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SL-DES-24-0191 - Caractérisation et modélisation du comportement de joints d’étanchéité en verre pour des applications d’

Wed, 11 Oct 2023 02:15:12 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La production d’hydrogène décarbonée revêt un caractère particulièrement important pour le mix énergétique du futur. Une des technologies identifiées repose sur l’électrolyse de la vapeur d'eau à haute température (EHT). Les conditions de fonctionnement de ce procédé nécessitent le développement de joints spécifiques en verres pour étancher les cellules d’électrolyse. La problématique technique d’usage de tel joint est en lien direct avec la perte d’étanchéité. Cette dernière intervient suite à un problème d’adhésion à l’interface ou à une fissuration du matériau lors des cyclages thermiques générés au cours du fonctionnement de l’électrolyseur. L’objectif de la thèse est d’étudier les performances en étanchéité de ces joints de verres. Un premier volet de l’étude sera dédié aux essais d’étanchéité servant à discriminer le type de fuite en fonction des verres proposés. Dans un deuxième temps, la caractérisation mécanique du verre en température sera réalisée pour construire une loi de comportement. L’ensemble du travail de thèse aura pour but d’établir un lien entre les propriétés physico-chimiques du verre vis-à-vis de ses propriétés mécaniques et d’étanchéité. Les connaissances acquises grâce aux essais et à la modélisation permettront d’émettre des recommandations sur le joint de verre afin de satisfaire le critère d'étanchéité en fonctionnement de l’électrolyseur. La thèse s’inscrit dans le cadre du développement des EHT en vue d’une production à l’échelle industrielle. Elle sera menée en collaboration avec GENVIA (financement CIFRE), le CEA et l’Institut de Physique de Rennes. Le candidat devra être titulaire ou en cours d’obtention d’un Master 2 en science des matériaux. De fortes connaissances en mécanique devront être acquises, les étudiants ayant une première expérience en simulation numérique seront privilégiés. De bonnes capacités de synthèse et de communication sont attendues afin de collaborer avec les différentes équipes impliquées dans le projet. Les compétences développées en mécanique des verres et l’expérience acquise dans le domaine des EHT seront un atout pour le futur docteur. Ces années de formation permettront à l’étudiant d’user de ses connaissances scientifiques au service de la transition énergétique.

Caractérisation et modélisation du comportement de joints d’étanchéité en verre pour des applications d’électrolyse à haute température

SL-DES-24-0186 - Modélisation prédictive de l’altération des verres de confinement de déchets nucléaires

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
En France, les déchets vitrifiés issus du traitement des combustibles nucléaires doivent être stockés en profondeur dans des couches géologiques argileuses. Dans cet environnement confiné et peu poreux, l'interaction chimique entre le verre, les produits de corrosion des enveloppes métalliques et l'argilite du site devrait contrôler l’altération du verre une fois que le milieu sera à nouveau saturé en eau. Prédire l’altération à long terme des colis vitrifiés nécessite une compréhension approfondie des mécanismes réactionnels, qui sont nombreux et étroitement liés. En pratique, ces mécanismes sont classés en fonction de leur importance sur la cinétique d’altération, puis sont intégrés au sein de modèles adaptés aux échelles de temps et d'espace pertinentes. La thèse porte sur la modélisation géochimique de l’altération du verre, qui est réalisée en utilisant un code de transport réactif (CHESS/HYTEC), une base de données thermodynamique et une loi cinétique pour les verres (modèle GRAAL2, dérivé du modèle GRAAL (Frugier et al. 2018)). Ce modèle tient compte du rôle de la composition de la couche d'altération du verre sur son caractère protecteur, ce qui permet à GRAAL2 de simuler des variations de la vitesse d’altération en fonction de la composition du verre et des conditions environnementales.

Modélisation prédictive de l’altération des verres de confinement de déchets nucléaires

SL-DES-24-0078 - Etude et mise en oeuvre de la photocatalyse en réacteur Taylor-Couette

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le domaine des réactions photocatalytiques hétérogènes offre une solution intéressante à divers défis écologiques. Pour exploiter ces techniques à grande échelle, il est essentiel d'étudier en profondeur les facteurs qui influencent leur efficacité. Ces facteurs comprennent notamment la transmission de la lumière dans le système, l’hydrodynamique du réacteur, les réactions chimiques spécifiques impliquées et surtout le couplage de l’ensemble de ces éléments. Dans ce sujet de thèse, la polyvalence de l’écoulement de Taylor-Couette, qui permet d’aller d’un écoulement piston à une turbulence élevée dans un même appareil tout en autorisant un éclairement élevée grâce à une rapport surface/volume maximisé, sera exploitée pour étudier ces différents phénomènes et leurs couplages. L’étude s’appuiera sur des simulations Monte Carlo et des simulations numériques directes pour décrire respectivement le comportement de la lumière et l’écoulement polyphasique dans le réacteur et ainsi identifier et étudier les paramètres d’influence tels que la structure de l’écoulement, la distribution spatiale des particules, le transport des photons et l’interactions photons-matière à l'intérieur du réacteur, sans oublier le rôle du gaz. Ces simulations seront comparées à des résultats expérimentaux obtenus sur une maquette optique dédiée et permettront d’améliorer la compréhension des couplages dans ces photoréacteurs. La thèse est située sur le centre CEA de Marcoule, proche d'Avignon, dans une équipe pluridisciplinaire résolument orientée vers les procédés pour la transition écologique. Le candidat recherché est un ingénieur et/ou titulaire d'un master 2 avec un profil généraliste désireux de jouer un rôle actif dans la transition écologique. A l’issue de cette thèse, le candidat aura une première expérience des problématiques actuelles liées à l'économie circulaire des énergies bas carbone. Ce type de profil polyvalent sera sans un aucun doute un atout pour une poursuite de carrière aussi bien dans le milieu académique que dans l’industrie.

