Thèses proposées au CEA / DAM

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1 Thèses proposées au CEA / DAM 2015 Sujets de thèse 2015 CEA/DAM 1/104

2 Jeunes chercheurs : bienvenue dans nos laboratoires! Chaque année la direction des applications militaires du CEA accueille des jeunes chercheurs dans ses laboratoires pour préparer une thèse de doctorat en partenariat avec une école doctorale. C est une opportunité pour de jeunes chercheurs de s immerger au sein d équipes de recherche renommées, dynamiques et motivées disposant de moyens souvent uniques. Les domaines couverts sont très nombreux et très vastes. Ils sont largement ouverts sur la communauté académique nationale et internationale. Toutes les thèses donnent lieu à des communications dans les congrès et à des publications dans des journaux de premier rang. Les contrats de thèse sont financés soit en totalité par le CEA, soit cofinancés avec le CNRS, avec les Régions, ou encore avec la DGA. Les financements CIFRE sont également possibles en lien avec un industriel partenaire de la DAM. Les thèses se déroulent en règle générale dans les laboratoires du CEA/DAM qui dispose de cinq sites en France : CEA/DAM Île-de-France en région parisienne près du plateau de Saclay, CEA/le Ripault près de Tours, CEA/CESTA près de Bordeaux, CEA/GRAMAT proche de Toulouse et CEA/Valduc à proximité de Dijon. Les thèses peuvent également se faire dans l une des unités mixtes de recherche (UMR) dont le CEA/DAM est une tutelle (LULI, CELIA, LCTS, etc.). Le CEA/DAM attache une grande importance à l insertion professionnelle de ses doctorants. Tout d abord nous recrutons prioritairement nos chercheurs au sein de ce vivier. Nous proposons également un parcours postdoctoral attractif à ceux qui le souhaitent dans des laboratoires internationaux de haut niveau du DOE aux USA (Livermore, Sandia, Los Alamos). Dans tous les cas, le niveau d insertion des doctorants et post-doctorants du CEA est l un des plus élevés. Cette plaquette présente une sélection de sujets proposés pour Tous les sujets proposés par la DAM figurent également sur le site internet de l INSTN. Un contact téléphonique est indiqué pour chaque sujet, ainsi que la localisation du laboratoire d accueil. N hésitez pas à vous renseigner sur les sujets et à rencontrer nos chercheurs pour discuter avec eux de votre avenir! L ensemble des sujets est consultable sur le site internet du CEA/DAM www-dam.cea.fr dans la rubrique Vie scientifique/formation/ dans laquelle l on trouve aussi quelques informations utiles sur chacun des centres. Les sujets sont également diffusés sur le site de l INSTN www-instn.cea.fr, dans la rubrique Les thèses au CEA, Sujets de thèse. Thierry MASSARD Directeur scientifique du CEA/DAM Crédits photo : CEA octobre /104 CEA/DAM Sujets de thèse 2015

3 Les centres CEA/DAM : CEA/DAM Ile-de-France Bruyères le Châtel Arpajon CEA/Valduc Is-sur-Tille CEA/Le Ripault B.P Monts CEA/Cesta B.P Le Barp CEA/Gramat B.P Gramat Une adresse mail est mise à votre disposition pour toute question d ordre général : these.dam@cea.fr Sujets de thèse 2015 CEA/DAM 3/104

4 Les thématiques Atmosphère, géophysique et environnement Electromagnétisme Electronique Métrologie Informatique scientifique, simulation numérique, modélisation Physique des plasmas Optique et Lasers Physique de la matière condensée Physique nucléaire Chimie et science des matériaux Mécanique et thermomécanique 4/104 CEA/DAM Sujets de thèse 2015

5 Liste des sujets par domaine Atmosphère, géophysique et environnement...11 Caractérisation de sources acoustiques : application aux éclairs d orage...12 Propagation d une onde souffle dans des conditions non idéalisées : approche expérimentale...14 Influence de la turbulence atmosphérique sur la propagation des ondes infrasonores à grande distance...15 Migration augmentée de l'uranium dans les eaux souterraines par voie colloïdale...16 Hydrolyse et carbonatation du plutonium pentavalent en solution aqueuse à différentes températures...17 Développement d un système de mesure ultra-compact à coïncidence électron/photon pour la détection et la caractérisation de gaz rares radioactifs...18 Apport de l assimilation d observations à la prévision de la dispersion atmosphérique et des conséquences de rejets accidentels d installations industrielles...19 Apport de séries temporelles d images satellites radar à la compréhension d une image radar...20 Electromagnétisme...21 Modélisation de la susceptibilité électromagnétique des étages d alimentation d équipements électroniques en mode conduit...22 Effets combinés des agressions électromagnétiques multiples sur les fonctions électroniques...23 Modélisation précise de milieux fortement hétérogènes en domaine hyperfréquence.24 Optimisation de la compression d impulsions dans un accélérateur d électrons par une cavité radio-fréquence passive...25 Electronique...27 Nouvelles architectures modulaires d alimentations électriques pour les applications de Hautes Puissances Pulsées...28 Sujets de thèse 2015 CEA/DAM 5/104

