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SL-DES-24-0167 - Couplage physico-chimique entre une population de bulles et l’oxydo-reduction d’un liquide formateur de

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le procédé de calcination-vitrification est la solution utilisée en France depuis plus de 30 ans pour le conditionnement des déchets nucléaires de haute activité issus du retraitement des combustibles usés. Au cours du procédé de vitrification, les déchets sont incorporés dans une fonte verrière borosilicatée à plus de 1000°C. La fonte est homogénéisée en température et composition par agitation et bullage de gaz. L’incorporation des déchets dans la fonte peut également conduire à des dégagements gazeux, dont ceux d’oxygène issus de réactions d’oxydo-réduction entre espèces dissoutes dans le liquide. Il est important de bien maîtriser l’impact de ces gaz sur le verre et le procédé. L’état d’oxydo-réduction de la fonte à l’équilibre entre les espèces dissoutes a fait l’objet de différentes études au CEA dans le cadre la vitrification des déchets nucléaires. En revanche, peu d’études ont été consacrées à la cinétique de réaction des gaz dans la fonte. L’objectif de cette thèse vise à étudier et à modéliser l’impact des bulles de gaz, quelle que soit leur nature, sur le redox de la fonte et la cinétique des réactions associées. Une approche couplant l’expérimentation et la modélisation numérique sera adoptée. Un goût pour l’expérimentation, la caractérisation et l’interprétation de résultats abordant différents domaines scientifiques est important pour mener à bien ce travail. L’ensemble des expériences seront conduites sur des éléments non radioactifs et impliqueront un traitement par modélisation numérique.

Couplage physico-chimique entre une population de bulles et l’oxydo-reduction d’un liquide formateur de verre

SL-DES-24-0110 - Précipitation directe d’oxydes mixtes par conversion hydrothermale réductrice

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le développement de nouvelles filières de réacteurs nucléaires conduit à envisager des méthodes innovantes de fabrication des combustibles de type MOx (U,Pu)O2. Dans ce cadre, des travaux récents se sont intéressées à la conversion hydrothermale de carboxylates d’actinides tétravalents, notamment des oxalates. Ce procédé permet l’obtention directe d’oxydes d’actinides hydratés via l’utilisation de conditions dites « douces ». L’ajustement des conditions expérimentales permet en outre d’orienter les caractéristiques des poudres obtenues. Néanmoins, aucune étude impliquant l’utilisation du cation uranyle UO22+ n’est reportée, alors que plusieurs travaux ont mis en évidence la réduction de U(VI) par des matières organiques dans les milieux géologiques. Ce sujet de thèse se propose donc d’aborder la précipitation directe, en conditions hydrothermales réductrices, de UO2+x et de solutions solides associées à partir de solutions à base d’uranyle. L’étude de systèmes simples contenant uniquement U(VI) sera tout d’abord entreprise en considérant différentes sources de matière organique. Une étude multiparamétrique permettra de préciser les conditions expérimentales permettant la réduction de U(VI) en U(IV) et la formation quantitative de UO2+x, tandis que le mécanisme de réduction sera étudié par le biais d’analyses XANES in situ sur les lignes FAME et FAME-UHD de l’ESRF. La seconde partie du travail concernera l’étude de systèmes mixtes contenant initialement de l’uranium (VI) et un cation tétravalent. Les systèmes U(VI)-Th et U(VI)-Ce(IV) seront étudiés en première approche, de manière à complexifier progressivement le comportement redox des échantillons. L’étude sera enfin transposée au système U(VI)-Pu(IV) sur l’installation ATALANTE du CEA Marcoule, en collaboration avec le DES/DMRC/SPTC/LSEM. Quel que soit le système chimique abordé, une caractérisation physico-chimique complète des solides obtenus sera entreprise. L’étude du frittage des poudres préparées sera également abordée. Ce travail de thèse vise donc à proposer une voie alternative pour la fabrication/refabrication des combustibles nucléaires de future génération, en offrant la possibilité originale de réduire in situ l’uranium(VI) dans le réacteur, ce qui constitue une voie directe permettant de passer des ions en solution au solide final. Le candidat ou la candidate recherché(e) devra être titulaire d'un master ou d'un diplôme d'ingénieur en radiochimie, chimie séparative ou chimie des matériaux. Au cours de son travail, il/elle sera amené(e) à maîtriser de nombreuses techniques relevant de la chimie des matériaux, de la microscopie et de la chimie en solution, ce qui lui permettra de valoriser des compétences non seulement dans le domaine du nucléaire, mais aussi plus largement dans celui de l'élaboration de matériaux céramiques.