Etude et mise en oeuvre de la photocatalyse en réacteur Taylor-Couette

SL-DRT-24-0106 - Guidage astucieux des outils de géneration de tests

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le fuzzing est une technique de génération de tests automatisée. Il consiste en une exécution répétée d'un programme avec des entrées générées automatiquement, afin de déclencher des plantages, symptômes de bugs sous-jacents au niveau du code, qui peuvent ensuite être corrigés. Un défi majeur dans ce domaine consiste à passer d’une exploration indistincte du fonctionnement des programmes à un guidage astucieux vers la découverte de bugs importants. Profitant de l’expertise de notre équipe et de nos travaux antérieurs, l'objectif de la thèse est de proposer, mettre en œuvre et évaluer des moyens pour relever ce défi, en tirant avantage de mécanismes de guidage plus fins.

Guidage astucieux des outils de géneration de tests

SL-DES-24-0064 - Apport de l’intelligence artificielle pour établir des cartographies tridimensionnelles de la contaminat

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La connaissance de l’inventaire radiologique d’une installation nucléaire est essentielle pour garantir, tout au long de la vie de l’installation, la maitrise des risques liés à la sûreté-criticité et la maitrise de l’impact radiologique sur l’homme et sur l’environnement. La maîtrise de l’état radiologique des procédés et des équipements d’une installation permet de définir des scénarios d’intervention sûrs afin d’optimiser les opérations de maintenance ou des opérations d’assainissement/démantèlement en milieu hostile et d’optimiser la gestion des déchets. Lors du démantèlement d’une installation nucléaire, des opérations d’assainissement doivent être menées dans le but de déclasser définitivement les zones à déchets nucléaires en zones à déchets conventionnels. Cette étape implique au préalable d’établir une cartographie précise de la radioactivité d’origine artificielle au sein des structures de génie civil en béton. Pour pallier aux limitations des méthodologies existantes et conformément aux directives de l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN), le sujet de thèse proposé vise à développer une méthodologie de caractérisation radiologique non destructive innovante et performante, utilisant des algorithmes d’apprentissage (intelligence artificelle) pour analyser de manière automatisée des mesures in situ de spectrométrie gamma avec un détecteur Germanium hautement résolu. La finalité est d’établir en temps réel des cartographies tridimensionnelles de la distribution des contaminants dans des structures de génie civil contaminées des INB. La méthodologie de caractérisation développée à l’issue du projet présentera un fort potentiel de valorisation industrielle en particulier dans le domaine de l’assainissement et du démantèlement. Le thésard travaillera au sein d’une équipe qui dispose d’un fort retour d’expériences dans le développement et la mise en œuvre in situ de techniques et méthodes de caractérisation radiologique non destructives (techniques d’imagerie alpha, gamma et techniques de spectrométrie alpha, bêta, gamma). Le thésard aura l’opportunité d’évaluer les solutions proposées sur des chantiers de démantèlement parmi les plus importants au monde.

Apport de l’intelligence artificielle pour établir des cartographies tridimensionnelles de la contamination dans les structures de génie civil des INB à partir de mesures de spectrométrie gamma

SL-DES-24-0086 - rétro-conception automatique de maquettes BIM par apprentissage automatique

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le BIM (Building Information Modelling) ou « maquette numérique du bâtiment » est aujourd’hui devenu un standard dans la gestion des informations d’une usine, d’un bâtiment ou d’une installation industrielle. L’approche BIM est particulièrement adaptée dans les environnements industriels complexes, en particulier pour les installations nucléaires, car il s’avère être un outil pertinent sur tout le cycle de vie de l’installation, que ce soit en phase de conception, de construction, d’exploitation et de démantèlement, en proposant une modélisation partagée, intelligente et structurée. Cette démarche est centrée sur une maquette 3D, généralement réalisée à partir d’un nuage de points obtenu par lasergrammétrie. La plupart du temps, il est possible d’acquérir en même temps des photos panoramiques. A partir de ce nuage de points, une maquette 3D est, en règle générale, reconstruite pour représenter les équipements présents de manière unitaire en objets solides. Cette étape de reconstruction de la maquette 3D, souvent longue et fastidieuse, est aujourd’hui réalisée manuellement par un projeteur CAO. Ce sujet de thèse propose de développer une méthode automatique de reconstruction de maquettes BIM à partir de nuages de points par apprentissage automatique et d’analyse d’image, en exploitant à la fois le nuage de points et les photos panoramiques disponibles. Les environnements des installations nucléaires sont composés de procédés en acier ou alliages bien spécifiques, et comportent principalement des équipements de tuyauteries. En couplant le machine learning et le computer vision, en utilisant à la fois des méthodes de clustering et de classification d’une part et de reconnaissance de forme et d’image d’autre part, le travail consiste à identifier directement dans le nuage de points des objets appartenant à des familles d’objets métier de type tuyau, coude, vannes, support, raccords, cuve…, ainsi que certaines de ses métadonnées : le matériau qui les compose, ses propriétés géométriques (diamètre, épaisseur, longueur), son volume et sa masse.