6 Etude par simulation à l'échelle atomique des effets de déplacement induits par irradiation dans les composants de la microélectronique...29 Caractérisation par calculs ab initio des propriétés des défauts ponctuels dans la silice pure et dopée...30 Métrologie...31 Etude et développement d un modèle mathématique pour la mesure et l analyse, par radiographie, des défauts géométriques de surface de microballons nécessaires aux expériences sur les lasers de puissance...32 Etude d'un nuage de particules micrométriques issu de la face arrière d'une plaque métallique soumise à un choc...33 Développement d une méthode d étalonnage de référence pour les capteurs infrason et amélioration d un calibreur acoustique infrasonore...34 Optiques multicouches pour les diagnostics dans le domaine des rayons X sur le Laser Mégajoule...36 Informatique scientifique, simulation numérique, modélisation...37 Etude de l interaction écoulement-particules dans le régime supersonique...38 Dynamique non-linéaire et vibration aléatoire pour des structures comportant des incertitudes et des interfaces non-linéaire...39 Développement d un système de gestion des entrées/sorties pour un code de dynamique moléculaire classique adapté aux machines exaflopiques...40 Modélisation et simulation numérique de la rupture sous choc avec recompaction...41 Caractéristiques et utilisation des mémoires hétérogènes multi-niveaux...42 Gestion de l asynchronisme et compositions de threads spécialisés en contexte multicœurs et many-cœurs...44 Utilisation de la métamodélisation pour l analyse de fiabilité des systèmes complexes. Application aux systèmes emboîtés à entrées et sorties intermédiaires scalaires ou fonctionnelles...46 Simulation d'écoulements de Rayleigh-Taylor turbulents et réactifs à l'aide d'une méthode de Monte-Carlo eulérienne...47 Simulations hybrides de matériaux énergétiques...48 Stockage massif pour le HPC par utilisation de storage blobs...49 Turbulence générée par effet de température et de concentration /104 CEA/DAM Sujets de thèse 2015

7 Modélisation multiéchelle du comportement des matériaux énergétiques...51 Analyse de stabilité linéaire d'écoulements d'ablation en fusion par confinement inertiel...52 Physique des plasmas...53 Instabilité de Vishniac dans les restes de supernova...54 Systèmes d'amplification de puissance pour générateurs HPP (Hautes puissances pulsées) microseconde...55 Etude de l influence des plasmas dans les diodes à électrons pour la radiographie éclair...56 Etude de la physique de base de l allumage par choc...57 Etude du chauffage électronique dans le cadre de la dynamique de chocs noncollisionnels astrophysiques...58 Étude des processus de relaxation d un matériau diélectrique irradié par une impulsion laser intense : application à la structuration de la matière par laser...59 Simulations des phénomènes hydro-radiatifs dans les variables cataclysmiques magnétiques dans le contexte de l astrophysique de laboratoire...60 Effets radiatifs et quantiques dans l'interaction laser-matière ultra-relativiste...61 Optique et lasers...63 Étude d un amplificateur laser 1J 10Hz à 1053nm...64 Endommagement surfacique et volumique de la silice avec des faisceaux laser de type LMJ...65 Etude des propriétés inédites dans le domaine dense et tiède des métaux excités par du rayonnement laser de durée sub-picoseconde...66 Contrôle de rayonnements THz intenses produits par lasers femtosecondes et applications à la détection de molécules...67 Physique de la Matière Condensée...69 Etudes d équations d état en compression quasi-isentropique...70 Simulation de la post combustion turbulente des produits de détonation avec l air...71 Equation d état thermodynamique des produits issus de déflagrations et de détonations d explosifs condensés poreux : étude théorique et expérimentale...72 Sujets de thèse 2015 CEA/DAM 7/104

8 Étude de l endommagement des matériaux énergétiques soumis à une agression d origine mécanique de faible amplitude...73 Étude ab-initio de transitions de phases dans des oxydes et métaux fortement corrélés74 Effets des corrélations électroniques et du couplage spin-orbite le long de la série des oxydes d'actinides...75 Calcul ab initio de spectres de phonons en température et équation d'état...76 Synthèse de polymères d azote par pression comme propergol du futur...77 Physique Nucléaire...79 Description unifiée des états nucléaires de type cluster et liquide quantique à l'aide de fonctionnelles de la densité...80 Couplage au continuum et noyaux exotiques...81 Mesure des rendements isotopiques de fission de l'uranium 236 sur SOFIA au GSI...82 Moments magnétiques des états isomères produits par fission...83 Chimie et science des matériaux...85 Développement d un procédé de synthèse et de mise en forme par moulage d aérogels inorganiques...86 Développement et mise en œuvre par extrusion de membranes nanocomposites hybrides pour électrolyseur...87 Modélisation de la microstructure et des propriétés d un revêtement plasma en relation avec les paramètres du procédé...88 Conception et réalisation, par fabrication additive, de matériaux cellulaires architecturés...89 Développement de nouveaux revêtements antireflets, à base de solutions sol-gel aqueuses, pour le LMJ...90 Détection de stupéfiants dans l haleine à l aide de capteurs chimiques...91 Modélisation moléculaire appliquée à la recherche de nouveaux électrolytes liquides pour batteries...92 Séparation des isotopes de l hydrogène sur matériaux adsorbants...93 Modélisation du vieillissement des tritiures métalliques : application au tritiure de palladium /104 CEA/DAM Sujets de thèse 2015

9 Mesure directe de traces d actinides en solution par spectrométrie alpha non destructive...96 Propriétés des lanthanides et des actinides en sels fondus à base CaF2 : application au traitement de résidus...97 Evaluation des constantes de stabilité dans la série des actinides (Pu, Pa, Am, Cm, Cf) des ligands organiques simples (MIDA, CDTA, LIHOPO)...98 Mécanique et Thermomécanique...99 Comportement de matériaux carbonés sous sollicitations dynamiques intenses : analogie entre irradiations laser et impacts hypervéloces Modélisation thermomécanique d un matériau composite d architecture 3D à haute température Etude de la rupture de cylindres métalliques en expansion dynamique : du développement de la striction à la fragmentation Sujets de thèse 2015 CEA/DAM 9/104

10 10/104 CEA/DAM Sujets de thèse 2015

11 Le RIPAULT ILE DE FRANCE VALDUC CESTA GRAMAT Atmosphère, géophysique et environnement Sujets de thèse 2015 CEA/DAM 11/104

