Contexte :

Le dioxide d’uranium UO2 est le combustible nucléaire de référence dans les réacteurs à eau pressurisée (REP). La connaissance du comportement mécanique de ce combustible nucléaire polycristallin couplé aux effets d’irradiation est un enjeu important de sûreté nucléaire.

Dans ce cadre, pouvoir évaluer les contraintes et déformations s’exerçant dans les grains du polycristal et à leurs interfaces est un objectif important. Cela passe par la compréhension des phénomènes mis en jeu de l’échelle atomique à celle des hétérogénéités microstructurales du combustible. 

La simulation numérique multiéchelle joue un rôle complémentaire à la caractérisation expérimentale, en permettant de comprendre les phénomènes sous-jacents l’évolution des propriétés physiques et structurelles, et de prendre en compte l'impact des hétérogénéités de la microstructure, telles que les joints de grain ou les dislocations.

Objectifs du stage :

L’objectif principal de ce stage est d’étudier par des simulations à l’échelle atomique la mobilité des dislocations, qui sont le moteur du comportement mécanique, dans le combustible nucléaire UO2. Ces calculs aux petites échelles alimenteront un modèle de plasticité permettant de simuler des expériences de compression par la méthode des éléments finis.

En s’appuyant sur une méthodologie développée au laboratoire, la première étape de ce projet sera de déterminer les lois de vitesses des dislocations coins dans UO2 en fonction de la température, de la contrainte appliquée et de l’orientation du cristal.

La seconde étape sera dédiée à la modélisation de ces lois à partir d’expression analytiques permettant d’obtenir des paramètres clés dans une approche de simulation multiéchelle. Les résultats seront ensuite comparés à ceux existants pour le combustible UO2.

Les missions :

- Prendre en main les outils de simulation de dynamique moléculaire (DM) et les potentiels interatomiques (empirique, machine learning (ML)).

- Réaliser des simulations DM de la mobilité des dislocations coins, des potentiels interatomiques (empirique et ML) pour obtenir les lois de vitesses.

- Analyser les résultats des simulations et comparer les lois de vitesses des dislocations obtenues entre les deux potentiels et avec la littérature.

- Collaborer avec l’équipe pour tester les lois de mobilité obtenues dans le code de dynamique des dislocations discrètes.

Vous préparez un Bac+5 (Diplôme École d'Ingénieurs ou équivalents) en Physique du solide ; Physique numérique ; Science des matériaux.

Vous avez de solides connaissances en physique du solide ou science des matériaux, avec un fort intérêt pour les simulations numériques et l'informatique ainsi qu’une appétence pour la recherche appliquée.

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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.