Modélisation de la diffusion de l'hydrogène dans le nickel en présence de défauts 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 de la Direction des EnergieS du CEA, le Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux (S2CM) s'attache, par des programmes de
recherche fondamentale et appliquée, à comprendre, modéliser et simuler les comportement des matériaux dans des environnements complexes et/ou extrêmes (eau pressurisée, acides concentrés, métaux liquides, sels fondus, milieux argileux et cimentaires, sous irradiation etc.).
Le spectre des domaines d'application des programmes du S2CM est extrêmement large, allant des études pour le nucléaire au biomédical, en passant par le secteur automobile et le génie civil. Le S2CM est constitué de 5 laboratoires ou sections: le LECA (Lab. d'Etude de la Corrosion Aqueuse), le LECNA (Lab. d'Etude de la Corrosion Non Aqueuse), le LM2T (Lab. de Modélisation en Thermodynamique et Thermochimie), le LECBA (Lab. d'Etude du Comportement des Bétons et Argiles) et la SRMP (Section de Recherche en Métallurgie Physique).

Domaine

Sciences pour l'ingénieur

Contrat

Stage

Intitulé de l'offre

Modélisation de la diffusion de l'hydrogène dans le nickel en présence de défauts H/F

Sujet de stage

L'objectif du stage est d'explorer numériquement les mécanismes de transport / piégeage de l'hydrogène dans les alliages austénitiques, et de sa distribution en volume, en amont de la fissuration pour être capable de rendre compte et d'expliquer les observations expérimentales.
Le stage sera dédié à l'étude du nickel pur, système modèle des austénitiques et sera conduit à l'aide de simulations de dynamique moléculaire en potentiels empiriques. L'étude portera sur l'impact de défauts de toutes natures (lacunes, interstitiels, dislocations, joints de grains) sur la diffusion et le piégeage de l'hydrogène. Le travail se déclinera en plusieurs étapes :
- Préparation des différentes configurations de défauts (lacunes, interstitiels, dislocations, joints de grains)
- Calcul du piégeage de H dans ces défauts (énergies de liaison notamment)
- Impact sur le coefficient de diffusion de H, en fonction de la nature du défaut et de sa concentration, de la concentration en H et de la température

Durée du contrat (en mois)

5-6 mois

Description de l'offre

L'hydrogène moléculaire H2 est un vecteur d'énergie alternatif aux énergies fossiles traditionnelles, gaz ou pétrole. Il pourrait répondre aux défis énergétiques et environnementaux actuels, c'est-à-dire au besoin de stockage de l'énergie produite par des moyens intermittents comme l'éolien ou le photovoltaïque ou de l'excès d'énergie produite par la filière nucléaire, sans produire de gaz à effet de serre lors de son utilisation. Néanmoins, son stockage et son transport en toute sécurité est une des clefs de son utilisation. Les conteneurs ou les canalisations qui véhiculent l'hydrogène doivent être étanches et conserver leur intégrité dans le temps. Comprendre et prédire le comportement de l'hydrogène dans les alliages des conteneurs/canalisations et les dégradations mécaniques associées – comme la fragilisation – est dès lors crucial pour le développement de la filière hydrogène.

Si de nombreux travaux expérimentaux ont permis d'identifier la fissuration par hydrogène comme étant à l'origine des dégradations des alliages exposés à l'hydrogène, de larges zones d'ombre subsistent encore sur les mécanismes à l'œuvre du fait de difficultés expérimentales et de la grande variabilité des phénomènes observées. Par ailleurs, le transport et le piégeage de l'hydrogène préalable aux dégradations mécaniques sont mal connus et peu documentés à l'échelle nanométrique.

L'objectif du stage est d'explorer numériquement les mécanismes de transport / piégeage de l'hydrogène dans les alliages austénitiques, et de sa distribution en volume, en amont de la fissuration pour être capable de rendre compte et d'expliquer les observations expérimentales.

Le stage sera dédié à l'étude du nickel pur, système modèle des austénitiques et sera conduit à l'aide de simulations de dynamique moléculaire en potentiels empiriques. L'étude portera sur l'impact de défauts de toutes natures (lacunes, interstitiels, dislocations, joints de grains) sur la diffusion et le piégeage de l'hydrogène. Le travail se déclinera en plusieurs étapes :

- Préparation des différentes configurations de défauts (lacunes, interstitiels, dislocations, joints de grains)

- Calcul du piégeage de l'hydrogène dans ces défauts (énergies de liaison notamment)

- Impact sur le coefficient de diffusion de l'hydrogène, en fonction de la nature du défaut et de sa concentration, de la concentration en hydrogène et de la température.

Moyens / Méthodes / Logiciels

Dynamique Moléculaire en potentiels empiriques (ReaxFF), Python

Profil du candidat

Niveau: Fin d'Etude Ecole d'Ingénieurs ou Master 2

Spécialités requises: Sciences du Numérique, Langages numériques, Science des Matériaux, Chimie, Métallurgie, 

Profil candidat souhaité: curiosité, dynamisme, autonomie

Site

Saclay

Localisation du poste

France, Ile-de-France, Essonne (91)

Ville

  Gif Sur Yvette

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