12 Atmosphère, géophysique et environnement Caractérisation de sources acoustiques : application aux éclairs d orage Les orages sont présents partout dans le monde. Les éclairs émettent des ondes acoustiques (tonnerre) et électromagnétiques (optiques et radios). De nombreuses études ont été menées sur la compréhension du tonnerre entre les années 60 et le milieu des années 80. Elles concernaient principalement : la caractérisation des signaux (amplitude, contenu fréquentiel ), la localisation des décharges dans les nuages eux-mêmes alors qu elles sont invisibles depuis le sol, et la modélisation. Parallèlement à ces études, les progrès dans la mesure électromagnétique ont permis de mettre en place des systèmes de localisation en latitude et longitude des éclairs. Depuis les années 2000, des systèmes plus complexes permettent d avoir une vue 3D des décharges orageuses mais leur couverture spatiale est plus réduite. Ces localisations servent de référence. Différents modèles de source pour expliquer le tonnerre ont été proposés depuis 50 ans. A ce jour, ils ne permettent pas d expliquer l intensité du signal infrasonore (fréquence du signal inférieure à 20 Hz). Le Département analyse surveillance environnement (DASE) du CEA a pour mission de participer à la vérification du respect du traité d interdiction complet des essais nucléaires (TICE). L'installation d'un réseau international de capteurs est en voie d'achèvement dans cet objectif. Il est composé, entre autres, de capteurs infrasonores qui mesurent des ondes acoustiques basse fréquence. Le DASE développe des techniques de mesure et d analyse pour différentier un événement d origine nucléaire d autres événements d origine naturelle (séisme, houle, éclair, éclipse ) ou anthropogénique (explosion chimique ). Depuis plusieurs années, le CEA/DASE participe à différentes campagnes de mesure acoustique des éclairs et de phénomènes lumineux transitoires associés. Ces différentes campagnes ont permis d étudier plus en détail les signaux émis par les éclairs. Très récemment, le CEA/DASE a participé à l automne 2012 dans la région des Cévennes à une campagne européenne de mesure d éclairs d orage dans le cadre du projet HYMEX (Hydrological cycle in the Mediterranean EXperiment, De nombreux instruments ont été déployés dont un réseau de mesure acoustique par le CEA/DASE et, pour la première fois en Europe, un système électromagnétique de localisation 3D des décharges. Nous disposons donc d une base de données unique et très riche pour la compréhension des signaux acoustiques des éclairs. En parallèle de ces activités, l'institut Jean Le Rond d'alembert, Unité Mixte de Recherche 7190 du CNRS et de l'université Pierre et Marie Curie, développe au sein de son équipe MPIA (Modélisation, Propagation et Imagerie Acoustique) des activités de modélisation théorique et numérique de la propagation d'ondes de choc acoustique en environnement atmosphérique. Ces activités ont été initiées dans les années 1995 pour des applications aéronautiques (bang des avions supersoniques, bruit BSN des moteurs), notamment dans le cadre européen (coordination du projet européen SOBER et participation aux projets européens HISAC, ATLLAS et ATLLAS II, contrats avec les sociétés Airbus, Dassault Aviation, et avec la DGA). Elles ont donné lieu à de nombreuses publications dans des RICL (JASA, AIAA J., JFM, Wave Motion, PRL, PRE ). Elles ont été récemment étendues à de nouvelles applications liées à la détection et la caractérisation de sources géophysiques (éclairs, météoroïdes ). L'Institut et l'équipe MPIA développent notamment des logiciels de propagation acoustique non linéaire d'ondes de choc en milieu hétérogène avec écoulement. Dans cet objectif, l'institut Jean Le Rond d'alembert et le CEA/DASE sont notamment liés par le Laboratoire de Recherche Conventionné LETMA (convention en cours de signature). Objectif de la thèse : Une précédente thèse (thèse de Louis Gallin, CEA et Université Pierre et Marie Curie, Institut Jean Le Rond d'alembert, UMR CNRS 7190) qui s est achevée en mai 2014 a permis de procéder à une première exploitation des données de la campagne HyMeX ainsi que de développer un code de propagation 2D (Flhoward2D) adapté aux conditions atmosphériques particulières d un système orageux (propagation non linéaire d'ondes de choc acoustique, prise en compte de la météorologie avec vent stratifié). 12/104 CEA/DAM Sujets de thèse 2015

13 Les premières conclusions de ce travail permettent de montrer la très grande complémentarité des mesures réalisées à l automne 2012 et en particulier l apport des mesures acoustiques. Il est aussi montré que ce problème était pleinement 3D en ce qui concerne la source. En parallèle, une autre thèse (thèse de David Luquet, Université Pierre et Marie Curie, Institut Jean Le Rond d'alembert, UMR CNRS 7190) actuellement en cours (octobre 2012-fin 2015) développe et valide une version 3D parallèle (Flhoward3D) du code de propagation précédemment mentionné. Pour aller plus loin dans la caractérisation, l utilisation de moyens de simulation 3D (Flhoward 3D ou tracé de rayon non linéaire 3D) est donc nécessaire. La thèse proposée ici aura pour objectif de caractériser la source à partir des enregistrements et des informations fournies par les codes de propagation. On essaiera notamment d identifier clairement les paramètres de la source qui sont caractérisables uniquement avec les mesures infrasonores, et ceux qui permettent d affiner les résultats obtenus par d autres méthodes (par exemple électromagnétique). L incertitude liée à la propagation et la complexité du milieu de propagation (météorologie, turbulence atmosphérique, topographie) sera évaluée. Déroulement de la thèse : 1. Traitement de données des mesures éclairs dont traitements statistiques, construction d événements de référence (i.e. explosions mesurées dans le cadre de l ANR Prolonge) et validation des modèles (sources + propagation). 2. Elaboration d un modèle de sources 3D champ proche, et d un modèle de source équivalent pour la propagation à grande distance. 3. Propagation en champ proche et à grande distance à l aide de moyens de simulation avec météorologie réaliste. Les moyens de simulation utilisés seront ceux existant à l UPMC (Flhoward3D) et au CEA (tracé de rayon non linéaire 3D), comparaison sur les événements de référence. Une analyse statistique pourra également être mise en place pour la validation si nécessaire. 4. Caractérisation de la source en utilisant les résultats des points précédents. Le travail conjuguera des activités nécessitant le recours à l'analyse statistique de données, au traitement du signal ainsi que l utilisation de logiciels (simulation de la propagation, de la source ). Directeur de thèse et école doctorale : François Coulouvrat (DR CNRS, Institut Jean Le Rond d'alembert, UPMC) ED SMAER Encadrant CEA : Thomas Farges (Ingénieur-Chercheur, CEA/DIF) Contacts : thomas.farges@cea.fr CEA/DAM Ile de France et francois.coulouvrat@upmc.fr Sujets de thèse 2015 CEA/DAM 13/104

