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 ab initio ou en potentiels empiriques). La thermodiffusion de l’oxygène dans le combustible nucléaire (UO2) est un phénomène important dont la complexité justifie une telle approche. 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, 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 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.

Parcours de formation de type master 1 / master 2 ou dernière année Ecole d'ingénieur.

Spécialité : physique numérique, physique de la matière condensée / matériaux.

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