Stage - Modélisation pour un Jumeau Numérique d'Expériences sur les Combustibles Nucléaires H/F CEA

Vous serez accueilli·e au sein de l'IRESNE, institut de la DES, où vous intégrerez l'équipe du laboratoire et participerez pleinement à ses activités.

Contexte

L'énergie nucléaire contribue à la décarbonation de la production d'électricité et devrait voir son rôle se renforcer dans les prochaines décennies. Dans ce contexte, une meilleure utilisation des ressources passe notamment par une connaissance précise du comportement du combustible en réacteur, en particulier du dioxyde d'uranium (UO2), le plus répandu.

Les gaz de fission (xénon, krypton) jouent un rôle important dans ce comportement. Très peu solubles dans l'UO2, ils précipitent sous forme de bulles nanométriques à l'intérieur des grains, et une fraction diffuse vers les joints de grains, où des bulles plus grandes peuvent s'interconnecter et conduire au relâchement du gaz. Ces mécanismes contribuent au gonflement du combustible et peuvent limiter la durée de vie de l'élément combustible en réacteur. Des expériences d'irradiation et de post-irradiation permettent de mesurer et de comprendre ces phénomènes. La reproduction de ces expériences par la simulation numérique aide à en interpréter les résultats, à analyser les phénomènes physiques fondamentaux moteurs du comportement observé et à extrapoler à d'autres conditions telles que des situations accidentelles à prévenir.

Objectifs du stage

Le/la stagiaire participera au développement du logiciel Inferno, qui simule l'évolution de la microstructure du combustible en vue de constituer un jumeau numérique d'expériences sur échantillons irradiés. Il s'agira d'enrichir le modèle physique du code par des études multiéchelles, en priorité pour le comportement du gaz à l'intérieur des grains d'UO2.

Les missions

• Simuler par la méthode du champ de phase l'évolution des bulles de gaz dans l'UO2, confronter les résultats aux données expérimentales et tester différentes hypothèses de modélisation.

• Effectuer des calculs à plus petite échelle (rate theory, dynamique moléculaire) afin d'estimer certains paramètres d'entrée du modèle champ de phase, en particulier ceux qui déterminent la quantité de gaz atteignant les joints de grains.

• Implémenter dans le code Inferno le paramètrage améliorés grâce aux études effectuées.

Compétences à acquérir

• Mise en oeuvre de méthodes de simulation numérique à différentes échelles.

• Connaissance des mécanismes physiques régissant le comportement du combustible sous irradiation.

• Démarche scientifique, de la formulation d'hypothèses à leur confrontation avec l'expérience.

• Développement en équipe d'un logiciel scientifique en Python, avec gestion de versions (Git) et tests.

Ce stage permettra de participer à des travaux de recherche sur le combustible nucléaire et d'acquérir des compétences en physique des matériaux, en simulation numérique et en développement logiciel.