14 Atmosphère, géophysique et environnement Propagation d une onde souffle dans des conditions non idéalisées : approche expérimentale Depuis quelques années, dans le domaine de la sécurité pyrotechnique, on constate un usage croissant de la simulation numérique. Il convient alors d établir finement des protocoles de calculs dont la validation repose sur des expériences dont les données sont trop souvent insuffisantes vis-à-vis de scénarios d intérêt de plus en plus réalistes et donc complexes. La propagation de l onde de souffle issue d une explosion pour diverses natures de sources a été largement étudiée dans le passé dans les conditions dites idéalisées : explosion au-dessus d un sol plat, supposé parfaitement réflecteur, et en présence d une atmosphère homogène. A nature de source explosive connue, l évolution des caractéristiques mécaniques de l onde peut alors être décrite avec confiance et assez simplement. Dans ces conditions idéalisées, les résultats expérimentaux issus de la littérature participent à la validation d outils de simulation (code et ses conditions physiconumériques d emploi). Cependant, lorsqu il s agit de valider un outil de simulation de type HPC (Haute Puissance de Calcul) employé dans des conditions non-idéales, par exemple en présence d un obstacle (relief, barrière de protection, bâtiment ) avec des conditions particulières de surface/contact et/ou pour des conditions atmosphériques non-homogènes, les modèles d évolution en conditions idéalisées ne suffisent plus. Il convient alors d acquérir de nouvelles données expérimentales pertinentes et les plus contraignantes possibles afin qu elles participent à la validation des outils de simulations pour la source explosive d intérêt. Objectif de la thèse : L objectif de cette étude est de concevoir et de réaliser des expériences spécifiques avec un ou des explosifs de substitution à une nature de référence, a priori de type TNT (ou un de ses équivalents), afin de disposer de données expérimentales novatrices tant par les scénarios étudiés que par la richesse, la quantité et la précision des mesures. Ces expériences seront mises au point en conditions idéalisées et en conditions non-idéalisées. Les premières constitueront une base de données de référence. Les éléments non-idéaux introduits un par un permettront alors, par comparaison à l expérience idéalisée, de mettre en avant des différences d effets sur l onde de souffle et ouvriront la voie à la proposition de modèles simplifiés. Les explosions envisagées se situeront pour certaines au sol et pour d autres au-dessus du sol afin d obtenir des régimes de réflexion de type onde de Mach. Déroulement de la thèse : D un point de vue métrologique, deux types de mesures seront systématiquement réalisées. D une part des mesures ponctuelles en espace qui permettront d acquérir a minima des historiques de surpression statique et d autre part des mesures globales constituées de visualisations des ondes de souffles incidentes et réfléchies. Pour toutes les méthodes de mesures qui seront employées, le développement de méthodes de post-traitements avancées des différentes données acquises fera partie du travail de recherche demandé. Les expériences à concevoir et à mettre en œuvre seront complémentaires de celles disponibles dans la littérature. Le volet bibliographique de cette thèse constituera donc, les premiers mois, une part importante du travail demandé. Le doctorant apportera un soin tout particulier à l équivalence d effets entre les différentes natures de source au moins sur l évolution de la pression crête de l onde de souffle, afin de rendre les expériences réalisées les plus représentatives et donc les plus contraignantes vis-à-vis de la nature de source de référence. Directeur de thèse et école doctorale : Isabelle Sochet (école doctorale de l université d Orléans) Contacts : jean-yves.vincont@cea.fr, isabelle.sochet@ensi-bourges.fr CEA/DAM Ile de France /104 CEA/DAM Sujets de thèse 2015

15 Atmosphère, géophysique et environnement Influence de la turbulence atmosphérique sur la propagation des ondes infrasonores à grande distance Dans le contexte du Traité d'interdiction Complète des Essais Nucléaires, le Système de Surveillance International développe un réseau de stations micro-barométriques mesurant les ondes infrasonores. Ces ondes acoustiques très basses fréquences (0,05 à 10 Hz) sont émises par des sources variées (explosions, volcans, météorites...) et peuvent se propager sur des milliers de kilomètres. Objectif de la thèse : La propagation des ondes infrasonores est fortement influencée par les conditions atmosphériques à l'échelle globale mais également par les petites structures de l'atmosphère. Ces hétérogénéités, par leur caractère aléatoire, induisent des variabilités spatiales et temporelles des caractéristiques des signaux mesurés aux stations barométriques. D'un point de vue opérationnel, les capacités de détection et de caractérisation de la source en sont impactées. L'objectif de la thèse consiste à modéliser et à caractériser l'influence de la turbulence atmosphérique sur la propagation des ondes infrasonores Déroulement de la thèse : Le sujet proposé consiste à développer des modèles physiques et numériques de propagation des ondes acoustiques en milieu aléatoire. Des simulations en atmosphère réaliste seront ensuite appliquées afin de confronter, de manière statistique, les modèles à des mesures. Des modèles des petites échelles de l'atmosphère basés sur les modèles d'ondes de gravité de la littérature seront d'abord développés. Le scattering des ondes infrasonores par ces hétérogénéités, qui s'apparente à de la turbulence hétérogène et anisotrope, sera ensuite introduit dans des modèles de propagation. Les méthodes de tracé de rayons, de l'approximation parabolique et des différences finies seront adaptées et développés afin d'intégrer ce phénomène en plus des effets non linéaires, de l'absorption atmosphérique et de la météorologie grande échelle. Enfin, l'influence des petites échelles de l'atmosphère sur l'azimut, le temps d'arrivée et la vitesse apparente des ondes infrasonores ainsi que sur le niveau de pression et la signature acoustique sera étudiée notamment en comparaison avec des mesures réalisées au CEA/DIF. Directeur de thèse et école doctorale : Philippe Blanc-Benon, Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'acoustique, UMR CNRS 5509, Ecole centrale de Lyon Ecole Doctorale : Mécanique Energétique Génie civil, Acoustique (MEGA) Ecole centrale Lyon Contact : Olaf Gainville CEA/DAM Ile de France Sujets de thèse 2015 CEA/DAM 15/104