rétro-conception automatique de maquettes BIM par apprentissage automatique

SL-DES-24-0091 - Développement de méthodologies de test de systèmes électroniques destinés aux environnements irradiants

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Les chantiers d’assainissement et démantèlement (A&D) et plus généralement les installations nucléaires mettent en œuvre des équipements électroniques (capteurs, vecteurs mobiles, robots, bras téléopérés…) dans des environnements irradiants. Or, l'effet des rayonnements est l'un des principaux facteurs affectant la fiabilité des composants et systèmes électroniques. Dans ce cadre, l’évaluation de composants et systèmes électroniques permet d’identifier les technologies les plus tolérantes aux environnement irradiants et également de déterminer quelles sous fonctions sont les plus sensibles. Pour répondre à cette problématique, il est nécessaire de développer des méthodologies de qualification de l’électronique pour le domaine du nucléaire en s’appuyant sur l’expérience du domaine spatial mais en prenant en compte certaines spécificités : l’environnement peut y être beaucoup plus sévère, l’utilisation de composants commerciaux y est très répandue et une approche au niveau système doit être considérée (car il n’est pas envisageable de tout développer en partant du composant). Les tests au niveau système et l’utilisation de composants COTS en environnement irradiant sont des problématiques émergentes et suscitent l’intérêt de nombreux acteurs. Le travail de thèse commencera donc par l’étude de systèmes spécifiquement développés. Nous aurons alors une maitrise et une connaissance complète du système et surtout des composants élémentaires qui le compose. Il nous sera possible de caractériser sous faisceau chaque composant élémentaire et le système complet. La synergie de dégradation entre le système et le composant élémentaire fera l’objet d’études pour évaluer les règles de dégradation avant de passer à la mise en place de méthodologies qui pourront ensuite être évaluées sur des systèmes commerciaux « boite noire ». L’objectif est de vérifier que les conclusions obtenues lors de la première étape seront toujours vérifiées et de déterminer les observables nécessaires à l’identification d’une défaillance. Des méthodes innovantes d’analyse de données basées sur l’IA pourront également être mises en place en fonction du type et du volume des données collectées. Il est également essentiel, compte tenu des quantités attendues de systèmes à tester, de compléter ces travaux par une rationalisation des moyens d’irradiation. Pour cela, des essais seront menés, notamment sur le filtrage des photons X dans le domaine photoélectrique pour garder uniquement le domaine Compton et ainsi avoir une équivalence au Cobalt60. Au final, une méthodologie devra être mise en place. Cette méthodologie devra prendre en compte aussi bien l’approvisionnement des systèmes, la définition des observables, la définition des conditions d’irradiation et de caractérisation ainsi que l’analyse des défaillances élémentaires et fonctionnelles observées. Une partie du travail de thèse s’attachera également à définir la structure d’une base de données « radiation » permettant de répertorier les tests en radiation réalisés sur des composants et des systèmes électroniques.

Développement de méthodologies de test de systèmes électroniques destinés aux environnements irradiants

SL-DAM-24-0028 - Etude de la réponse dynamique du molybdène à un choc laser

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Depuis quelques années, le molybdène est utilisé pour plusieurs applications dynamiques, notamment dans le domaine de la défense comme revêtement de charges creuses, impliquant de fortes sollicitations mécaniques (grandes vitesses de déformation, grandes déformations, fortes pressions, …). Pour autant, ce matériau a été caractérisé essentiellement en quasi-statique ou à des pressions extrêmes pour des besoins en planétologie, par exemple. Les chocs laser, comparés à d'autres sources de sollicitations dynamiques (impacts, explosifs, ...), bénéficient de plusieurs avantages. Ils permettent de couvrir un large spectre de sollicitations - en faisant varier l'intensité, la taille et la durée du pulse laser - , d'étudier la réponse élasto-plastique du matériau à très haute vitesses de déformation, et de réaliser des analyses post-mortem facilitées par la capacité de récupération des échantillons offertes par ce dispositif. L'objectif de ce travail de thèse, co-encadré par l'Institut Pprime à Poitiers, est de caractériser le comportement du molybdène sous choc laser, sur une gamme de sollicitations représentatives du fonctionnement d'une charge creuse, d'évaluer et de faire évoluer, si besoin, les modèles de comportement existants pour ce matériau. Des configurations innovantes seront également étudiées et mises en oeuvre. A cette fin, le candidat devra notamment dimensionner, réaliser et exploiter des essais de choc laser permettant : - de caractériser le comportement élasto-plastique par des mesures de vitesse en face arrière et, si possible, par des mesures de température; - la récupération et l'analyse post-mortem des échantillons ; - l'étude de la phase d'implosion génératrice du jet d'une charge creuse sur des échantillons entaillés ; - l'analyse de l'effet d'un choc incliné sur le molybdène.

