, des algorithmes originaux de modélisation inverse seront programmés, testés et appliqués à la simulation de la dispersion des rejets aériens issus d’essais. Ceci permettra d’estimer le rôle pressenti important de l’assimilation des mesures pour améliorer les simulations.
Peut-on prédire la météo ou le climat?
D'après l'expérience de chacun, prévoir le temps de manière fiable à plus de quelques jours semble être une tâche impossible pour nos meilleures agences météorologiques. Pourtant, nous connaissons tous des exemples de "dictons météorologiques" qui permettent à de vieux sages de prédire le temps qu'il fera demain sans résoudre les équations du mouvement, et parfois mieux que les prévisions officielles. À plus long terme, les modèles climatiques ont permis de prédire assez précisément la variation de la température moyenne de la Terre due aux émissions de CO2 sur une période de 50 ans.
À la fin des années 50 et 60, Lewis Fry Richardson, puis Edward Lorenz ont jeté les bases de la résolution de cette énigme, en s'appuyant sur des observations, des arguments phénoménologiques et des modèles d'ordre inférieur.
Les progrès actuels des mathématiques, de la physique des turbulences et des données d'observation permettent aujourd'hui d'aller au-delà de l'intuition et de tester la validité de l'effet papillon dans l'atmosphère et le climat. Pour cela, nous utiliserons de nouveaux outils théoriques et mathématiques et de nouvelles simulations numériques basées sur la projection des équations du mouvement sur une grille exponentielle permettant d'obtenir des valeurs réalistes/géophysiques des paramètres, à un coût modéré de calcul et de stockage.
L'objectif de ce doctorat est de mettre en œuvre les nouveaux outils sur des observations réelles de cartes météorologiques, afin d'essayer de détecter l'effet papillon sur des données réelles. À plus long terme, l'objectif sera d'étudier l'hypothèse de "l'universalité statistique", de comprendre si et comment l'effet papillon conduit à des statistiques universelles qui peuvent être utilisées pour les prévisions climatiques, et si nous pouvons espérer construire de nouveaux « dictons météorologiques » en utilisant l'apprentissage automatique, permettant de prédire le climat ou le temps sans résoudre les équations.
Etude des mécanismes d’altération des combustibles irradiés de type MOX en présence de matériau cimento-bentonitique (MREA). Approche expérimentale et modélisation
En France, la solution de référence est le retraitement du combustible irradié et la valorisation de certaines matières comme l’uranium et le plutonium au travers la fabrication du combustible MOX et son recyclage. Cependant, le stockage direct des combustibles (UOX et MOX) en couche géologique profonde est également étudié afin de s’assurer que les concepts de stockage français (Cigéo) sont compatibles avec le combustible irradié comme demandé et inscrit dans le Plan National de Gestion des Matières et des Déchets Radioactifs (PNGMDR). A ce titre, il est essentiel d’étudier les mécanismes d’altération de la matrice des combustibles irradiés en présence de matériaux d’environnement se rapprochant, à l’échelle du laboratoire, du concept actuel de stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde : alvéoles HA creusées dans l’argilite du Callovo-Oxfordien (COx) dont le chemisage en acier faiblement allié est isolé de l’argilite par un coulis cimento-bentonitique appelé MREA (Matériau de Remplissage de l’Espace Annulaire de l’alvéole). Les objectifs sont multiples : d’une part déterminer quel est l’impact de l’environnement sur les mécanismes d’altération de la matrice du combustible ainsi que sur les relâchements en radionucléides, et d’autre part développer une modélisation géochimique permettant de rendre compte des principaux processus physico-chimiques impliqués. Ces études sont menées au sein de l'installation ATALANTE (DHA) du CEA Marcoule, ou les expériences de lixiviation et les caractérisations des combustibles MOX sont réalisables.
Développement d’un modèle de chimie transport, sous radiolyse de l’eau, d’un combustible usé en stockage géologique profond
Le stockage direct des combustibles usés (CU) est une solution alternative à leur retraitement pour la gestion des déchets nucléaires. Ce stockage direct des CU en milieu géologique profond pose des défis scientifiques liés à la compréhension fine des processus de dissolution et de libération des radionucléides. Ce sujet de thèse propose de développer un modèle scientifique détaillé, capable de décrire les mécanismes physico-chimiques complexes, tels que la radiolyse de l'eau et l'interaction entre le combustible irradié et son environnement. L'objectif est de proposer une modélisation du transport réactif précise pour améliorer la prédiction à long terme des performances du stockage. En utilisant des approches mécanistes, cette thèse s’inscrit dans une démarche d’aller-retour entre modélisation et expérimentation, visant à affiner la compréhension des mécanismes d'altération et à valider les hypothèses par des données expérimentales. Finalement, en s'appuyant sur des modèles existants, comme le modèle opérationnel radiolytique, ce travail proposera des améliorations pour réduire les hypothèses simplificatrices actuelles. Le candidat contribuera à des enjeux industriels et sociétaux majeurs liés à la gestion des déchets nucléaires et permettra d'apporter des solutions aux enjeux de sûreté associés.