16 Atmosphère, géophysique et environnement Migration augmentée de l'uranium dans les eaux souterraines par voie colloïdale La connaissance des processus de migration de l uranium dans les milieux souterrains est un enjeu majeur pour l évaluation des risques environnementaux associés aux activités anciennes ou actuelles d'installations nucléaires en vue d'anticiper et gérer un impact environnemental potentiel. Ce transfert est habituellement décrit comme fortement contrôlé et ralenti par les réactions d'adsorption. La présence de ligands sous forme colloïdale est susceptible d'augmenter considérablement la mobilité de l'uranium dans les milieux naturels. La capacité de ces colloïdes à transporter l'uranium rapidement sur de longues distances va dépendre de leur origine, de leur composition, de leur structure, de leur stabilité et de leur réactivité, ainsi que de leur capacité à complexer l'uranium de manière forte et irréversible. Les faibles concentrations en colloïdes dans les eaux souterraines et les rapports molaires polluant/ligand très faibles sont de plus autant de difficultés à la détection et à la caractérisation du transport colloïdal de polluant dans les eaux souterraines. Les protocoles d'extraction des phases colloïdales depuis les sols ou ceux destinés à concentrer les colloïdes depuis un échantillon d'eau souterraine ne sont pas encore optimisés pour assurer à la fois un bon rendement d'extraction et une bonne conservation de l'intégrité des phases colloïdales. Le dimensionnement des processus colloïdaux, et leur intégration au sein d'un modèle numérique simulant le transfert des polluants en couplant géochimie et transport, permettront de disposer à terme d'un outil prédictif, et ainsi d'un appui important dans la gestion des risques environnementaux, qui justifie la réalisation de ce travail de recherche. Objectif de la thèse : L'objectif de ce travail de recherche est de construire un modèle numérique simulant le transfert colloïdal de l'uranium dans un milieu naturel en se basant sur un dimensionnent précis à la fois des réactions chimiques de complexation de l'uranium par les colloïdes, et des processus spécifiques régissant le transfert des colloïdes dans un milieu récepteur poreux ou fracturé, avec un recalage des simulations numériques sur des données expérimentales et de terrain. Cet objectif nécessite dans un premier temps de concevoir et de valider un protocole de pré-concentration permettant d isoler une quantité suffisante de colloïdes depuis un échantillon d eau souterraine optimisant le rendement d'extraction et garantissant les meilleures conditions de conservation des colloïdes. Dans un deuxième temps, les phases colloïdales issues de sols et d'eaux souterraines provenant d'un site d'intérêt seront fractionnées et caractérisées pour la détermination de leur structure supramoléculaire, de leur composition et de leur réactivité. Dans un troisième temps, la spéciation de l'uranium et son association avec les colloïdes naturels sera déterminée par des techniques spécifiques. La mobilité comparée des colloïdes et de l'uranium ainsi que la compréhension des mécanismes de filtration propre au milieu récepteur seront ensuite abordées expérimentalement par la réalisation d'essais de migration en colonnes. Le dimensionnement et la prise en compte de ces processus colloïdaux au sein d'un modèle numérique simulant le transfert des polluants en couplant géochimie et transport permettront de disposer à terme d'un outil prédictif, et ainsi d'un appui important dans la gestion des risques environnementaux, qui justifie la réalisation de ce travail de recherche. Déroulement de la thèse : Les 4 premier mois (to à to+4 mois) seront consacrés d'une part à la bibliographie, d'autre part à la formation à la manipulation des codes de géochimie-transport CHESS et HYTEC. Les 4 mois suivants (to+4 mois à to+8 mois) seront consacrés à la conception, la réalisation et la validation d'un protocole pilote pour la concentration et l'extraction des phases colloïdale depuis une eau souterraine. La période to+8 mois à to+20 mois sera consacrée à la caractérisation physique et chimique à l'échelle macroscopique et à l'échelle supramoléculaire sur échantillons discrets de colloïde (As-Fl-FFF et/ou HPLC couplée à analyses MALS, DLS, spectrométrie UV ou ICP-MS. Orbitrap. Imagerie en microscopie électronique (MET, nano-sims) et de leur association avec l'uranium (SLRT, Orbitrap, couplage As-Fl-FFF ou HPLC et ICP-MS. Absorption X (EXAFS/XANES) en phase liquide). La période to+20 mois à to+28 mois sera consacrée à la réalisation des essais de transport colloïdaux en colonne, avec caractérisations en ligne. Enfin, les huit derniers mois (to+28 mois à to+36 mois) seront consacrés à la réalisation des modélisations, et à la rédaction de la thèse et d'articles scientifiques. Contact : Pierre Crançon CEA/DAM Ile de France pierre.crancon@cea.fr /104 CEA/DAM Sujets de thèse 2015

