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
2023-28691
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
Etude par dynamique moléculaire de la thermodiffusion dans les combustibles nucléaires
Sujet de stage
Pour mieux comprendre le comportement des matériaux nucléaires durant leur passage en réacteur, la recherche en sciences des matériaux recourt de plus en plus à la simulation numérique multiéchelle, tant au niveau de la pièce d'ingénierie (mécanique du milieu continu...), qu'à celui du grain (champ de phases...) ou même de l'atome (calculs atomistiques). La thermodiffusion de l'oxygène dans le combustible nucléaire (UO2) est un phénomène important dont la complexité justifie une telle approche [1].
Durée du contrat (en mois)
6
Description de l'offre
Lors de son irradiation en réacteur, le combustible peut subir d'importants gradients thermiques provoquant la migration des atomes d'oxygène (thermodiffusion). Ce phénomène, à l'origine d'une modification des propriétés chimiques de matériau, est en règle générale mal compris au niveau microscopique dans les solides, et particulièrement dans les composés iono-covalents. De plus, son paramètre clé, la chaleur de transport de l’oxygène Q*, donnée d’entrée du modèle de la plateforme PLEIADES de simulation du combustible [2], est très difficile à mesurer et subit une dérive lors de l’évolution physico-chimique du matériau en réacteur.
De nombreuses simulations atomistiques de la thermodiffusion ont été réalisées au laboratoire. Plusieurs méthodes d’évaluation de Q* sont utilisées et donnent des résultats très différents. Le but du stage est, à partir de simulations sur des matériaux et des situations plus simples (thermodiffusion de l’hydrogène dans le palladium) de comprendre les causes de ces différences, en vue d’améliorer la méthodologie de calcul de Q* tout en accroissant notre compréhension des mécanismes de thermodiffusion.
Ce sujet permettra au candidat de développer des compétences génériques en physique statistique à l’équilibre ou hors équilibre et également en calculs atomistiques sur des codes de dynamique moléculaire polyvalents (ex. LAMMPS) dans lequel le laboratoire dispose d’une expertise importante. Ces compétences peuvent s’appliquer à d’autres situations physiques et domaines industriels (liquides pétroliers, matériaux thermoélectriques…).
Cette action s’insère dans le programme de développement de la plateforme (PLEIADES) de simulation du combustible nucléaire regroupant dans un unique environnement tous les modèles décrivant correspondant l’ensemble du comportement du combustible (mécanique, physicochimie, thermodynamique, neutronique). Pour alimenter cette plateforme en paramètres matériaux, le laboratoire d’accueil mène une recherche amont pour déterminer ces paramètres, à partir de calculs atomistiques et de simulations à plus grande échelle. Cet environnement riche, tant du point de vue de la physique que du génie logiciel, offre l’opportunité de découvrir un large panel de métiers de l’informatique et de la simulation en physique. Ce stage est également l’occasion de découvrir en quoi des outils de simulation à l’échelle microscopique peuvent contribuer à traiter des situations pratiques.
Références :
[1] Schelling et al., Journal of Applied Physics, 112:8, 2012.
[2] Konarski et al. Journal of Nuclear Materials 519:104, 2019
Moyens / Méthodes / Logiciels
Code de Dynamique Moléculaire LAMMPS
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, calculs atomistiques, dynamique moléculaire
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 numérique, physique de la matière condensée/matériaux
Possibilité de poursuite en thèse
Non
Demandeur
Disponibilité du poste
03/01/2024
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