Stage - Modélisation des phénomènes de cristallisation d'impuretés dans le sodium H/F

Informations générales

Entité de rattachement

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.

Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.

Implanté au cœur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.

Les collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :

• La conscience des responsabilités

• La coopération

• La curiosité

Référence

Description de l'unité

Au sein d'IRESNE, le Département de Technologie Nucléaire a pour missions d'améliorer la technologie des réacteurs nucléaires actuels et de développer celle des réacteurs futurs en :
-Etudiant, concevant et réalisant des essais de qualification de composants de réacteurs.
-Etudiant le comportement et les performances des caloporteurs.
-Développant l'instrumentation pour la surveillance réacteur, le contrôle de procédé, la mesure nucléaire.
-Modélisant le transfert des radionucléides dans l'environnement et en réacteurs.
-Etudiant les accidents graves.

Le Département de Technologie Nucléaire (DTN) est organisé en deux services : Le Service Mesures et modélisation des Transferts et des Accidents graves (SMTA) et le Service de Technologie des Composants et des Procédés (STCP).

Au sein du STCP le Laboratoire des Etudes des technologies Sodium et des Caloporteurs avancés (LESC) a pour principales missions :
- de proposer des procédés de traitement du Sodium en support à des projets du CEA ou à des industriels,
- d'exploiter des boucles d'essai de métaux liquides ou de caloporteurs avancés en soutien au développement des réacteurs de 4ème génération.

Domaine

Chimie

Contrat

Stage

Intitulé de l'offre

Stage - Modélisation des phénomènes de cristallisation d'impuretés dans le sodium H/F

Sujet de stage

Modélisation des phénomènes de précipitation et cristallisation d'impuretés chimiques dans le sodium – Application au dimensionnement d'un piège froid industriel.
Développé sous COMSOL Multiphysics, l'outil ANAIS a été validé sur de premiers résultats expérimentaux avec l'oxyde et l'hydrure de sodium. L'objectif du stage est de poursuivre le développement de cet outil de calcul en intégrant un module de calcul d'échangeur, puis de réaliser des simulations pour valider le dimensionnement d'un piège froid.

Durée du contrat (en mois)

6

Description de l'offre

Contexte :
Le sodium est un métal alcalin, utilisé comme fluide caloporteur, pour différentes
applications dans le domaine de l'énergie (nucléaire : RNR-Na, centrales solaires…). Il est mis en œuvre dans des circuits, sous forme liquide, et permet, de par ses excellentes propriétés thermiques, d'emmagasiner et de véhiculer de l'énergie générée sous forme de chaleur. Néanmoins, différentes impuretés sont susceptibles de polluer le sodium. En particulier, il s'agit de l'oxygène, issu des ouvertures de circuit ou d'introduction de nouvelle structures métalliques, et de l'hydrogène. En fonction des applications recherchées, la présence de ces espèces peut être problématique ; en particulier, la présence d'oxygène peut générer à très haute température de la corrosion au niveau des structures métalliques. Par ailleurs, si la limite de solubilit est atteinte, la formation de dépôts solides (Na2O, NaH) dans les points froids d'un circuit n'est pas acceptable.

Pour ces différentes raisons, des dispositifs de purification appelés pièges froids ont été développés ; ils permettent de contrôler la teneur en oxygène et en hydrogène dans le sodium par abaissement de la température du sodium. Les mécanismes de piégeage sont basés sur la cristallisation sous forme de cristaux solides d'oxyde et d'hydrure de sodium (Na2O, NaH). De nombreuses études expérimentales ont été conduites au CEA afin d'établir les cinétiques de nucléation / croissance des impuretés pré-citées. Plus récemment, des travaux de recherche ont été entrepris afin de développer un modèle numérique ; l'objectif est de disposer d'un outil validé permettant de simuler le remplissage d'un piège froid, prédire son efficacité et d'en optimiser la conception. Cet outil intègre de nombreux phénomènes, tels que les transferts thermiques et de matière, l'hydrodynamique et la nucléation et croissance des cristaux via des lois cinétiques.

Travail demandé :
Le stagiaire sera amené à réaliser des calculs sur une géométrie industrielle afin de valider le pré-dimensionnement existant, notamment en terme de capacité de
piégeage et d'efficacité, d'étudier par simulation l'influence de plusieurs paramètres, dont la densité du garnissage (support à la cristallisation), le temps de séjour moyen du sodium dans l'appareil… Et, enfin, simuler le remplissage du piège au cours du temps afin de prédire sa durée de vie.

Pour se faire, le stage se déclinera en plusieurs axes :

• Compréhension du problème, identification des lois physiques et mise en équations,
prise en main du logiciel COMSOL Multiphysics ;

• Étude paramétrique,

• Réalisation d'un calcul appliqué à une géométrie industrielle,

• Proposition de voies d'optimisation de l'outil ANAIS, perspectives.

Moyens / Méthodes / Logiciels

COMSOL Multiphysics

Profil du candidat

Stage de fin d'année BAC + 5, orienté génie chimique, procédés.

Le candidat doit avoir des connaissances en transfert de matière, dynamique des fluides, modélisation et simulation numérique.

Le CEA est un acteur engagé dans l'accueil, l'insertion et le maintien dans l'emploi des salariés en situation de handicap. Ainsi, si vous le souhaitez, vous pouvez également joindre tous documents justifiants de votre situation de handicap (RQTH, carte mobilité inclusion, pension d'invalidité, etc.).

Site

Cadarache

Localisation du poste

France, Provence-Côte d'Azur, Bouches du Rhône (13)

Ville

Saint-Paul-lez-Durance

Critères candidat
Diplôme préparé

Bac+5 - Diplôme École d'ingénieurs

Formation recommandée

Génie des procédés - génie chimique

Possibilité de poursuite en thèse

Non

Disponibilité du poste

01/02/2024

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