17 Atmosphère, géophysique et environnement Hydrolyse et carbonatation du plutonium pentavalent en solution aqueuse à différentes températures La migration du plutonium dans l environnement dépend de ses interactions avec les différents constituants présents en solution, et en particulier les agents complexants inorganiques et organiques. Dans l environnement, la forme prédominante dans les conditions de surface (eau de mer, eau de surface) en solution est le plutonium pentavalent. C est une des formes les moins réactives et les plus mobiles. A ce titre, il est fondamental de connaître sa spéciation c est-à-dire sa répartition parmi toutes les formes chimiques présentes dans l échantillon environnemental et particulièrement les formes inorganiques majoritaires que sont les hydroxydes et les carbonates. Aujourd hui, il n existe que très peu de données accessibles, la majeure partie ayant été obtenue par S. Topin (DASE) lors de sa thèse. Il manque encore les paramètres thermodynamiques (enthalpie et entropie) des réactions avec les carbonates et le jeu complet pour les réactions d hydrolyse (constantes de stabilité à différentes températures). En effet, le plutonium est présent partout sur la terre, dans des régions à températures nettement différentes. Il est donc important de pouvoir calculer la spéciation du plutonium pentavalent sur des échelles de température étendues. Objectif de la thèse : L étudiant sera donc amené à évaluer ces constantes de stabilité, ainsi que les enthalpies et entropies de réaction pour 2 ligands : CO32 et OH. La stabilité du plutonium pentavalent n étant assurée qu à l échelle des ultra-traces (< 10 9 M), la technique de spéciation EC-ICPMS sera utilisée. En effet, le couplage électrophorèse capillaire spectrométrie de masse couplée à une source plasma générée par induction (EC-ICPMS) est une technique d une extrême sensibilité (limite de détection de M pour le plutonium) qui a été développée dans le laboratoire et qui permet de séparer les espèces en fonction de leur mobilité électrophorétique et de les caractériser par leurs temps d élution. Pour valider les résultats, les expériences seront réalisées simultanément avec du neptunium pentavalent, élément pour lequel les données thermodynamiques validées sont plus nombreuses. La principale difficulté de ce sujet est l étude de l hydrolyse du plutonium pentavalent en raison de la présence de gaz carbonique dans l atmosphère. Ce dernier conduit à une carbonatation des solutions en milieu basique et donc à une interférence lors de la détermination des constantes d hydrolyse. Les expériences devront donc être réalisées en atmosphère inerte, y compris lors de la séparation électrophorétique. Aujourd hui la seule installation opérationnelle en boîte-à-gants est située à Karlsruhe (INE). La collaboration est déjà engagée avec le laboratoire pour accueillir ces expériences. Les missions (hébergement et déplacement) pourront être financées par la communauté européenne car le laboratoire fait partie des «Pool facility» du réseau européen Talisman Déroulement de la thèse : Synthèse bibliographique : 2 mois Maîtrise des techniques de séparation et de mesure : 10 mois Estimation de constantes de stabilité : 1 ½ an Rédaction du manuscrit : 6 mois Directeur de thèse et école doctorale : J. Aupiais Ecole doctorale Paris XI Contact : J. Aupiais CEA/DAM Ile de France Sujets de thèse 2015 CEA/DAM 17/104

18 Atmosphère, géophysique et environnement Développement d un système de mesure ultra-compact à coïncidence électron/photon pour la détection et la caractérisation de gaz rares radioactifs Les accidents graves de réacteurs nucléaires sont susceptibles de conduire à des rejets atmosphériques de produits de fission. La prévision de l impact sanitaire, vis-à-vis des populations, est aujourd hui réalisée en partie par la simulation du transport atmosphérique du panache radioactif. Dès les premières heures de la crise, il est important de pouvoir conforter ces prévisions par des mesures in-situ. Le retour d expérience, en particulier lors de l événement de Fukushima en 2011, a montré que les gaz rares étaient rejetés à l atmosphère de manière privilégiée et en quantité importante. Parmi ces gaz éléments, plusieurs isotopes radioactifs du xénon sont particulièrement adaptés à une mesure à proximité du site sur un temps limité. Objectif de la thèse : La détection et la caractérisation des radioxénons sont aujourd hui réalisées en routine en laboratoire pour des applications de surveillance de l environnement notamment dans le cadre du traité TICE (Traité d Interdiction Complète des Essais Nucléaires). Cette détection, à très bas niveau et à grande distance, est réalisée au prix du traitement de volumes d air importants. Elle met en œuvre des équipements de prélèvement et détection volumineux inadaptés à des mesures de terrain. L étudiant aura en charge le développement et la modélisation d un dispositif de détection ultra-compact faisant appel à des technologies de détections innovantes basées sur l utilisation de détecteurs silicium pixellisés combinant une grande surface sensible ainsi qu une très haute résolution permettant la détection et la mesure des radioxénons par coïncidence photonélectron. Cette thèse est à forte composante expérimentale, elle conduira à la réalisation d un prototype intégrant l ensemble des contraintes opérationnelles (compacité, faible consommation électrique, durcissement) et permettant d atteindre les sensibilités de détection requises. Déroulement de la thèse : Synthèse bibliographique/état de l art, Prise en main des systèmes de détection de laboratoire, Modélisation des différentes solutions techniques, intégration des contraintes opérationnelles, Suivi de réalisation avec le partenaire industriel, Test, validation, estimation des performances métrologiques, Rédaction, publications. Directeur de thèse et école doctorale : J. Aupiais, Université Paris 6 Contacts : G. Douysset, G. Le Petit CEA/DAM/Ile de France /104 CEA/DAM Sujets de thèse 2015

