CDD doctorant en physico-chimie des matériaux (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Sujet : Modélisation des mécanismes de corrosion de l’acier inoxydable 316L sous radiolyse dans les réacteurs à eau pressurisée.

Cette thèse s’inscrit dans le contexte de la compréhension des mécanismes de vieillissement des matériaux métalliques utilisés dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP). Plus précisément, elle vise à modéliser les mécanismes de corrosion affectant l’acier inoxydable 316L, employé comme matériau de structure dans ces installations. En fonctionnement, l’environnement chimique du circuit primaire des REP est modifié par l’irradiation continue de l’eau, qui induit une radiolyse générant des espèces hautement réactives interagissant avec les surfaces métalliques, altérant les couches passives et accélérant les processus de corrosion.

L’objectif de l’étude du doctorant retenu visera à simuler des phénomènes physiques mis en jeu à l’interface eau / acier lors de la radiolyse de l’eau avec une deux méthodes de calculs complémentaires.
La première méthode consiste en des simulations Monte Carlo avec les codes GEANT4-DNA & GATE. Le code GEANT4 permet de simuler l’irradiation d’un système modélisé à partir des plans de la cellule d’irradiation utilisée actuellement dans la thèse de B. Lathuillière (doctorant MATICE 2024-2027). GEANT4-DNA et GATE, spécifiques aux études de radiolyse, permettent de déterminer les espèces créées par la radiolyse de l’eau (électrons aqueux, photons, H•, H2O2, …) et leurs énergies dans des conditions prédéfinies d’irradiation (objectifs de la première année de thèse). L’épaisseur de la couche passive doit être déterminée de manière fine pour connaître notamment le parcours des espèces radiolytiques. Pour cela, la deuxième méthode prévoir l’utilisation du code LAMMPS et des potentiels empiriques de type REAXFF de manière similaire aux travaux de V. Jameborzogi . Ainsi, des calculs de dynamique moléculaire (DM) seront réalisés dans des conditions d’intérêt (température, pH, …) par rapport aux expériences menées (objectifs de la deuxième année de thèse). Ces résultats seront comparés et optimisés afin d’affiner les calculs des deux méthodologies et ils seront également comparés aux résultats expérimentaux pour proposer un (ou plusieurs) mécanisme(s) de la corrosion des aciers par radiolyse (objectifs de la troisième année de thèse).
Le caractère innovant de ce travail réside dans l’articulation entre ces deux échelles de simulation, couplées aux données expérimentales qui sont en train d’être obtenues dans la thèse de B. Lathuillière. Il s’agit d’une approche pluridisciplinaire, à la croisée de la physique nucléaire, de la chimie sous rayonnement des matériaux et de la modélisation théorique. Ces travaux s’intègrent dans le champ d’expertise (matériaux sous irradiation) du groupe MATICE qui est reconnu internationalement avec des collaborations récurrentes notamment avec le CEA, Framatome, l’ASNR (LETR) et le JRC de Karlsruhe .
V. Jameborzogi et al., Corrosion Science 235 (2024) 11219
ASNR = Autorité de Sûreté Nucléaire et de Radioprotection
JRC = Centre commun de recherche de la commission européenne

Compétences attendues
a- Bases scientifiques souhaitées
• Physico-chimie des matériaux : défauts cristallins, diffusion, physique de l’irradiation, radiolyse
• Chimie du solide et des surfaces : oxydation, corrosion, passivation des aciers inoxydables
• Contexte nucléaire : fonctionnement d’un réacteur à eau pressurisée, conditions thermo-hydrauliques et radiatives

b- Compétences informatiques
• Python (analyse, scripts)
• Linux / HPC (clusters de calcul)
• Gestion de données de simulation (post-traitement, visualisation)

c- Compétences transversales
• Rédaction scientifique (anglais avec un bon niveau demandé)
• Autonomie + capacité à structurer un problème complexe
• Communication (interactions multiples dans le cadre du projet)
• Curiosité interdisciplinaire

Une première expérience dans l’utilisation de codes de transport de particules type Geant4 ainsi que dans la modélisation multi-échelles serait appréciée.

Votre Environnement de Travail

Le/la doctorant(e) sera affecté(e) dans le groupe MATiCE (Matériaux en Conditions Extrêmes) de l’IP2I de Lyon, laboratoire mixte dépendant de l’IN2P3 du CNRS et de Lyon 1 Université. Les thématiques de recherche de l’équipe MATiCE portent sur l’étude de l’évolution des propriétés physico-chimiques et structurales des matériaux utilisés dans le domaine de l’industrie nucléaire sous l’effet de conditions extrêmes, en particulier la température et l’irradiation.

Ce travail de thèse s’inscrit plus précisément dans l’axe de recherche « Radiolyse aux interfaces » étudié dans le groupe MATICE de l’IP2I. Il sera mené en interaction avec les travaux expérimentaux menés actuellement dans la thèse de B. Lathuillière (2024-2027) supervisée par N. Bérerd & N. Moncoffre.

Le/la doctorant(e) bénéficiera d’un environnement de calcul intensif de premier plan. À l’IP2I, des ressources dédiées de calcul scientifique (fermes CPU et GPU, infrastructures de type HPC et big data) sont disponibles pour la simulation et le traitement de données massives, avec un accompagnement technique et des formations associées. Si nécessaire, à l’ENS de Lyon, le Pôle Scientifique de Modélisation Numérique (PSMN) met à disposition des clusters représentant plusieurs dizaines de milliers de cœurs, intégrés dans un méso-centre régional de calcul parmi les plus importants en France.

Cette thèse se situe dans le cadre du PEPR « Science amont pour le nucléaire de fission » (SCIAM), démarré officiellement le 1er décembre 2025 et qui doit terminer fin 2031. Plus précisément, cette thèse est un apport au sein du Projet 4 « Données de base des matériaux sous irradiation » et du work package WP2 « Interfaces sous irradiation ».

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est de 2 300€ brut mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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