Précipitation directe d’oxydes mixtes par conversion hydrothermale réductrice

SL-DES-24-0080 - Description du système Pd-Rh-Ru-Te-O dans les verres nucléaires et son impact sur les propriétés de cond

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
En France, les déchets nucléaires de haute activité sont vitrifiés. Les éléments du déchet sont intégrés dans un réseau vitreux borosilicaté avec lequel ils forment un verre homogène. Cependant, les éléments platinoïdes Pd, Rh et Ru, associés ou non à du Te et de l’O, sont très peu solubles dans le verre et forment des particules dans la fonte et dans le verre. Ces particules peuvent alors modifier les propriétés physiques de la fonte verrière et particulièrement sa conductivité électrique qui est primordiale pour le pilotage industriel. De fait, la connaissance de la spéciation et de la morphologie des éléments du système Pd-Rh-Ru-Te-O est essentielle pour la bonne maîtrise du procédé de vitrification. Pour cela, cette thèse sera découpée en 2 approches interdépendantes : une approche par calculs thermodynamique Calphad et une approche expérimentale. L’approche expérimentale aura, dans un premier temps, pour but de comprendre et de quantifier les phénomènes de réduction de (Ru,Rh)O2 et la solubilisation de Ru et Rh dans Pd-Te via des élaborations et des caractérisations (MEB-EDS-WDS et DRX principalement) de verres avec platinoïdes. Les résultats acquis permettront d’enrichir une base de données Calphad. Les calculs permettront d’interpréter les résultats expérimentaux acquis et pourront prédire l’état des platinoïdes dans la fonte verrière lors de l’élaboration à l’échelle industrielle. Dans un second temps, des essais de conductivité électrique haute température seront menés sur les verres précédemment élaborés afin de relier la spéciation des platinoïdes avec la conductivité électrique des fontes.

Description du système Pd-Rh-Ru-Te-O dans les verres nucléaires et son impact sur les propriétés de conductivité de la fonte

SL-DES-24-0067 - Développement de catalyseurs à base d’oxydes mixtes pour la valorisation du bioéthanol en butanol

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La production de biobutanol à partir de bioéthanol via la réaction de Guerbet est un processus important pour améliorer la valorisation de la biomasse en biocarburants de nouvelle génération. L’objectif de cette thèse est de développer de nouveaux catalyseurs à base d’oxydes mixtes qui permettent cette réaction en phase liquide. La formulation de départ est l’oxyde mixte CuMgAl de type hydrotalcite. Des substitutions partielles ou totales dans les sites Cu et Al par Ni et/ou Co et Ce et/ou La respectivement seront étudiées. Une modulation de la microstructure sera également étudiée en synthétisant ces oxydes à partir de différentes voies de synthèse (NPG, alginate, ….). Une fois synthétisés les oxydes seront caractérisés par des méthodes classiques DRX, MEB, BET/BJH, ATG, MET haute résolution, mais aussi par TDP de NH3 et CO2 dans le but de déterminer la quantité de sites acides et basiques. Les catalyseurs synthétisés seront alors testés dans la réaction de Guerbet de l'éthanol en phase liquide, en réacteur batch, les produits étant analysés par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution pour déterminer les taux de conversion d’éthanol mais aussi la sélectivité de la conversion en butanol. Après un premier screening, des études cinétiques complètes seront réalisées sur les 2 ou 3 formulations les plus prometteuses en faisant varier l’ensemble des paramètres (température, quantité de catalyseurs, absorbeur d’humidité, …). Des caractérisations post-réactions seront réalisées pour étudier d’éventuelles désactivations des catalyseurs par des phénomènes de cokage. Enfin il sera envisagé de mettre au point un procédé en continu afin de pallier les inconvénients d’un procédé batch discontinu.

Développement de catalyseurs à base d’oxydes mixtes pour la valorisation du bioéthanol en butanol

SL-DES-24-0088 - Etude et utilisation de verres à l’uranium pour la détection des neutrons par voie optique

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le Laboratoire de Dosimétrie, Capteurs et Instrumentation du CEA Cadarache, développe, fabrique et exploite des détecteurs de flux neutroniques qui sont utilisés à proximité immédiate ou à l’intérieur des cœurs des réacteurs nucléaires. En plus des détecteurs classiques (chambres à fissions, collectrons…), le LDCI mène des recherches actives sur des voies de mesures innovantes telles que des détecteurs optiques, semi-conducteurs, scintillateurs fibrés… Dans cette thèse, le laboratoire souhaite explorer le potentiel de verres dopés à l’Uranium. Ces verres sont connus pour produire une vive fluorescence sous différents rayonnements. L’idée maitresse est d’essayer d’exploiter cette fluorescence pour détecter les réactions de fission qui sont induites dans le verre lorsqu’il est exposé à un flux de neutrons. Cela permettrait de développer une nouvelle génération de détecteurs de neutrons par voie optique à mi-chemin entre une chambre à fission et un scintillateur. Le travail de thèse sera articulé autour de deux grand axes : - d’une part la compréhension fine des mécanismes de fluorescence, ainsi que la synthèse de verre à l’uranium aux propriétés optimisés pour nos besoins (sensibilité, spectre d’émission, vecteur isotopique…). La synthèse sera effectuée dans des laboratoires partenaires ; - d’autre part le développement d’une instrumentation dédiée, probablement sous la forme de fibres optiques, pour tester ces prototypes en réacteur.