19 Atmosphère, géophysique et environnement Apport de l assimilation d observations à la prévision de la dispersion atmosphérique et des conséquences de rejets accidentels d installations industrielles L accident nucléaire de Fukushima en mars 2011 constitue un exemple récent d une situation qui, à la fois, se prête très bien à la modélisation / simulation et en révèle des limites. En effet, d un côté, les outils numériques offrent la possibilité d effectuer la prévision ou la reconstruction des écoulements atmosphériques et de la dispersion de rejets et peuvent être déclinés entre échelle locale, intermédiaire ou globale. D un autre côté, les difficultés à établir des termes sources très complexes en cinétique et nature, ainsi qu à reproduire par le calcul des grandeurs météorologiques, y compris localement, au plus près des observables, amènent des questionnements qui, à ce jour, ne sont que partiellement réglés. Si la situation de Fukushima a été particulièrement frappante, cet accident n est bien sûr pas unique, dans le domaine industriel où de nombreuses substances chimiques ou radioactives peuvent impacter, à des niveaux très divers, l environnement et la santé humaine. La problématique de conciliation entre calculs et observations apparaît donc comme un enjeu crucial, d autant plus lorsqu une prise de décisions lui est attachée comme c est le cas en situation de crise, et motive la réalisation d un travail de thèse. Objectif de la thèse : Cette recherche s attachera à dégager une méthodologie générale de prise en compte dans les simulations numériques, de mesures réalisées au voisinage d installations susceptibles d émettre des rejets à l atmosphère. Tout d abord, l assimilation d observations conduisant à modifier plus ou moins localement, les écoulements et la dispersion produits par simulation et / ou à ajuster les termes sources par rétro-dispersion depuis des capteurs, on s interrogera sur la stratégie à adopter selon la connaissance de la météorologie et des termes sources et la confiance accordée à ces paramètres. Par ailleurs, l assimilation de données faisant appel à différentes méthodes et algorithmes, on évaluera leurs avantages et inconvénients, notamment en termes de précision et de rapidité de mise en œuvre. Le choix en nature et nombre des données à assimiler sera aussi questionné, ainsi que la possibilité d intégrer des informations de mesures, non pas en reprenant tous les calculs, mais progressivement, en fonction, par exemple, de leur remontée du terrain. L objectif d effectuer, y compris dans un cadre opérationnel, des simulations en meilleur accord possible avec les observations existantes devra sous-tendre l ensemble du travail de thèse. Déroulement de la thèse : La période de T0 (démarrage de la thèse) à T0 + 6 mois sera consacrée à la bibliographie, incluant le bilan synthétique et critique des méthodes d assimilation de données. La période de T0 + 6 mois à T mois sera dévolue à la prise en main des outils techniques intervenant dans l étude (modèles de calcul, algorithmes déjà existants et disponibles ) et à leur mise en œuvre sur un ou des terrains d étude (pour lesquels toutes les données nécessaires auront été rassemblées). La période de T mois à T mois sera destinée au développement de méthodes innovantes d assimilation de données et inclura l approfondissement des aspects scientifiques, des développements informatiques, des tests de méthodes, ainsi que l analyse des résultats, dans une démarche itérative. La période de T mois à T mois sera consacrée et la rédaction du mémoire de thèse. Les outils de simulation de la météorologie et de la dispersion seront choisis selon l échelle examinée et adaptés aux études de fond ou à la réponse rapide. Ce seront les outils pratiqués par le CEA et par l organisme cofinançant la thèse. Les terrains d étude permettant de valider les algorithmes d assimilation de données consisteront en des expérimentations en soufflerie ou en vraie grandeur et des situations accidentelles réelles. Le choix des cas d application des travaux de thèse sera précisé au fil de l avancée de l étude, en fonction de la disponibilité des données, de la pertinence vis-à-vis des points examinés dans la thèse, enfin de l intérêt pour le CEA et l organisme co-encadrant les travaux. Directeur de thèse et école doctorale : Choix non arrêtés à ce jour Contact : Patrick Armand CEA/DAM Ile de France Sujets de thèse 2015 CEA/DAM 19/104

20 Atmosphère, géophysique et environnement Apport de séries temporelles d images satellites radar à la compréhension d une image radar Grâce aux lancements de constellations de satellites radar, nous avons aujourd hui accès à de longues séries temporelles d images satellites SAR (Synthetic Aperture Radar) sur une zone d étude. Par nature, ces images dépendent de l interaction d une onde radar avec le sol, c'est-à-dire de la réponse des réflecteurs à l onde, à l échelle de sa longueur d onde (quelques cm). De ce fait, l'interprétation des images radar est souvent complexe : en effet, suivant l'orientation d'un objet par rapport à l'onde, celui-ci peut apparaître très brillant comme très sombre. Par ailleurs, la résolution des capteurs actuels (métrique) étant bien meilleure que celle des capteurs de la génération précédente (décamétrique), les modélisations des phénomènes physiques en jeu doivent évoluer. Enfin, la géométrie radar dépendant du temps d'aller-retour de l onde entre le satellite et la cible, un pixel peut contenir l écho de plusieurs éléments réflecteurs situés à des hauteurs différentes (par exemple le toit et la façade d un bâtiment) mais à équidistance du satellite. Malgré cette complexité, différentes techniques d'imagerie radar donnent des informations d une très grande précision. L'interférométrie permet par exemple de mesurer la déformation du sol avec une précision centimétrique par la mesure de la phase interférométrique. Par ailleurs, la polarimétrie radar apporte une meilleure compréhension de phénomènes locaux particuliers (effets d'orientation des bâtiments, mécanisme de double rebond). Elle permet également, sur des séries temporelles, de diminuer le bruit du signal de phase interférométrique et de séparer dans un même pixel les contributions de plusieurs diffuseurs à des hauteurs différentes dont les mécanismes électromagnétiques associés sont différents (simple diffusion, rebond, etc.). Enfin, la technique de tomographie SAR permet également de différencier, au sein d un même pixel, la contribution de différents réflecteurs : elle donne une vision 3D des images radar, améliorant nettement l interprétation des images radar. La tomographie SAR différentielle permet même de mesurer les différentes vitesses de ces réflecteurs appartenant à un même pixel. Objectif de la thèse : L objet de la thèse est de mieux comprendre le contenu de l imagerie radar et d améliorer son interprétation en appréhendant la complémentarité d approches récentes ou éprouvées telles que la polarimétrie radar, la tomographie SAR et l interférométrie. A terme, l examen des domaines d emploi de ces techniques et l apport de leur mise en commun dans un cadre théorique unifié devra déboucher sur la faisabilité d outils opérationnels. Pour cela, des données synthétiques seront produites grâce à un simulateur d images radar. Cela permettra de tester les différentes techniques précédemment citées tout en connaissant la vérité terrain : les performances respectives des différentes méthodes, leurs limites et leur complémentarité pourront ainsi être établies. Déroulement de la thèse : La thèse comportera plusieurs volets, avec, en premier lieu, une formation à l imagerie radar accompagnée d une étude bibliographique sur l'interférométrie radar, la tomographie SAR et la polarimétrie. Le candidat pourra ensuite mettre en place une chaîne de traitement de tomographie SAR, et utiliser des techniques de polarimétrie. Ces différentes techniques seront appliquées à un jeu de données synthétique puis à un jeu de données réel. Profil du candidat : spécialité en traitement du signal et des images, solide formation en mathématiques, anglais lu couramment. Directeur de thèse et école doctorale : Jean Marie Nicolas (Télécom ParisTech) Contact : Béatrice Pinel-Puysségur CEA/DAM Ile de France beatrice.puyssegur@cea.fr /104 CEA/DAM Sujets de thèse 2015

