Nucleaire à France

Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences

Simulations atomistiques des propriétés thermophysiques du combustible nucléaire métallique UMo

Thèse

Les alliages d'uranium-molybdène UMo présentent d'excellentes propriétés thermiques et une densité en uranium supérieure à celle de combustibles céramiques tel que l'UO2. C'est notamment pour ces propriétés que l'UMo monolithique est considéré comme un combustible candidat pour les réacteurs de recherche. Il est donc crucial pour le CEA de développer de nouveaux modèles de calcul permettant d'analyser l'évolution des propriétés physico-chimiques de l'UMo en conditions d'irradiation.

Au cours de cette thèse, vous appliquerez des méthodes de calcul à l'échelle des atomes afin d'étudier les propriétés thermophysiques et thermomécaniques, ainsi que la stabilité d'amas de Xe, au sein de monocristaux d'UMo. La première étape de vos travaux consistera à poursuivre le développement de modèles de calcul à l'échelle atomique pour l'UMo entrepris au sein du laboratoire d'accueil. Ces modèles font appel à des méthodes de "machine-learning" pour le développement de potentiels interatomiques, et devront être validés par comparaison aux données expérimentales existantes pour ce matériau. Ils seront ensuite utilisés pour évaluer l'évolution en température et en fonction de l'accumulation de défauts (ponctuels et étendus) de plusieurs propriétés thermophysiques cruciales à la modélisation combustible, telles que les propriétés élastiques, la densité et l'expansion thermique, pour des propriétés thermiques telles que la chaleur spécifique et la conductivité thermique. En collaboration avec d'autres chercheurs du département, vous mettrez en forme ces résultats afin de les intégrer dans les Outils de Calcul Scientifique utilisés pour simuler le comportement des combustibles nucléaires.

Dans un second temps, vous serez en charge d'étendre la validité de vos modèles à la prise en compte de la formation de gaz de fission de type xénon en sein de monocristaux d'UMo. Vous pourrez ainsi simuler la stabilité d'amas de xénon au sein de cristaux d'UMo. Ces calculs, effectués à l'aide de méthodes de dynamique moléculaire classique, seront systématiquement comparés à des observations expérimentales obtenues par microscopie électronique à transmission.

Les résultats obtenus lors des différentes étapes de ce projet seront particulièrement innovants, et feront l'objet de publications scientifiques, ainsi que de présentations dans des conférences scientifiques internationales. L'ensemble de ces travaux vous permettrons de compléter votre formation en acquérant des compétences applicables à de nombreux domaines de la science des matériaux: calculs ab initio, ajustement de potentiels interatomiques par techniques de "machine learning", dynamique moléculaire classique, utilisation des super-calculateurs du CEA, ainsi que de nombreux éléments de physique statistique et de physique de la matière condensée, méthodes dont les membres de l'équipe encadrante sont des spécialistes.

Vous serez accueilli au sein du Laboratoire de Modélisation du Comportement des Combustibles (Institut de Recherche sur les Systèmes Nucléaires pour la production d'Energie bas carbone, IRESNE, CEA Cadarache), une équipe de recherche dynamique où vous pourrez échanger régulièrement avec les autres doctorants et chercheurs du laboratoire. Cet environnement offre de plus de nombreuses opportunités de collaborations nationales et internationales, notamment avec :

• les développeurs et utilisateurs du code de performance combustible MAIA (dédié à l'étude des combustibles pour réacteurs de recherche)
• des chercheurs expérimentateurs du département d'étude des combustibles nucléaires
• des équipes d'autres centres du CEA (Saclay, CEA/DAM)
• ainsi que des partenaires internationaux

Ce contexte riche et pluridisciplinaire vous permettra de vous intégrer pleinement à la communauté scientifique dédiée aux matériaux pour les sciences du nucléaire.

Physique et Sciences de la Matière (ED352)
Aix-Marseille Université

Cadarache

Formation recommandée: École d'ingénieur ou M2 en physique et science des matériaux

01/10/2026

TRANCHIDA Julien
julien.tranchida@cea.fr
CEA
DES/IRESNE/DEC/SESC/LM2C
Institut de recherche sur les systèmes nucléaires pour la production d'énergie bas carbone (IRESNE)
DES/IRESNE/DEC/SESC/LM2C
Bâtiment 151
13108 Saint-Paul-lez-Durance
0442252225

CROCOMBETTE Jean-Paul
jpcrocombette@cea.fr
CEA
DES/ISAS/DRMP/S2CM/SRMP
S2CM/SRMP
Bâtiment 520
CEA Saclay
91191 Gif-sur-Yvette
0169089285