Etude de la réponse dynamique du molybdène à un choc laser

SL-DAM-24-0024 - Stabilité d'écoulements d'ablation en fusion par confinement inertiel : croissances transitoires

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La fusion par confinement inertiel (FCI) vise à produire de l'énergie à partir de réactions nucléaires de fusion entre éléments légers. Une voie possible pour obtenir les hautes densités et températures nécessaires au déclenchement des réactions de fusion, consiste à imploser un micro-ballon, rempli d'un mélange fusible, au moyen d'un rayonnement intense. Ce rayonnement provoque une vaporisation violente – ablation – de l’enveloppe du micro-ballon conduisant à l’implosion de celui-ci. La durée limitée de l'implosion du micro-ballon met en exergue la nécessité d'identifier d'éventuelles croissances transitoires de perturbations susceptibles de dominer l'écoulement sur des temps courts. Pour cette thèse on souhaite procéder à de telles identifications pour des écoulements d'ablation auto-semblables fortement accélérés, à symétrie plane ou sphérique, pertinents pour décrire la phase principale d'une implosion. Ce travail sera mené au moyen d'une méthode direct-adjoint de l'analyse de stabilité non-modale, développée précédemment pour des écoulements d'ablation auto-semblables à faible accélération, qu'il faudra adapter aux configurations à fortes accélérations. Les résultats obtenus pourront être exploités pour définir dans un contexte plus réaliste des simulations « multi-physiques » d'implosions de micro-ballon.

Stabilité d'écoulements d'ablation en fusion par confinement inertiel : croissances transitoires

SL-DES-24-0196 - Modélisation de la vitrification de déchets de haute activité en creuset froid en alimentation liquide

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La vitrification des déchets nucléaires issus du retraitement des combustibles usés est réalisée, en partie, dans un four dit creuset froid inductif à 1200°C. Les déchets initialement sous forme liquide sont introduits dans le four après une étape de séchage et calcination. Dans cette thèse il s’agit d’apporter deux briques de modélisation supplémentaires à la modélisation magnéto-thermo-hydraulique existante [1-2]. Ceci afin de considérer les cinétiques réactionnelles (thermique et chimique) associées à la phase d’alimentation en déchet sous forme liquide et les lois de comportements rhéologiques du bain de verre évolutives en fonction du temps et de la nature du milieu [3]. Des comparaisons entre simulations et expériences sur prototype à l’échelle maquette et à l'échelle 1:1 en inactif ainsi que des échanges avec des équipes de recherche américaines et tchèques sont prévues. Le profil du candidat recherché est un Mastère 2 ou d’une dernière année d’école d’ingénieur issu d’un cursus de génie des procédés / simulation numérique. [1] Barba Rossa, Thèse de doctorat, Modélisation multiphysique de l’élaboration de verre en creuset froid, 2018, https://www.theses.fr/2017GREAI050 [2] Paraiso K, Sauvage E, Schuller S, Hocine S, Lemaitre V, Burov E. Characterization and modeling of chemical reactions taking place during the vitrification of high level nuclear waste. Journal of Nuclear Materials. 2022, 569, 153878 [3] Pereira Machado, N.M., Neyret, M., Lemaître, C. et al. Thixotropic behavior of a glass melt of nuclear interest containing platinum group metal particles. Rheol Acta (2022). https://doi.org/10.1007/s00397-022-01372-x [4] Chun, J.; Pierce, D. A.; Pokorny, R. & Hrma, P.; Cold-cap reactions in vitrification of nuclear waste glass Experiments and modeling; Thermochimica Acta , 2013, 559, 32 – 39

Modélisation de la vitrification de déchets de haute activité en creuset froid en alimentation liquide

SL-DES-24-0155 - Modélisation des sections efficaces nucléaires ab-initio combinant théorie de la matrice R et fonctions