Etude et utilisation de verres à l’uranium pour la détection des neutrons par voie optique

SL-DES-24-0059 - Etude de la synthèse et de la purifcation d'un sel combustible à base chlorure pour les réacteurs à sel

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Pour la filière nucléaire, le développement de nouveaux concepts innovants de réacteur permettant de répondre aux besoins énergétiques décarbonés tout en gérant de la matière nucléaire de façon optimisée est un enjeu majeur. Un réacteur français à neutrons rapides avec un combustible de type sel fondu est en cours de développement au CEA en collaboration avec Orano. Dans ce concept, le combustible est un sel fondu sous forme liquide qui assure aussi le rôle de caloporteur. Ce réacteur fonctionne à des températures proches de 600 °C dans lequel les actinides (An) sont dissouts, de manière homogène, dans un liquide composé de chlorures, d’alcalins et d’alcalino-terreux. Pour alimenter ce réacteur, la synthèse du sel combustible de type NaCl-MgCl2-AnCl3 nécessite de limiter la présence d’impuretés (comme les ions oxyde et hydroxyde…) dans le sel pour éviter les phénomènes de précipitation et de corrosion. En lien avec cette problématique, l’objectif principal de la thèse est d’étudier une méthode de fabrication de sel combustible pur en minimisant les impuretés. Pour cela, une première étape consiste à synthétiser et caractériser les chlorures d’actinides par une approche multi-échelle (DRX, MEB, DSC, WDS…). La voie de synthèse de référence correspond à la réaction gaz-solide d’hydrochloration à partir d’oxalates d’actinides. Dans la mesure où ces composés sont sensibles à leur environnement (hygroscopiques), d’autres méthodes innovantes de synthèse seront aussi envisagées. Par la suite, le comportement des chlorures synthétisés après mise en solution dans le sel fondu et des impuretés sera étudié par électrochimie via des techniques analytiques. La dernière étape consiste à éliminer les impuretés restantes dans le sel par des moyens complémentaires de purification du sel. La mesure de la teneur résiduelle en impuretés dans le sel ainsi que la définition du critère de pureté sont des enjeux pour évaluer la purification des sels. Une fois purifié, certaines propriétés physico-chimiques du sel pourront être également étudiées.

Etude de la synthèse et de la purifcation d'un sel combustible à base chlorure pour les réacteurs à sel fondu

SL-DES-24-0049 - Nouveaux extractants cycliques pour la séparation uranium/plutonium

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le sujet de thèse proposé s’inscrit dans le cadre de l’optimisation du procédé de séparation de l’uranium et du plutonium (PUREX) pour le recyclage des combustibles nucléaires usés. Des nouvelles molécules extractantes de la famille des monoamides cycliques seront étudiées pour séparer les éléments d’intérêt par extraction liquide-liquide à partir d’un milieu acide nitrique. Elles devront être solubles dans les diluants aliphatiques classiquement utilisés, adaptables aux technologies d’extraction actuelles en termes de densité, viscosité, solubilité et cinétique d’extraction. L’affinité et la sélectivité vis-à-vis des éléments d’intérêt devront être optimisées pour permettre une simplification du schéma de procédé. Afin d’aider à la sélection de molécules cibles, des calculs théoriques de type DFT (Density Functional Theory) seront menés pour évaluer de manière comparative l’affinité des structures moléculaires pour l’U et le Pu. Puis l’étudiant devra déterminer la faisabilité de leur synthèse et proposer des voies d’obtention. Une fois synthétisées, purifiées et caractérisées, les performances séparatives des molécules seront évaluées par des tests d’extraction liquide-liquide mettant en œuvre les différents radioéléments à séparer dans les laboratoires actifs de l’installation ATALANTE. La résistance à l’hydrolyse et à la radiolyse sera évaluée grâce à des essais d’irradiation en batch. Enfin, les structures des complexes métalliques formés en phase organique avec ces nouvelles molécules seront étudiées afin de mieux comprendre les mécanismes d’extraction et d’orienter de nouvelles synthèses.

