Modélisation Multi-Échelle de l’Interaction entre l’Hydrogène et les Matériaux du Nucléaire

Directeur de thèse :  Y. Ferro (Aix-Marseille Université) yves.ferro@univ-amu.fr

Co-directeur : E. Hodille (CEA – Cadarache) etienne.hodille@cea.fr

Co-encadrant :  J. Tranchida (CEA – IRESNE) julien.tranchida@cea.fr

Un financement de thèse pour une durée de trois ans sera disponible en septembre 2025 au Laboratoire Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires (PIIM).

Nous étudions le comportement de l’hydrogène dans les matériaux de première paroi du Réacteur Expérimental Thermonucléaire International (ITER). Ce sujet s’inscrit dans un cadre Européen fortement structuré par le consortium EUROfusion Horizon Europe qui offre l’accès à un réseau collaboratif large et à des financements européens EURATOM.

Pour mener nos activités de modélisation du comportement de l’hydrogène dans les matériaux, nous mettons en oeuvre des méthodes de calcul de structures électroniques par DFT implémentée en ondes planes. Nous déterminons les propriétés électroniques et vibrationnelles, les énergies de solutions et de diffusion de l’hydrogène, de création de défauts, d’adsorption, de reconstruction de surface, etc. Sur la base de ces propriétés déterminées à température nulle, nous construisons des modèles thermodynamiques pour déterminer les propriétés macroscopiques du système en fonction des paramètres externes de température, de pression ou de potentiel chimique. Des modèles cinétiques sont également développés en collaboration avec l’Institut de Recherche sur la Fusion Magnétique (IRFM) au CEA Cadarache. Afin de compléter cette approche multi-échelle, nous intégrons de façon plus récente la dynamique moléculaire.

Dans ce projet, il s’agira de construire un potentiel interatomique ternaires par apprentissage machine pour le système W-Cu-H sur la base de calculs DFT. Ce travail qui a déjà commencé est réalisé en collaboration avec Julien Tranchida, IRESNE, CEA Cadarache. Nous construirons plusieurs modèles d’interfaces W/Cu et déterminerons les défauts induits par le raccordement des deux réseaux cristallins de géométrie et d’orientation différentes. Nous étudierons ensuite l’interaction de ces défauts avec l’hydrogène ainsi que leur impact sur les propriétés de diffusion de l’hydrogène à l’interface cuivre-tungstène.

Le/la candidat(e) bénéficiera d’un encadrement structuré, aura accès à de larges compétences scientifiques, chacun des encadrants couvrant un domaine d’expertise propre (DFT et Thermodynamique, Cinétique, Dynamique Moléculaire et potentiels ML), et contribuera à un sujet développé dans un cadre International, bénéficiant de financements et de moyens de calculs Européens.

Le / La candidat(e) intéressé(e) possèdera idéalement de bonnes connaissances parmi les méthodes suivantes : calcul de structures électroniques (si possible DFT en onde plane), thermodynamique statistique, dynamique moléculaire. Des compétences en langage Python, script bash, Fortran 90, et en machine-learning seraient appréciées.