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Physique théorique
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
La physique nucléaire microscopique vise à modéliser les propriétés de structure et de réaction des noyaux atomiques en se plaçant à l’échelle des nucléons avec comme ingrédient de base l’interaction élémentaire entre nucléons. Parmi les approches microscopiques, les méthodes ab-initio s’appuient sur des interactions dérivées de manière systématique via une théorie effective de la Chromo-Dynamique Quantique et ajustées dans les systèmes légers. La description quantique de N corps en interaction est transcrite dans une fonction d’onde solution de l’équation de Schrödinger à N corps. Plusieurs stratégies ont été élaborées pour approcher une solution exacte. Parmi elles, la théorie des fonctions de Green auto-cohérente reformule le problème à N corps en substituant la fonction d’onde inconnue par des fonctions de Green. Un aspect intéressant de cette théorie est qu’elle fait intervenir un champ – systématiquement améliorable – pouvant décrire l’interaction « ressentie » par un nucléon approchant le noyau. Ce champ – la « self-energy » – utilisé dans le calcul de la structure d’un noyau isolé est donc utilisable pour traiter les réactions nucléaires impliquant ce noyau. Dans un premier temps, l’étudiant devra assimiler le formalisme et prendre en main les outils associés, notamment le code HFB sphérique sPAN donnant les contributions à l’ordre 1 dans le formalisme des fonctions de Green. Les diagrammes d’interaction correspondant à l’ordre supérieur devront ensuite être implémentés. Enfin la self-energy obtenue sera utilisée pour représenter des réactions nucléaires, notamment en s’appuyant sur la théorie de la matrice-R qui permet de décrire l’état d’un nucléon dans le continuum, c’est-à-dire non-lié au noyau. Cette approche permet de traiter à la fois les contributions directe et d’échange de l’interaction du nucléon avec le noyau.

Modélisation des sections efficaces nucléaires ab-initio combinant théorie de la matrice R et fonctions de Green auto-cohérentes

SL-DES-24-0127 - Impact des ultrasons de puissance sur les propriétés d’écoulement de suspensions complexes

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
L’industrie nucléaire produit des déchets de diverses natures telles que des solides, des liquides mais aussi des « boues » qui sont issues des procédés de traitement des effluents ou aux résidus de fond de cuve ou de fond de piscine d’entreposage. La nature physico-chimique et l’historique de ces boues font qu’elles présentent un comportement à l’écoulement particulier les rendant parfois difficilement manipulables en amont de leur immobilisation en matrice de conditionnement. Afin de fluidifier ces suspensions de compositions variées l’action mécanique des ultrasons de puissance est envisagée. Il a récemment été montré, grâce à un montage couplant les ultrasons de puissance et la rhéologie, qu’il était possible de fortement diminuer le seuil d’écoulement et la viscosité de la boue en appliquant des ultrasons. Il s’agira dans ce travail de thèse de poursuivre les études engagées (Physico-chimie, microstructure, ultrason et rhéologie) sur des boues reconstituées ou sur des suspensions modèles simplifiées en se focalisant plus spécifiquement sur deux aspects. Le premier, plus fondamental, visera une meilleure compréhension de l’interaction entre les ultrasons de puissance et la matière avec une attention particulière portée sur l’origine des effets observés (interfaces vs volume). Le second volet sera plus appliqué avec le développement de dispositifs expérimentaux originaux à plus grande échelle pouvant générer des écoulements plus proches de situations industrielles.

Impact des ultrasons de puissance sur les propriétés d’écoulement de suspensions complexes

SL-DES-24-0216 - Modélisation simplifiée de la calcination en tube tournant

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Dans le cadre du retraitement des combustibles usés de type uranium oxyde, les déchets liquides ultimes de haute activité sont conditionnées dans des verres par un procédé en deux étapes, calcination puis vitrification. La calcination transforme progressivement le déchet liquide en un résidu sec, qui est mélangé à un verre préformé dans un four de fusion. Le calcinateur est constitué d’un tube tournant chauffé par un four à résistances. Les solutions calcinées sont constituées d’acide nitrique et de composés sous leur forme nitrate ou d’insolubles sous forme d’alliages métalliques. Dans l’objectif d’améliorer la maîtrise du pilotage du calcinateur, il est proposé de le modéliser. La modélisation va consister à créer puis coupler trois modèles : • Un modèle thermodynamique permettant de représenter les transformations subies par la matière. Cette partie fera très certainement appel à des mesures ATD et ATG, couplées très certainement à une démarche de type plan d’expériences (1ère année). • Un modèle d’écoulement de la matière. Il existe déjà dans la littérature des principes de représentation très simplifié d’écoulement dans un calcinateur en tube tournant, mais il faudra faire preuve d’innovation notamment en définissant des tests pour caractériser l’écoulement de la matière au cours du processus de calcination (2ème année). • Un modèle thermique qui prendra en compte les échanges entre le four et le tube du calcinateur mais également les échanges entre la matière et le tube. Des caractérisations de coefficients d’échanges devront être réalisées(1ère année). Le couplage de ces trois modèles (3ème année) donnera naissance à une première modélisation simplifiée de la calcination. Ce modèle sera utilisé pour aider au pilotage de l’étape de calcination mais également pour former les opérateurs au pilotage de cet appareil. Vous évoluerez au sein du LDPV, une équipe pluridisciplinaire (procédé, chimie, mécanique des fluides, modélisation, mécanique, induction) composée de 16 ingénieurs et techniciens. Equipe de 30 ans d’expérience en procédé de vitrification reconnue au niveau national et international

Modélisation simplifiée de la calcination en tube tournant

SL-DES-24-0202 - Etude de l’état solide de corium prototypique contenant des produits de fission : analyse cristallograph