Nouveaux extractants cycliques pour la séparation uranium/plutonium

SL-DES-24-0037 - Développement de ligands lipophiles de type acide aminopoly(carboxylique) ou acide hydroxamique pour la

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le sujet de cette thèse a été défini dans le but de proposer des méthodes d'extraction liquide-liquide (ELL) applicables dans le domaine du recyclage des lanthanides et des actinides en aval du cycle du combustible nucléaire. La méthodologie proposée repose essentiellement sur la mise à disposition de ligands lipophiles dérivés d’agents chélatants particulièrement polaires que sont les acides poly(aminocarboxyliques) (APAC) ou les acides hydroxamique (AH). Le doctorant devra donc dans un premier temps, s’investir dans un important travail de synthèse organique consistant à constituer une biblio-thèque de plusieurs de ces différents dérivés. Durant la première phase de son doctorat, le candidat pourra s’appuyer sur les travaux déjà entrepris dans ce sens au LTSM. Il sera amené, durant les phases suivantes, à élaborer de nouvelles stratégies de synthèse plus efficaces et dans certains cas stéréosélectives (énantio- et/ou diastéréosélectives) lorsque plusieurs stéréoisomères pourront être obtenus. Parallèlement à cette activité de synthèse, il sera demandé au candidat de procéder à la caractérisation des propriétés d’extraction (affinité et sélectivité) des ligands synthétisés vis-à-vis de certains lanthanides et actinides d’intérêt. Ceci sera effectué suivant des méthodes parfaitement maitrisées au laboratoire permettant le suivi quantitatif et qualitatif d’ELL réalisée à l’échelle de quelques millilitres. Le doctorant sera suivi durant l’intégralité de sa thèse par deux co-directeurs de thèse et un encadrant dont il pourra bénéficier des expertises pluridisciplinaires.

Développement de ligands lipophiles de type acide aminopoly(carboxylique) ou acide hydroxamique pour la séparation d’ions

SL-DES-24-0077 - La spectroscopie d’émission X : une alternative à la spectroscopie d’absorption X pour l’étude de la phy

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
L’exploitation au mieux des combustibles nucléaire est indispensable afin de conserver une production d’énergie à bas carbone pour les décennies à venir. Pour ce faire, les combustibles tels que les mélanges d’oxyde mixtes U1-yPuyO2-x sont envisagés. La sûreté de leur utilisation future nécessite cependant une connaissance multi-échelle exhaustive de leur comportement aussi bien lors de leur fabrication que de leur passage en réacteur et également de leur aptitude à la dissolution après irradiation pour leur recyclage. La spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) est une technique clef pour la caractérisation des combustibles utilisée au CEA Marcoule. Une approche complémentaire à cette dernière est la spectroscopie d’émission des rayons X (XES). Cependant, si les études XES sont nombreuses dans le cadre des éléments 3d, seulement une poignée d’études sont disponibles quant aux actinides. Ces travaux très récents laissent présager un accès à des connaissances inédites sur les propriétés des combustibles et une limite de détection supérieure par rapport à la XAS. L’objectif principal de cette thèse est donc le développement de la méthodologie et de l’instrumentation nécessaire aux analyses XES des actinides, ainsi que la réalisation de campagnes expérimentales dédiées à la compréhension des liens entre les observations expérimentales et les propriétés intrinsèques des actinides dans ces combustibles. La thèse sera réalisée en collaboration entre le CEA Marcoule et l’Université d’Helsinki et commencera par une période de 1,5 ans à Helsinki avant de se poursuivre au CEA Marcoule.

La spectroscopie d’émission X : une alternative à la spectroscopie d’absorption X pour l’étude de la physico-chimie des actinides ?

SL-DES-24-0038 - Comportement d’un bloc de verre fracturé en phase vapeur

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
L’altération du verre au cours du temps est largement étudiée dans de multiples domaines d’application, dont un majeur : le stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde. En effet, ces déchets sont vitrifiés en vue d’un stockage à très long terme dans des galeries à 500 m de profondeur. Il est prévu que l’eau liquide n’atteigne pas les colis de verre avant une centaine de milliers d’années. Néanmoins, durant cette période, une certaine humidité relative est attendue dans l’espace de stockage. Ainsi, l’impact de la vapeur d’eau sur le verre doit être pris en compte pour prédire le comportement du colis de verre sur toute la période de décroissance radioactive des radionucléides. Le colis est intrinsèquement fracturé ; en cause : des gradients thermiques lors du refroidissement après coulée. Les fissures développées accroissent la surface réactive du matériau. Mais à quel point ? Quelle est la contribution des fissures dans l’altération globale du bloc en phase vapeur ? Est-ce que de l’eau condense au sein du réseau de fissures, induisant l’altération du matériau en milieu liquide ultra-confiné ? Si oui, dans quelles proportions ? De ces questions découlent d’autres problématiques à aborder telles que l’évolution de l’altération au cours du temps dans ce système potentiellement biphasique, ainsi que le comportement du bloc de verre lors de l’arrivée de l’eau liquide. Cette thèse se propose donc de répondre à ces questions en menant des études sur des verres simulants non radioactifs. Des systèmes de fissures modèles ainsi que des blocs de verre fracturés seront utilisés. Au cours de ce travail, le doctorant sera donc amené à élaborer des verres au laboratoire et à réaliser des expériences en exposant des échantillons à la vapeur d’eau dans des chambres atmosphériques. La thèse comportera trois parties constituées de 1) l’étude de la condensation au sein du réseau de fissures, 2) l’étude de l’altération et de son évolution au cours du temps et 3) le comportement de ces systèmes lors de la remise en eau liquide. Un large panel de techniques d’analyse sera déployé pour caractériser les échantillons solides et liquides. Au sein même du service, le doctorant pourra être formé à la manipulation du DVS (études de sorption de l’eau), du MEB-EDS, de la DRX, du spectromètre Raman ainsi qu’au spectromètre UV-Visible. Des collaborations sont envisagées pour mener des analyses par MET, de la tomographie, de l’AFM ou encore de la RMN. Pour ce travail, le candidat devra présenter des compétences solides dans le domaine de la science des matériaux. Il devra être curieux, ouvert et dynamique car il sera amené à interagir avec de nombreuses personnes, voire potentiellement à collaborer avec des intervenants dans un cercle plus élargi que le domaine du verre (concernant les milieux fissurés d’autres matériaux). Cette thèse apportera au doctorant de larges compétences techniques au vu du nombre d’outils analytiques prévus. Par ailleurs, ce travail lui fournira une connaissance poussée du matériau qui pourra être valorisée dans de nombreux domaines d’activités.

