Doctorant H/F Modélisation par champ de phase du dommage d’irradiation dans les alliages métalliques

Centre National de la Recherche Scientifique

Doctorant H/F Modélisation par champ de phase du dommage d’irradiation dans les alliages métalliques

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mercredi 13 juillet 2022

Informations générales

Référence : UMR8207-CORHEN-001
Lieu de travail : VILLENEUVE D ASCQ
Date de publication : mercredi 22 juin 2022
Nom du responsable scientifique : THUINET Ludovic
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Dans les centrales nucléaires, les alliages sous irradiation sont maintenus dans des conditions hors équilibre qui peuvent accélérer voire induire des modifications de leurs microstructures. Ceci est dû à la génération en grande quantité de défauts ponctuels (lacunes, auto-interstitiels) ou d’amas de défauts qui peuvent interagir avec des défauts microstructuraux (joints de grains, dislocations, cavités, ...). De plus, ces défauts ponctuels peuvent entraîner avec eux ou au contraire repousser les solutés présents dans l’alliage via des couplages de flux ce qui entraîne une ségrégation chimique au sein du matériau et modifie finalement leurs propriétés. Ces dernières années, la simulation numérique, notamment à l’échelle atomique, a permis de mieux comprendre les phénomènes impliqués lors de l’irradiation d’un matériau, mais ce type de modélisation est souvent limité dans l’espace et le temps. Des modèles à l’échelle continue de type champ de phase ont donc été développés pour simuler des évolutions microstructurales à l’échelle du grain, mais ce n’est que très récemment que ce type d’approche a été appliqué à la prédiction des dommages d’irradiation [1]. Au laboratoire UMET, un code de calcul de champ de phase dédié à ce type d’application a été développé [2,3], notamment pour prédire les changements de composition chimique induits par l’irradiation près des joints de grains ou les dislocations dans les alliages [4,5].
Cette thèse vise à pousser plus loin la modélisation et la simulation des interactions entre solutés et défauts microstructuraux dans les alliages irradiés via des méthodes de champ de phase. Une application de haute importance technologique est la prédiction de la ségrégation induite sous irradiation (SIR) à proximité de défauts microstructuraux tels que les dislocations et les joints de grains. En effet, malgré d’énormes progrès réalisés jusqu’à présent pour étudier ce phénomène à différentes échelles, de nombreux résultats expérimentaux concernant les SIR restent mal compris. Récemment, de nouveaux résultats encourageants ont été obtenus sur les alliages Fe-Cr en utilisant un code de champ de phase développé au laboratoire UMET (Unité Matériaux et Transformations, UMR 8207) et nous proposons dans cette thèse d’utiliser ce code pour simuler des profils SIR dans d’autres alliages modèles afin d’expliquer la forte diversité des résultats expérimentaux. Les objectifs de la thèse sont les suivants :

(i) Améliorer certains aspects du code de champ de phase. En particulier, jusqu’à présent, il a été supposé que les défauts ponctuels sont générés à un taux constant et uniforme, ce qui est assez éloigné des conditions d’irradiation réelles. Il est donc nécessaire de mieux décrire le terme source d’irradiation dans le code.

(ii) Calculer la ségrégation chimique des solutés à proximité des joints de grains et des boucles de dislocation dans des matériaux modèles (Fe-Cr, Ni-Cr, Ni-Fe, ...) représentatifs des alliages utilisés dans l’industrie nucléaire. A cet effet, une paramétrisation pour chaque alliage modèle devra être déterminée correctement à partir de simulations à l’échelle atomique ou de la littérature et concerne les paramètres thermodynamiques (coefficients d’activité des espèces atomiques, compositions d’équilibre des défauts ponctuels), les paramètres élastiques et les paramètres cinétiques, liés à la diffusion des défauts ponctuels et des espèces atomiques (coefficients d’Onsager) et à la mobilité des dislocations.

(iii) Mieux décrire les défauts microstructuraux. En particulier, les joints de grains sont souvent décrits comme de simples défauts planaires. Une telle description ignore le fait que la structure et le caractère des joints de grains ont un impact sur la ségrégation induite par l’irradiation. Certaines tentatives dans la littérature pour affiner leur description existent et nous concentrerons une partie de nos efforts dans cette direction.

Contexte de travail

Ce sujet de thèse est financé par le programme NEEDS (Nucléaire, énergie, environnement, déchets, société) du CNRS. Son début est programmé idéalement pour le 1er octobre 2022. Il sera mené à l’Unité Matériaux et Transformations (UMET - UMR CNRS 8207, Lille), dans l’équipe Métallurgie Physique et Génie des Matériaux, en collaboration avec EDF et le CEA.

L’UMR « Unité Matériaux Et Transformations » regroupe aujourd’hui une bonne partie des activités de science des matériaux sur le site du campus scientifique de l’Université de Lille. L’unité est composée d’environ 80 enseignants chercheurs et chercheurs CNRS.
L’unité est divisée en six équipes de tailles variables, à savoir :
Matériaux Moléculaires et Thérapeutiques ; Matériaux Terrestres et Planétaires ; Métallurgie Physique et Génie des Matériaux ; Ingénierie des Systèmes Polymères ; Plasticité ; Processus aux Interfaces et Hygiène des Matériaux Toutes ont un cœur de métier centré sur la science des matériaux mais leurs champs d’applications sont bien diversifiés.

Au sein des différentes équipes la plupart des aspects liés aux matériaux sont développés : élaboration/synthèse/fonctionnalisation, études des déformations et transformations sous sollicitations variées, caractérisation des structures/microstructures et étude des relations microstructures et propriétés en relation avec les conditions d’usage.

Les objectifs des travaux menés par les équipes sont diversifiés. Ils peuvent viser une application directe avec des partenaires industriels ou la compréhension de processus élémentaires qui conditionnent un phénomène ou un comportement donné. Les domaines d’étude incluent les matériaux à usage mécanique, les matériaux thérapeutiques, les matériaux biocompatibles, le traitement et la fonctionnalisation des surfaces, le comportement sous irradiation, sous déshydratation et sous broyage, le comportement au feu, les revêtements céramiques ultralégères, jusqu’à la compréhension du comportement des minéraux du manteau terrestre ou ceux d’environnements extraterrestres. Les champs d’applications sont donc plutôt variés, avec de nombreuses interfaces avec d’autres champs disciplinaires (géophysique, pharma, biologie- santé, mécanique,...).

Informations complémentaires

Il est attendu du candidat une forte motivation pour faire de la programmation et de la simulation numérique appliquées à l’étude de phénomènes de métallurgie physique complexes, tels que ceux rencontrés sous irradiation. Le candidat devra donc posséder des connaissances solides en science des matériaux et une expérience en programmation et simulation numérique.

Les candidat(e)s intéressé(e)s sont invité(e)s à fournir les documents suivants :

• Un CV
• Une lettre de motivation
• 2 lettres de recommandation
• Une copie des diplômes et notes obtenus au cours des années antérieures
• Tout autre document permettant d’apprécier l’adéquation du candidat avec le poste proposé