21 Le RIPAULT ILE DE FRANCE VALDUC CESTA GRAMAT Electromagnétisme Sujets de thèse 2015 CEA/DAM 21/104

22 Electromagnétisme Electromagnétisme Modélisation de la susceptibilité électromagnétique des étages d alimentation d équipements électroniques en mode conduit LE CEA/Gramat est le centre d expertise du CEA/DAM (Direction des applications militaires) dans le domaine de l électromagnétisme. Il réalise à ce titre des études de vulnérabilité de matériels soumis à des agressions électromagnétiques diverses. Objectif de la thèse : L objectif de la thèse est d élaborer une modélisation (méthodologie associée et nature du modèle lui-même) pour la susceptibilité électromagnétique d équipements électroniques et plus particulièrement pour la vulnérabilité des étages d alimentation des équipements lorsqu ils sont soumis à des agressions électromagnétiques de type conduites, c'est-à-dire résultant du couplage de l onde électromagnétique avec le câblage conduisant à l équipement. Il s agira notamment : d aborder, au travers d une étude bibliographique, les différentes topologies d alimentation électronique, les technologies utilisées pour les différents composants et les solutions employées pour répondre aux contraintes de compatibilité électromagnétique aussi bien en immunité qu en émission (solutions de protection, filtrage ), d étudier, parmi les principales caractéristiques de l agression conduite, quelles sont celles qui sont dimensionnantes en termes de susceptibilité conduite (niveau crête temporel, temps de montée, énergie ), de comprendre les mécanismes de destruction potentielle des composants des alimentations et d identifier quels sont les paramètres constitutifs des équipements qui influent ou non sur les événements de défaillance, d élaborer les modèles de susceptibilité et les éventuels outils associés à des fins de prédiction du comportement électromagnétique d équipements électroniques d intérêt. Ces travaux s appuieront sur la mise en œuvre d outils de simulation numérique du domaine de l électromagnétisme et d outils de simulation de circuits électroniques mixtes (de type SPICE), ainsi que sur la réalisation d expérimentations d injection fort niveau sur des matériels divers. Déroulement de la thèse : Le doctorant conduira une étude bibliographique et une analyse critique des publications françaises et étrangères sur le sujet. A son issue, il proposera une sélection des composants à étudier et des agressions à considérer (incluant une définition des agressions électromagnétiques fournie par le CEA/Gramat). Il établira ensuite un plan d expérience visant à mettre en évidence les paramètres prépondérants permettant de comprendre les mécanismes de destruction potentielle des composants vis-à-vis de ces agressions électromagnétiques. Sur ces bases, il établira un protocole d expérimentations destiné à déterminer le comportement d un composant donné vis-à-vis de ces agressions électromagnétiques, puis à élaborer les modèles de susceptibilité d équipements électroniques d intérêt. Directeur de thèse et école doctorale : ENSEEIHT Toulouse ou IEMN Lille ou Université de Clermont-Ferrand ou IETR Rennes ou Université de Limoges Contact : Frédéric Puybaret CEA/Gramat /104 CEA/DAM Sujets de thèse 2015

23 Electromagnétisme Effets combinés des agressions électromagnétiques multiples sur les fonctions électroniques La dépendance de plus en plus grande des systèmes modernes au bon fonctionnement de composants électroniques et optroniques d une part et la progression de l utilisation des ondes électromagnétiques d autre part conduit à s interroger sur les effets de la variété de ces dernières sur les circuits électroniques. Ce sujet est actuellement couvert en termes d environnement de fonctionnement par les spécialistes de la compatibilité électromagnétique. Il est également abordé sous un angle différent par la Défense dans le domaine des armes à énergie dirigée. Cependant la question de l éventuel vieillissement accéléré de composant soumis à des champs électromagnétiques multiples et réguliers, et quelques fois intenses, est mal cernée. Objectif de la thèse : L objet de la thèse est de caractériser l évolution dans le temps du comportement et des caractéristiques des composants électroniques soumis à des agressions électromagnétiques multiples et d évaluer l impact des dégradations éventuelles sur les fonctions électroniques qui leurs sont associées. Il s agit donc de vérifier les différents paramètres intrinsèques des composants mais également de surveiller leur état fonctionnel lorsque ces composants sont soumis à des agressions électromagnétiques récurrentes. Plusieurs types de composants représentatifs des familles de composants utilisées dans les systèmes électroniques actuels seront étudiés au regard des différentes familles d agressions électromagnétiques. Une attention particulière sera portée sur la famille des agressions électromagnétiques intentionnelles. Déroulement de la thèse : Le doctorant conduira une étude bibliographique et une analyse critique des publications françaises et étrangères sur le sujet ; à son issue, il proposera une sélection des composants à étudier et des agressions à considérer (incluant une définition des agressions électromagnétiques intentionnelles fournie par le CEA/Gramat). Il établira ensuite un plan d expérience visant à mettre en évidence les paramètres prépondérants du phénomène de vieillissement vis-à-vis de ces agressions électromagnétiques. Sur ces bases, il établira un protocole d expérimentations destiné à déterminer le comportement d un composant donné à la suite de diverses agressions électromagnétiques. Directeur de thèse et école doctorale : ENSEEIHT Toulouse ou IEMN Lille ou Université de Clermont-Ferrand ou IETR Rennes ou Université de Limoges Contact : Patrick Hoffmann CEA/Gramat Sujets de thèse 2015 CEA/DAM 23/104