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Dans un réacteur nucléaire modéré et/ou refroidi par l’eau, une perte des systèmes de refroidissement peut entraîner la fusion partielle ou totale du cœur qui peut alors interagir avec l’eau éventuellement présente dans la cuve ou hors cuve, tel que cela est survenu lors de l’accident nucléaire de Fukushima-Daiichi en 2011. L'étude des interactions entre le corium et l'eau est aujourd’hui un prérequis pour définir les termes sources en radionucléides en cours d’accident graves pouvant s’échapper de l’enceinte de confinement par altération et lixiviation que ce soit avec l’eau résiduelle du réacteur ou par une injection d’eau volontaire postérieure ou encore avec une eau d’environnement. Elle nécessite pour cela une meilleure connaissance des structures cristallographiques des coriums ayant interagis avec le béton et incorporant des produits de fission et d’identifier les mécanismes d’interaction et de relâchement lors du contact avec l’eau. Afin d’apporter des éléments de réponse, ce projet de thèse s’inscrit dans une démarche expérimentale originale en couplant des études structurales et microstructurales sur des coriums béton prototypiques dans lequel des isotopes stables simulant des produits de fissions présents dans le corium auront été introduits, à des essais de lixiviation. Les matériaux à base de béton siliceux et silico calcaire seront élaborés sur la Plateforme PLINIUS du CEA Cadarache, et seront caractérisés au laboratoire LMAT du CEA de Marcoule par l’utilisation de différentes techniques de pointes en analyse de surface (MEB, EDS, microsonde de Castaing WDS pour la mesure élémentaire des teneurs inférieure à 1% massique). L’étude de la formation des phases dans les coriums/bétons (Ségrégation, formes cristallines et amorphes) pourra être menée par une analyse cristallographique réalisée par les techniques de diffractions aux grands instruments (SOLEIL et à l’ILL). L’analyse cristallographique fine mettra en œuvre la méthode Rietveld. Les propriétés de la micro texture pourront être qualifiées sur solide massif et sur couche mince par les techniques EBSD, TKD, DRX, et par micro diffraction de Laue au synchrotron de l’ESRF. Des premiers essais de lixiviation en conditions oxydantes seront réalisés avec le laboratoire LEMC du CEA de Marcoule en parallèle aux campagnes de caractérisation afin d’identifier les principaux mécanismes d’altération. Ces connaissances pourront alimenter une base de données « matériaux accidents graves » utiles à la gestion des coriums au cours de l’accident et au-delà. Les compétences acquises par le doctorant autour de la caractérisation des matériaux pourront être valorisables dans de nombreux domaines en sciences de matériaux. Le profil de l’étudiant recherché demandera des connaissances en matériaux et en instrumentation. La thématique « accident grave » et interaction avec l’eau présentera également un intérêt pour le doctorant dans le domaine de l’environnement et plus particulièrement des rejets.

Etude de l’état solide de corium prototypique contenant des produits de fission : analyse cristallographique et microstructurale, impact sur les mécanismes d’altération et de lixiviation.

SL-DES-24-0007 - Etude des scintillateurs plastiques pour les mesures neutroniques passive et active

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Le travail doctoral proposé est dédié à l’optimisation des méthodes de caractérisation non-destructives de la quantité de plutonium dans les colis de déchets radioactifs. L’une des principales méthodes de mesure nucléaire pour atteindre cet objectif est basée sur le comptage passif des coïncidences entre neutrons de fission spontanée. La plupart des postes de mesure neutronique sont équipés de compteurs 3He qui présentent l’avantage d’avoir un bon rendement de détection tout en étant peu influencés par le rayonnement gamma. Cependant, le prix de ces détecteurs a beaucoup augmenté ces dernières années et ils sont relativement lents car ils nécessitent une thermalisation préalable des neutrons à détecter. Les scintillateurs plastiques représentent une alternative 5 à 10 fois moins coûteuse à efficacité de détection équivalente, ce qui les rend intéressants pour la mise en œuvre sur des postes industriels. En contrepartie, ils sont très sensibles aux rayonnements gamma et au phénomène de diaphonie (coïncidences parasites dues aux diffusions entre détecteurs voisins). Une méthode innovante de discrimination des coïncidences utiles et parasites par différentiation des temps de vols entre neutrons et rayonnements gamma a été élaborée et validée lors de travaux précédents. Il reste des verrous pratiques importants ciblés par la présente thèse afin de tendre vers un poste de mesure neutronique industriel munis de ces scintillateurs, notamment pour les déchets technologiques (ORANO La Hague, MELOX Cadarache). L’objectif principal en mesure neutronique passive sera de franchir une étape dans l’efficacité de détection, le traitement de données et la réduction des incertitudes liées aux effets de matrice et de localisation de la matière nucléaire, en associant étroitement expériences et modélisation. Un objectif secondaire de la thèse sera de démontrer la faisabilité de la mesure neutronique active en terme de traitements de données et de tenue aux forts taux de comptage pour la quantification de la masse de matière nucléaire (détections des neutrons de fissions induites par générateur de neutrons).

