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

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 Karlsr
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