Stage - de l'Angström au Micron un Modèle de Combustible Nucléaire à Base de Données Atomistiques H/F - CEA

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.


Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.


Implanté au coeur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.


Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :


- La conscience des responsabilités

- La coopération

- La curiosité

Le combustible nucléaire (oxyde d'uranium) voit sa microstructure fortement endommagée lors de l'irradiation en réacteur: les atomes issus de la fission des noyaux uranium déplacent en cascade les atomes du matériau, créant des défauts d'irradiation (lacunes et interstitiels) dont l'agrégation provoque l'apparition progressive de cavités et de boucles de dislocation. Ces défauts étendus influencent notamment le volume du matériau, son fluage, sa rétention vis-à-vis des gaz de fission. Le modèle physique du phénomène est la dynamique d'amas: jeu d'équations cinétiques représentant les réactions chimiques d'agrégation des défauts sous l'effet de leur diffusion dans le matériau.

La plupart des paramètres du modèle sont issus de calculs atomistiques (énergies de formation et de migration des défauts, dommage d'irradiation). Cependant une partie d'entre eux n'a pas été calculée et sont pratiquement impossibles à mesurer directement.

La démarche proposée pour ce stage est double:

1/ Ajuster les paramètres manquant en utilisant le modèle pour simuler des résultats d'expériences (déjà disponibles au laboratoire) dans lesquelles la microstructure est impactée, comme la caractérisation au microscope électronique à transmission des dislocations et des cavités (taille, concentration). On utilisera pour cela des techniques innovantes:

• analyse de sensibilité pour déterminer quels paramètres ont un impact sur les grandeurs mesurées
• optimisation algorithmes génétiques) pour ajuster au mieux ces paramètres. On utilisera la plateforme URANIE™ développée au CEA pour l'analyse statistique des données.
• monte carlo cinétique pour simuler le dommage d'irradiation

2/ Valider ce modèle ainsi paramétré en comparant ses résultats à des mesures issues d'autres expériences.

Le modèle sera ensuite appliqué à de nouvelles situations, comme l'irradiation en pile du combustible dans le but de prédire le relâchement des gaz de fission par exemple ou la densité de boucles et lignes de dislocation.

Ce sujet de modélisation comporte des tâches variées :

• l'interprétation d'expériences
• des développements informatiques simples de scripts d'optimisation pour URANIE
• la simulation de situations expérimentales ou industrielles

Ce stage offre ainsi l'opportunité au candidat, en adoptant une position centrale et un point de vue synthétique, de contribuer au développement de la physique numérique appliquée à la modélisation multiéchelle. Il lui permettra d'expérimenter par lui-même en quoi des outils de simulation basés sur les données microscopiques les plus fondamentales permettent de traiter et expliquer des situations pratiques.

Skorek, Étude Par Dynamique d'Amas de l'influence Des Défauts d'irradiation Sur La Migration Des Gaz de Fission Dans Le Dioxyde d'uranium, PhD Thesis, Univ. Aix-Marseille, 2013. www.theses.fr/2013AIXM4376

Parcours de formation de type master 1 / master 2 ou dernière année Ecole d'ingénieur.

Spécialité : physique numérique, physique de la matière condensée / matériaux,

Points particuliers : cinétique chimique, irradiation des matériaux

Pourquoi Intégrer le CEA ?

• Donner du sens à votre carrière en travaillant au service des grands enjeux sociétaux de demain.

• Avoir des perspectives de carrière avec plus de 60 familles de métier, des formations...

• Nos avantages : RTT, réseau de ligne de bus sur certains centres (gratuit), restauration collective, CSE...

Conformément aux engagements pris par le CEA en faveur de l'intégration des personnes en situation d'handicap, cet emploi est ouvert à toutes et à tous. Le CEA propose des aménagements et/ou des possibilités d'organisation.

• Développement logiciel