La thèse proposée a pour objectif de développer un modèle de champ de phase décrivant la migration de la porosité de fabrication dans les oxydes mixtes d'uranium-plutonium sous irradiation dans les réacteurs rapides au sodium. Le modèle prendra en compte les phénomènes d'évaporation et de condensation en tant que force motrice microscopique déplaçant la porosité là où les conditions nécessaires de température locale et de gradient de température sont atteintes pour établir ce mécanisme de transport. Pour fournir une estimation cohérente des différences de pression de vapeur régissant la vitesse d'évaporation (et de condensation), le modèle de champ de phase sera couplé à une description thermodynamique du système ternaire U-Pu-O. Le candidat travaillera sur le développement de la formulation théorique du modèle de champ de phase, ainsi que sur son inclusion dans le cadre d'un solveur d'éléments finis. L'outil informatique sera appliqué pour étudier les conditions rencontrées dans les réacteurs à neutrons rapides prototypiques afin de dériver de nouvelles lois de vitesse de migration des pores à inclure dans les outils de calcul scientifique (OCS) du comportement du combustible utilisés au niveau industrielle, comme par exemple PLEIADES/GERMINAL V3, l’OCS développé dans le service d’accueil au CEA IRESNE.
Les résultats obtenus dans la thèse seront l’objet de présentations en conférences à l’international (par exemple, NuMat – The Nuclear Materials Conference, MMM – Multiscale Materials Modeling Conference, MiNES – Materials in Nuclear Energy Systems, CALPHAD), ainsi que de publications dans des revues scientifiques internationales (Computational Materials Science, Journal of Nuclear Materials, Journal of Applied Physics, Acta Materialia).
Au sein de l'Institut IRESNE (CEA Cadarache), le candidat rejoindra une communauté scientifique pluridisciplinaire sur les matériaux (physique du solide, thermique, mécanique, mathématiques appliquées, thermochimie, thermodynamique) et ouverte à la fois sur la recherche internationale et le monde industriel. Il/elle aura l'opportunité d'échanger avec des experts impliqués dans les différentes étapes de la conception d'un réacteur nucléaire et utilisera des simulations numériques de pointe à petites et grandes échelles. Pendant une partie de sa thèse, il/elle pourra intégrer le laboratoire universitaire du directeur de thèse à l'École Polytechnique, complétant ainsi son expérience au sein d'un institut de recherche appliqué tel que le CEA avec une approche plus académique offerte par une institution universitaire. Finalement, le candidat aura l'opportunité de se familiariser avec deux des techniques les plus utilisées dans l'analyse de l'évolution des microstructures dans de nombreux champs industriels : le champ de phase et les calculs thermodynamiques par des techniques CALPHAD, tout en développant ses compétences dans ces domaines.