Comportement d’un bloc de verre fracturé en phase vapeur

SL-DRT-24-0016 - Modélisation avancée des couches de diffusion des gaz (GDL) pour piles à combustibles PEMFC: imprégnatio

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Défis technologiques
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Dans le cadre de solutions H2 pour la transition énergétique, la pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est une solution pertinente pour la production d’énergie électrique à faible teneur en carbone. Le projet européen DECODE propose de développer une chaîne entièrement numérique d’outils de conception, en intégrant les propriétés des matières premières et la fabrication et l’assemblage des différents composants, pour prédire la performance de cette pile « virtuelle ». Cela aidera à réduire le coût et le temps de développement des matériaux / composants améliorés adaptés aux différentes applications à l’avenir. Le composant considéré dans cette thèse est la couche de diffusion de gaz (GDL), qui est une combinaison d’un substrat microporeux fibreux et d’une couche micro/nano poreuse (MPL pour la couche microporeuse). Le travail sera divisé en différentes étapes : a) basé sur des images 3D (réelles ou virtuelles) du substrat fibreux, simulation du traitement hydrophobe et du dépôt du MPL ainsi que de leur séchage pour déterminer la distribution 3D des divers composants (fibres, hydrophobie et MPL); b) simulation des propriétés de transport mono et diphasique de la GDL comme données d'entrée des modèles de performance à plus grande échelle; c) analyse de sensibilité des principaux procédés de fabrication (propriétés de l’encre, paramètres de séchage… )

Modélisation avancée des couches de diffusion des gaz (GDL) pour piles à combustibles PEMFC: imprégnation et séchage des encres, distributions 3D et propriétés effectives

SL-DRT-24-0005 - L'apprentissage de la manipulation fine et dextre par la vision et les observations kinesthésiques

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Défis technologiques
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La manipulation robotique fine et dextre pose des défis importants en raison de la nécessité d'une manipulation d'objets précise, de la coordination des forces de contact et de l'utilisation des observations visuelles. Cette recherche vise à relever ces défis en examinant l'intégration des capteurs visuels et kinesthésiques et des techniques sim2real. L'objectif est de développer des algorithmes et des modèles de bout en bout qui permettent aux robots de manipuler des objets avec une précision et une adaptabilité exceptionnelles. La recherche se concentrera sur l'apprentissage à partir de données à grande échelle, le transfert de connaissances des simulations aux scénarios du monde réel et la généralisation efficiente par le réglage fin à faible échantillonnage.

L'apprentissage de la manipulation fine et dextre par la vision et les observations kinesthésiques

SL-DRT-24-0030 - Tests basés sur des scénarios pour les systèmes automatisés : améliorer la sécurité et la fiabilité conf

