Informations générales
Entité de rattachement
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 cœur 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
Référence
2023-28692
Description de l'unité
Le stage est proposé au sein du Département d'Etudes des Combustibles (DEC), rattaché à l'institut IRESNE (Institut de recherche sur les systèmes nucléaires pour la production d'énergie bas carbone) de la Direction des Energies (DES) du CEA. Ce département mène une activité centrée autour du combustible nucléaire dans l'objectif d'accroître les performances et la sûreté des réacteurs actuels et de développer les combustibles nucléaires des réacteurs du futur. Il a pour mission d'acquérir, d'intégrer et capitaliser les connaissances relatives à la conception, à la fabrication, à la caractérisation et à l'étude du comportement des éléments combustibles nucléaires en réacteur. Ses activités associent simulation numérique/modélisation et expérimentation. Le DEC est composé de trois services, le Service d'Etudes et de Simulation du comportement des Combustibles, le Service d'Analyses, d'Élaboration, d'Expérimentations et d'Examens des combustibles et le Service d'Exploitation et de Traitements des Combustibles. Il rassemble environ 250 ingénieurs, chercheurs et techniciens et accueille une cinquantaine de stagiaires de masters, écoles d'ingénieurs ou DUT. Il accueille également des doctorants, post-doctorants et des apprentis. Il entretient de nombreuses collaborations avec des partenaires industriels, des laboratoires académiques (universités, CNRS) que ce soit au niveau national ou international.
Description du poste
Domaine
Matériaux, physique du solide
Contrat
Stage
Intitulé de l'offre
Jumeau numérique hybride atomistique–empirique pour prédire la microstructure du combustible H/F
Sujet de stage
Comme d'autres secteurs industriels, le nucléaire développe des « jumeaux numériques », applications permettant de simuler le comportement d'un composant industriel, voiture, usine, réacteur, ou dans notre cas crayon combustible. Le travail proposé se situe dans cette démarche et contribue au développement d'un jumeau numérique de grain permettant d'en simuler l'évolution microstructurale sous irradiation.
Durée du contrat (en mois)
6
Description de l'offre
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.
Refs:
- 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.
- Gilabert, Horlait, Barthe, Desgardin, Amany, Carlot, Gérardin, Maillard, Wiss, D2.2 - Behaviour of Fission Gases and Helium in Uranium Dioxide, EC report, 2020.
Moyens / Méthodes / Logiciels
Utilisation/amélioration de codes de simulation, codage simple de mécanismes physiques
Profil du candidat
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
Le CEA est un acteur engagé dans l’accueil, l’insertion et le maintien dans l’emploi des salariés en situation de handicap. Ainsi, si vous le souhaitez, vous pouvez également joindre tous documents justifiants de votre situation de handicap.
Localisation du poste
Site
Cadarache
Localisation du poste
France, Provence-Côte d'Azur, Bouches du Rhône (13)
Ville
Saint Paul lez Durance
Critères candidat
Diplôme préparé
Bac+5 - Master 2
Formation recommandée
M1 ou M2 ou école d'ingénieur en physique des matériaux, modélisation, physique numérique
Possibilité de poursuite en thèse
Non
Demandeur
Disponibilité du poste
03/01/2024