Etude des scintillateurs plastiques pour les mesures neutroniques passive et active

SL-DAM-24-0041 - Modélisation de composants et fonctions électroniques en environnement radiatif

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Parmi ses activités, le CEA (Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives) est responsable de la conception et la qualification d'équipements électroniques résistants aux effets de différents environnements radiatifs. Actuellement, les principaux moyens utilisés pour apporter la garantie de durcissement d’une électronique sont expérimentaux. Le CEA développe également ses compétences dans le domaine de la simulation de systèmes électroniques. Le travail de thèse proposé s’inscrit dans cette démarche de simulation afin de consolider et d'enrichir les méthodes de modélisation électrique des composants et des fonctions sous radiations. L'encadrement sera assuré dans un contexte de collaboration entre le CEA Île-de-France et le laboratoire d'Intégration du Matériau au Système à Bordeaux.

Modélisation de composants et fonctions électroniques en environnement radiatif

SL-DAM-24-0070 - Caractérisation et modélisation du comportement mécanique triaxial du béton : influence du degré de satu

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Dans le cadre de ses activités pour la Défense, le CEA-Gramat développe des outils de modélisation pour évaluer la vulnérabilité d’infrastructures en béton armé aux impacts et explosions. La compréhension des mécanismes de dégradation du béton sous chargements extrêmes est donc d’importance majeure. Des travaux antérieurs ont mis en évidence la forte influence de la teneur en eau libre sur le comportement quasi-statique du béton confiné et de la vitesse du chargement sur matériau sec ou totalement saturé. L’objectif de la thèse est compléter ces connaissances par la caractérisation et la modélisation du comportement mécanique du béton à partir d’état de saturation en eau variables et dans des gammes de chargement (vitesse et triaxialité des contraintes) encore inexplorées. Plusieurs dispositifs expérimentaux seront mis en oeuvre: barres d’Hopkinson, impact balistique sur lanceur, presses de compression uniaxiale et triaxiale, micro-tomographie RX. Les essais réalisés seront simulés avec le code ABAQUS en utilisant un modèle de comportement poro-hydro-mécanique développé par le laboratoire. L’origine des éventuelles différences essais-calculs sera étudiée. Une évolution du modèle pourra être proposée, notamment pour rendre compte des temps caractéristiques des différents mécanismes mis en jeu aux échelles micro- et méso-structurales.

Caractérisation et modélisation du comportement mécanique triaxial du béton : influence du degré de saturation en eau et du chargement

SL-DAM-24-0050 - Modélisation des effets des radiations dans les composants électroniques GaN

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Les radiations provenant de l’espace ou d’environnements liés à l’activité anthropique comme le nucléaire civil, produisent des défaillances et accélèrent le vieillissement des composants électroniques. L’ionisation et les charges produites au cours d’une irradiation perturbent le fonctionnement des électroniques des systèmes de manière transitoire ou cumulée. Cela produit des effets transitoires entraînant la dérive ponctuelle ou permanente des caractéristiques des composants électroniques. Il est capital d’évaluer précisément les densités de porteurs de charges générés par les radiations dans les parties sensibles des composants, comme les jonctions où règnent des champs électriques qui transforment les charges induites en signal transitoire (« Single Event ») et les isolants dans lesquels peuvent se piéger des quantités de charges croissantes, qui vont sur la durée entraîner des dysfonctionnements (dose cumulée). La modélisation fine du transport des particules (électrons, protons et ions) dans les matériaux de la microélectronique est essentielle pour estimer au mieux le dépôt dans les volumes sensibles des structures élémentaires de l’électronique. Dans ce contexte, le CEA en partenariat avec l’ONERA a développé, au cours de plusieurs thèses, le module MicroElec implémenté dans le framework Geant4 (collaboration internationale cf. https://geant4.web.cern.ch/) dédiée au transport des particules dans la matière. Ce module permet d’estimer de manière fine la distribution spatiale des charges consécutives au passage d’un ion dans le matériau actif des transistors de la microélectronique. Actuellement, le module MicroElec traite 11 matériaux adaptés à la microélectronique moderne Silicium. Depuis quelques années, la Recherche et le Développement dans le domaine des composants GaN ont fortement progressé en performance, fiabilité et coût. Désormais, la technologie GaN présente un intérêt industriel même pour les applications ayant pour vocation à être utilisées sous radiations et nécessitant un fort niveau de fiabilité. Cependant, certains matériaux utilisés dans l’électronique de technologie GaN ne sont pas encore pris en compte dans MicroElec. Ainsi, le(a) doctorant(e) contribuera à l’extension de la liste de matériaux de MicroElec qui sera proposée à la communauté de recherche scientifique de la collaboration internationale Geant4 à laquelle les encadrants de cette thèse participent. Les modèles développés seront confrontés à des résultats de tests de composants GaN effectués au laboratoire auxquels le(a) candidat(e) pourra assister ou participer. Les outils TCAD (Technology Computer-Aided Design) du laboratoire pourront être utilisés pour restituer les effets électroniques des perturbations évaluées par MicroElec dans les composants électroniques.