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Défis technologiques
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Cette recherche vise à étudier l'efficacité des tests basés sur des scénarios en tant qu'approche complète et robuste pour évaluer les performances des Systèmes Automatisés (SA) tout en améliorant leur sécurité et leur fiabilité par rapport aux réglementations et aux normes. L'objectif principal de cette thèse sera d'étudier les avantages des tests basés sur des scénarios pour les systèmes automatisés et leur conformité aux réglementations et aux normes. Les sous-objectifs suivants seront poursuivis : - Effectuer une étude de la littérature et des pratiques sur les méthodologies de test des SA, en mettant l'accent sur les défis uniques posés par les algorithmes complexes de prise de décision des SA et l'interaction avec l'environnement dynamique. - Développer un framework de test basé sur des scénarios pour l'identification, la génération, la sélection et l'exécution systématiques de scénarios réalistes et divers, pour les SA - Analyser les lacunes ou les domaines de non-conformité concernant les concepts et exigences clés décrits dans les réglementations et les normes et examiner leur applicabilité, leurs implications et leurs améliorations pour les tests basés sur des scénarios. - Effectuer une évaluation du framework proposé à travers différentes applications réelles et quasi réalistes (divers types, différents niveaux d'automatisation et divers scénarios réels) pour évaluer l'applicabilité et les avantages de la méthodologie. Les résultats et les recommandations de cette recherche guideront in fine les fabricants, les régulateurs et les parties prenantes dans le développement et la validation de SA conformes au cadre réglementaire, favorisant le déploiement sûr et responsable des systèmes automatisés à l'avenir.

Tests basés sur des scénarios pour les systèmes automatisés : améliorer la sécurité et la fiabilité conformément aux réglementations et aux normes

SL-DRT-24-0026 - Estimation de l'incertitude d'un réseau de neurones profond sur des cibles embarquées

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Défis technologiques
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Au cours de la dernière décennie, les réseaux neuronaux profonds (DNN) sont devenus un choix populaire pour mettre en œuvre les composants basés sur de l'apprentissage (LEC) dans les systèmes automatisés grâce à leur efficacité dans le traitement d'entrées complexes et à leur puissant apprentissage de représentation qui surpasse les performances des méthodes traditionnelles. Malgré les progrès remarquables réalisés dans l'apprentissage des représentations, les réseaux neuronaux doivent également représenter la confiance dans leurs prédictions pour pouvoir être déployés dans des systèmes critiques en termes de sécurité. Les réseaux neuronaux bayésiens (BNN) offrent un cadre fondé sur des principes pour modéliser et capturer l'incertitude dans les LEC. Cependant, l'inférence exacte dans les BNN est difficile à calculer. Nous nous appuyons donc sur des techniques d'échantillonnage pour obtenir une approximation de la véritable postériorité des poids afin de calculer la distribution prédictive postérieure (inférence). À cet égard, des méthodes d'échantillonnage relativement simples mais coûteuses en calcul et en mémoire ont été proposées pour l'inférence bayésienne approximative afin de quantifier l'incertitude dans les DNN, par exemple le Monte-Carlo dropout ou les Deep Ensembles. L'estimation efficace de l'incertitude des DNN sur des plates-formes matérielles à ressources limitées reste un problème ouvert, limitant l'adoption dans les applications de systèmes hautement automatisés qui possèdent des budgets de calcul et de mémoire stricts, des contraintes de temps courtes et des exigences de sécurité. Cette thèse vise à développer de nouvelles méthodes et des optimisations matérielles pour une estimation efficace et fiable de l'incertitude dans les architectures DNN modernes déployées dans des plateformes matérielles avec des ressources de calcul limitées.

Estimation de l'incertitude d'un réseau de neurones profond sur des cibles embarquées

SL-DES-24-0166 - Etude de la cinétique et des mécanismes de lixiviation du corium

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Au cours d’un accident nucléaire grave, des quantités importantes de produits de fission « volatils » sont relâchées pendant la dégradation du cœur. Une autre partie importante des radionucléides (RN) provenant des combustibles nucléaires dégradés se retrouve incorporée dans des matériaux solidifiés (corium et débris de combustibles) et leur stabilité à moyen et long terme est d’une importance majeure pour la sûreté du site de l’accident. Suivant la progression de l’accident et les interactions consécutives avec différents matériaux (gaine, matériaux des structures internes et de la cuve et béton), le corium peut présenter différentes structures et compositions. D’une manière générale, il s’agit d’un matériau hautement hétérogène et multiphasique au sein duquel la répartition des radionucléides est mal connue. Dans ce contexte, ce sujet de thèse propose d’améliorer la compréhension des mécanismes de lixiviation du corium et de relâchement des radionucléides dans l’eau par l’intermédiaire d’études paramétriques sur matériaux modèles. Ce travail, mené dans une démarche de complexification croissante des matériaux étudiés, permettra de hiérarchiser l’influence de différents paramètres (température, composition de la solution, présence d’espèces radiolytiques oxydantes) sur le transfert des RN en solution. L’ensemble de ces résultats viendra améliorer notre compréhension de l’évolution de l’inventaire en RN contenu dans un corium dans un scénario de refroidissement sous eau et notre connaissance de la durabilité chimique des différentes phases qu’il contient.

