Ce stage s'inscrit dans un projet du CEA visant à modéliser et simuler l'évolution de la porosité dans les combustibles oxydes mixtes d’uranium et de plutonium utilisés dans les réacteurs à neutrons rapides. Comprendre le comportement de ces porosités est un enjeu pour optimiser les performances du combustible et, dans ce contexte, un des objectifs majeur est d’évaluer précisément la vitesse de migration des porosités dans le combustible.
Pour cela, une des approches suivie par les équipes du département d’étude des combustibles du CEA consiste à développer des outils de simulation numérique basés sur la méthode du champ de phase pour prédire le comportement des porosités de fabrication.
Objectif du stage
Ce stage vise à contribuer au développement des outils de simulation du combustible nucléaire en implémentant dans un solveur éléments finis HPC [1] un modèle de la littérature [2]. L’objectif de ce travail est double: il s’agit d’une part, de mieux comprendre la modélisation déjà publiée à l’échelle internationale pour répondre à cette problématique tout en mettant en évidence les limites de ces premiers modèles. Ainsi, dans un second temps, les résultats obtenus pourront être comparés à ceux obtenus par un nouveau modèle développé par l’équipe encadrante. Cette comparaison pourra également contribuer à l’optimisation du modèle de champ de phase du CEA.
En contribuant au développement d’un outil de calcul, l’étudiant pourra acquérir une gamme variée de compétences.
Vos missions vous amèneront à travailler sur :
* Modélisation physique : les phénomènes qui régissent la migration de la porosité seront décrits par la méthode du champ de phase, qui permet de simuler l’évolution spatio-temporelle d’une interface continue entre deux phases, ainsi que du transport de la chaleur.
* Développement numérique : les équations seront implantées dans le code aux éléments finis SLOTH [1], dédié aux simulations par champ de phase de l’évolution physico-chimique des matériaux.
* Analyse de l’évolution microstructurale du combustible sous irradiation : le modèle sera utilisé pour étudier l’évolution de la morphologie des porosités pendant leur mouvement.
* Validation et applications : Confronter les prédictions du modèle aux données expérimentales et à autres modèle disponibles dans le code.
Le stage est proposé au sein de l’institut de recherche sur les systèmes nucléaires pour la production d’énergie bas carbone, basé sur le site du CEA Cadarache. L’institut mène notamment des activités de R&D sur les combustibles nucléaires dans l’objectif d’accroître la sûreté et la performance des réacteurs actuels et de développer les combustibles des réacteurs du futur. Ces activités associent simulation numérique/modélisation et expérimentation. Un bon déroulement du stage pourra être suivi par une thèse de doctorat au sein des équipes de l’unité d’accueil.
[1 ] https://github.com/Collab4Sloth/SLOTH
[2] C. Liu et al., Nucl. Eng. Des. 425, 2024.
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