Modélisation des effets des radiations dans les composants électroniques GaN

SL-DAM-24-0084 - Modélisation géométrique rapide de la propagation des ondes de souffle

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
Lors d’une explosion, la libération soudaine d’une quantité finie d’énergie génère une onde de souffle au pouvoir dévastateur, comme lors des accidents de Beyrouth et d’AZF, ou lors d’éruptions volcaniques (Hunga Tonga). En interagissant avec le relief, le choc est réfléchi, diffracté, recombiné, ce qui conduit à un front d’onde de forme complexe, rendant difficile l’estimation des effets des explosions. La restitution de ces effets à l’aide de simulation numérique instationnaire et tridimensionnelle des équations d’Euler est accessible uniquement grâce aux supercalculateurs massivement parallèles du CEA-DAM . Une approche permettant de simuler rapidement la propagation des ondes de souffle est de réduire la dimension du problème en modélisant uniquement l’évolution du front d’onde . Le modèle Geometrical Shock Dynamics (GSD) de Whitham peut être résolu en 2D avec un algorithme Fast-Marching dans un temps compatible avec la prise de décisions en cas de risque d'explosion. Les objectifs de la thèse sont d’adapter le modèle GSD aux ondes de souffle et de développer des algorithmes permettant de résoudre ce modèle en trois dimensions sur des architectures graphiques (GPU) de manière efficace. Le modèle actuel permet en effet de calculer le saut de pression du choc incident mais pas le choc réfléchi du fait de l’hypothèse de choc à passage unique. La difficulté réside dans le caractère anisotrope de l’équation eikonale résultante, qui met en défaut les méthodes classiques de type Fast-Marching. Une autre limitation apparait lors du traitement de cas 3D d’envergure. La parallélisation du code est ainsi nécessaire, mais rendue non triviale du fait du principe de causalité de la méthode Fast-Marching. Un algorithme spécifique sera développé en s’inspirant de travaux récents sur les algorithmes de Fast Iterative Method, autorisant une résolution efficace des modèles anisotropes sur GPU . La question de la gestion des obstacles sur grille cartésienne sera également abordée. Si l’approche actuelle, basée sur une méthode de frontière immergée fonctionne correctement lorsque le maillage est suffisamment fin, elle pourrait être revue lorsque la structure est petite devant la taille de maille. Enfin, le modèle pourra être enrichi physiquement afin de mieux prendre en compte la détente de pression en aval du choc en présence d’obstacle. Le code produit sera validé par comparaison à des expériences et simulations Euler, puis appliqué à des configurations de complexité croissante. Ce travail pourra faire l’objet de communications dans des congrès internationaux et de plusieurs publications dans des revues de rang A. Il laisse une grande place à la créativité tout en gardant une finalité appliquée.

Modélisation géométrique rapide de la propagation des ondes de souffle

SL-DES-24-0062 - Lixiviation hydrothermale de matériaux de cathode pour le recyclage de batteries

Wed, 11 Oct 2023 02:15:11 Z

Domaine : Sciences pour l'ingénieur
Contrat : Thèse
Description du sujet de thèse :
En raison de leur durée de vie, des flux massifs de batteries Lithium-ion sont actuellement générés. Dans ce contexte, l’Union Européenne impose des en termes de recyclage d’au moins 70% des matériaux contenus dans les batteries avec des seuils de réincorporation de métaux recyclés en Li, Ni et Co entre 10 et 20% dès 2035. Une batterie est constituée de quatre éléments principaux : une cathode, une anode, un liant polymérique et un électrolyte. Du fait de l’absence de standardisation, son recyclage est une opération délicate et dangereuse du fait de risques électriques, chimiques et d’emballement thermique. Les voies actuelles de recyclage, mettant en œuvre des étapes de pyro/hydrométallurgie nécessitent des flux d’énergie élevés ou des volumes élevés d’acides minéraux. Le projet de thèse se propose d’étudier un procédé de recyclage en voie hydrothermale entre 150 et 300°C, novateur et environnementalement sobre, d’électrodes de batteries en fin de vie, avec pour objectif de récupérer sélectivement les métaux d’intérêt (objectif de rendement d’extraction en Li, Co, Ni et Mn supérieur à 95%). Dans une première étape, ce procédé sera mis en œuvre en mode batch sur des rebuts de production représentatifs et couplée à des étapes de précipitation et d’extraction solide-liquide en vue de récupérer les métaux d’intérêt. Par la suite, ce traitement de lixiviation sera considéré en mode semi-dynamique sur ces rebuts. Sa mise en œuvre permet de maitriser le caractère oxydoréducteur du milieu et le contrôle décorrélé de la pression et de la température, afin d’extraire séquentiellement les métaux. Un bilan énergétique sera mis en œuvre afin d’évaluer et de comparer ces deux voies en vue d’étudier le cycle de vie complet du procédé.

Lixiviation hydrothermale de matériaux de cathode pour le recyclage de batteries