Etude de la cinétique et des mécanismes de lixiviation du corium

SL-DRT-24-0017 - Explorer l'avenir des communications par satellite : nouvelles antennes à réseaux transmetteurs à dépoin

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Défis technologiques
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le CEA Leti propose un sujet de Doctorat pour développer de nouvelles antennes à balayage électronique efficaces pour la transmission de données des communication par satellite (Satcom). Des nouvelles architecture antennaires efficaces et à balayage électronique de faisceau sont essentielles pour les futures communications par satellite (Satcom). Les antennes à lentilles plates reconfigurables électroniquement, également connues sous le nom de réseaux transmetteurs, constituent une architecture prometteuse pour obtenir des performances de balayage élevées. Chaque élément de la lentille plate introduit un déphasage optimisé sur l'onde émise par une source primaire, afin d'orienter et de façonner le diagramme de rayonnement. Le profil de phase sur la lentille peut être modifié dynamiquement en ajoutant des dispositifs reconfigurables dans les cellules, tels que des commutateurs (par exemple des diodes pin) ou des varactors. Par rapport aux réseaux phasés, ces antennes atteignent une collimation de faisceau à gain élevé avec une consommation d'énergie et une complexité architecturale considérablement réduites. Ce travail de doctorat vise à proposer et à démontrer expérimentalement de nouveaux concepts et méthodes de conception pour les antennes à lentilles plates à orientation électronique du faisceau à large bande/multibande. Les principaux objectifs de recherche sont les suivants: . Etude de nouvelles approches pour la conception de cellules unitaires avec de larges diagrammes de rayonnement, des performances stables sous incidence oblique et un fonctionnement à large bande/multibande. . Nouvelles solutions de conception pour permettre un contrôle électronique fin du déphasage introduit par les cellules. Des cellules multicouches comprenant des diodes pin ou des varactors, ou une combinaison des deux, seront analysées. Les compromis entre la résolution de phase, la largeur de bande, la consommation d'énergie, le nombre de dispositifs reconfigurables et les lignes de polarisation seront étudiés. . Développement de procédures de synthèse dédiées pour permettre le contrôle indépendant et la mise en forme du diagramme de rayonnement à deux ou plusieurs fréquences. . Démonstration expérimentale de prototypes à faisceau fixe à double bande et à orientation électronique du faisceau en 2D à gain élevé, permettant d'obtenir des plages de balayage extrêmement larges (±60° ou plus). Les démonstrateurs seront optimisés pour fonctionner dans les bandes typiques des télécommunications par satellite (par exemple autour de 20 GHz et 30 GHz).

Explorer l'avenir des communications par satellite : nouvelles antennes à réseaux transmetteurs à dépointage de faisceau sur un large secteur angulaire pour la transmission de données

SL-DRT-24-0055 - Développement de matériaux d'électrode durables pour la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Défis technologiques
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
L'électrolyse haute température (EHT) est aujourd'hui envisagée comme la technologie à haut rendement pour produire l'hydrogène avec un faible impact carbone. La réaction d’électrolyse a lieu dans une cellule constituée d’un empilement de couches céramiques, dans laquelle une molécule d'eau se dissocie sous l'effet d'un courant électrique et d'un apport de chaleur pour former de l'hydrogène et de l'oxygène. Pour rendre la technologie EHT en adéquation avec les objectifs de développement durable de l'Accord de Paris, il est essentiel de réduire la dépendance aux matières premières critiques (Critical Raw Materials CRM) de cette technologie. La thèse proposée s’inscrit dans le cadre d’un projet européen, SUSTAINCELL. Celui-ci vise à soutenir l'industrie européenne dans le développement de la prochaine génération d'électrolyseurs et de technologies de piles à combustible (à basse et haute température) en développant une chaîne d'approvisionnement européenne durable de matériaux, de composants et de cellules. L’objectif de la thèse est de limiter l’utilisation de matériaux critiques dans le matériau d’électrode à oxygène, un oxyde de structure pérovskite à base de lanthane, de strontium, de cobalt et de fer, en substituant les éléments critiques par de nouveaux cations. En parallèle, une partie des travaux sera menée sur l’optimisation du procédé de synthèse, en termes de rendement et de montée en capacité. Après une étude bibliographique sur les matériaux d’électrodes à oxygène, le travail proposé sera dans un premier temps axé sur la synthèse par voie chimique ainsi que sur la caractérisation fine de différentes compositions. La compatibilité thermique et chimique avec les autres matériaux constituant la cellule sera étudiée, puis ce travail débouchera sur la mise en forme des matériaux avec les propriétés les plus intéressantes afin de les tester électriquement et électrochimiquement. Le comportement électrochimique de l’électrode sera analysé afin de comprendre l’influence des substitutions et de déterminer les performances électrochimiques

Développement de matériaux d'électrode durables pour la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau

SL-DES-24-0143 - Etude des phénomènes rhéologiques à l’œuvre lors de l’enrobage de déchets en matrice vitreuse

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Les déchets issus de l'assainissement et du démantèlement présentent une grande diversité en termes de composition chimique et de forme physique. Ils peuvent notamment se présenter sous forme de dépôts solides, de poudres, de boues ou de solutions liquides. Pour les conditionner, l'enrobage avec un liant vitreux semble prometteur en raison de sa température de travail plus basse que les procédés de vitrification classiques. L'enrobage implique le chauffage du mélange de déchet et d'adjuvant vitreux entre 800 et 1200°C, ce qui nécessite une compréhension approfondie du comportement rhéologique du système en température. Trois axes de recherche seront étudiés au cours de la thèse : l'influence du taux de charge et de la nature de l'adjuvant sur le comportement à l'écoulement, l'étude des mélanges déchet humide-adjuvant pour comprendre le comportement des espèces volatiles, et l'impact de la réactivité entre le déchet et l'adjuvant sur les propriétés du système. Au final, l’ensemble des connaissances acquises devront permettre, d’une part, d’optimiser le taux de remplissage du conteneur tout en maximisant le taux d’incorporation de déchet et, d’autre part, d’orienter le choix de l’adjuvant vitreux le plus adapté. Le doctorant bénéficiera des compétences reconnues du laboratoire d’accueil dans le domaine de la rhéologie des systèmes complexes de la basse température (boues, bitumes, ciments) à la haute température (fontes verrières homogènes et cristallisées) et de l’ensemble des moyens de caractérisation nécessaires au bon déroulement de la thèse. L’ensemble de la thèse se déroulera en environnement non nucléaire à l’aide de simulants inactifs.

Etude des phénomènes rhéologiques à l’œuvre lors de l’enrobage de déchets en matrice vitreuse

SL-DES-24-0142 - Rhéologie des fontes verrières partiellement cristallisées : de l’acquisition de données expérimentales

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La formulation d’un verre de conditionnement de déchets radioactifs résulte d’un compromis entre le taux de charge en déchet, la faisabilité technologique du verre, et sa durabilité chimique. Maximiser le taux de charge en déchet permet de diminuer le nombre de colis vitrifiés produits et par voie de conséquence de diminuer le volume et le coût du stockage. En revanche, l’augmentation de ce taux de charge au-delà d’un certain seuil est susceptible de conduire à la présence de cristaux dans les fours de vitrification. Une telle évolution des formulations verrières nécessite de vérifier entre-autres l’impact de la présence de ces cristaux sur les propriétés du verre lors de son élaboration (à 1100-1200°C), en particulier sa rhéologie, propriété clé pour le bon fonctionnement des fours de vitrification. L’enjeu de la thèse proposée est donc de mesurer puis de modéliser l’effet des cristaux sur la rhéologie, en fonction du temps, de la température, de la nature et de la morphologie des cristaux, et de prendre en compte le risque de sédimentation. Pour ce faire, des données expérimentales devront être acquises, puis modélisées à partir des modèles proposées dans la littérature, qui nécessiteront peut-être une adaptation.

Rhéologie des fontes verrières partiellement cristallisées : de l’acquisition de données expérimentales à la modélisation

SL-DRT-24-0004 - Etude de méthodes d’inversion basées sur de la simulation et de l’apprentissage machine pour la caractér

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Défis technologiques
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le travail de thèse s’inscrit dans le cadre des activités du Département Imagerie et Simulation pour le Contrôle (DISC) dans le domaine du Contrôle Non-Destructif (CND), et vise à caractériser des défauts en inversant des images ultrasonores de type TFM (Total Focusing Method) ou PWI (Plane Wave Imaging) via des méthodes d’apprentissage automatique et des bases de données simulées avec la plate-forme logicielle CIVA. Un premier volet portera sur l’inversion des images pour caractériser un défaut (localisation, taille, orientation…) sans a priori sur les caractéristiques recherchées, et ce, en exploitant les artefacts d’imagerie liés à l’emploi de modes de propagation non adaptés. Dans un deuxième volet, cette démarche d’inversion sera mise en œuvre dans une situation plus réaliste où les images sont affectées par des incertitudes sur les propriétés du composant et/ou sur le dispositif expérimental. Pour réduire les temps de calcul de la base de données, et gagner en robustesse et précision, on étudiera la faisabilité d’inverser de l’imagerie rapide combinant, par exemple, la méthode PWI et des méthodes de reconstruction dans le domaine de Fourier, voire la faisabilité d’inverser directement les signaux ou les spectres en s’affranchissant du calcul des images. Le méthode d’inversion sera évaluée expérimentalement avec différentes maquettes représentatives de composants industriels, et, à l’issue de thèse, une preuve de concept temps-réel sera démontrée en implémentant l’imagerie et l’inversion dans un système prototype de laboratoire.

Etude de méthodes d’inversion basées sur de la simulation et de l’apprentissage machine pour la caractérisation de défauts en imagerie ultrasonore multi-éléments