CDD Archives - Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires

Chercheur (H/F) en caractérisation de nanomatériaux innovants à base de carbone

Un poste de CDD chercheur entièrement financé (2 ans), dans le cadre du projet i-DEMO régionalisé (France 2030) M.A.G.I.C. (Matériaux Avancés pour l’Innovation en Graphène et Cristallographie), est proposé jusqu’au 1er avril 2025 dans le laboratoire « Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires » (PIIM) d’Aix-Marseille Université, CNRS (France).

Dans le cadre du projet M.A.G.I.C., le laboratoire recherche une chercheuse ou un chercheur postdoctoral expérimentateur pour travailler sur le développement et la caractérisation de nanomatériaux innovants à base de carbone, tels que le Ginestium©, le graphène rhomboédrique multicouche et d’autres systèmes pertinents. Le Ginestium© est un matériau de carbone nanostructuré développé par la société EffiBLUE (https://effiblue.com). Le graphène rhomboédrique multicouche et certains graphènes torsadés à quelques couches sont connus pour être supraconducteurs à une température proche de 1K. La manipulation des propriétés structurelles des matériaux à base de carbone, telles que le rapport sp2/sp3 et les configurations d’empilement, permet de régler avec précision leurs caractéristiques physiques, notamment la conductivité électronique, la réponse optique et la résistance mécanique. Ces matériaux accordables présentent un potentiel important pour des applications dans les secteurs de l’électronique, des télécommunications et de l’énergie.

Cette offre d’emploi complète est consultable ici. Les candidatures devront être envoyées via l’espace candidat du site du CNRS.

Calcul haute performance : ingénieur de recherche

L’Institut de Recherche sur la Fusion par Confinement Magnétique (IRFM) fait partie de la Direction de la Recherche Fondamentale (DRF) du CEA. Depuis plus de 50 ans, son rôle est de mener des recherches sur une nouvelle source d’énergie : la fusion par confinement magnétique, en collaboration avec le programme européen Fusion. Les activités de l’IRFM s’articulent autour de trois axes de recherche et développement :
– Contribuer à la réalisation du projet ITER et de ceux de l’approche élargie (principalement le tokamak JT-60SA),
– Préparer l’exploitation scientifique d’ITER.
L’IRFM est associé au laboratoire PIIM (Aix Marseille Université) dans le présent programme de recherche. La personne sera recrutée par AMIDEX, Aix Marseille Université et travaillera principalement dans le groupe GC3I à l’IRFM CEA.
Les activités du GC3I sont organisées en trois thèmes principaux :
– Administration de l’infrastructure informatique locale (réseau, serveurs de service, serveurs informatiques et bases de données),
– Gestion et suivi de projets informatiques (développement d’applications et de systèmes),
– HPC/AI (optimisation de code exascale, développement de modèles d’IA dédiés à la fusion).

Le groupe se compose d’une dizaine de personnes qui collaborent sur ces thèmes étroitement liés. Les activités HPC du groupe sont principalement axées sur la fourniture d’un support de haut niveau aux développeurs de codes de principes premiers (Gysela, JOREK, Soledge3X) concernant le développement, le portage du code sur de nouvelles architectures et l’optimisation du code, dans le but de réaliser efficacement des simulations sur des supercalculateurs exascales.
Vous serez en charge de la refonte de la parallélisation d’un code [Fubiani G 2017 New J. Phys. 19 015002] qui simule les principaux mécanismes physiques des plasmas magnétisés à basse température dédiés aux sources d’ions négatifs des systèmes de chauffage à faisceau neutre des réacteurs de fusion. L’objectif de ce modèle numérique est d’obtenir une compréhension qualitative et quantitative du transport et de la chimie du plasma (hydrogène ou deutérium) dans le confinement magnétique de la source, de la conversion du plasma dominé par les ions positifs en un plasma électronégatif conduisant à la production d’ions négatifs (H- ou D-), de l’étude approfondie de l’interface plasma-faisceau (gaine magnétique du plasma) qui nécessite une haute résolution de grille, cause principale des aberrations optiques ioniques en aval dans le canal d’accélération.

Le code est basé sur l’approche PIC, combinant une représentation particulaire du plasma et un solveur de Poisson 3D en géométrie cartésienne. Il est écrit en Fortran 90 et n’est actuellement parallélisé qu’en OpenMP. Une méthode itérative simule le potentiel électrique et les densités de chaque espèce composant le plasma (électrons et ions) pour chaque incrément de temps. Ces simulations nécessitent l’utilisation de superordinateurs et il est donc essentiel d’améliorer la parallélisation du code afin qu’il puisse fonctionner sur des architectures scalaires massivement parallèles et/ou accélérées.
Les actions associées à ce poste pendant la durée de celui-ci sont les suivantes

– l’établissement de la stratégie de parallélisation MPI+OpenMP,

– la validation des résultats,

– étude de la performance du code sur des architectures massivement parallèles (strong scaling, weak scaling, …),

– optimisation du code pour une utilisation efficace des supercalculateurs,

– développement d’outils de post-traitement et de surveillance,

– extension du code aux GPU en utilisant le déchargement OpenMP (cible OpenMP).

Vous êtes titulaire d’un diplôme équivalent à une maîtrise ou équivalent (BAC+5) en informatique scientifique et vous avez une certaine expérience dans le développement d’un code de simulation parallèle. Vous avez des compétences et de l’expérience avec Fortran et Python ainsi qu’avec la parallélisation en utilisant MPI et OpenMP. Une connaissance de la programmation GPU et/ou de la physique des plasmas est un plus.

Vous travaillerez dans un environnement de recherche international en étroite collaboration avec des experts dans les domaines de la physique des plasmas de fusion, du calcul à haute performance et de l’intelligence artificielle. Vous serez amené à présenter vos travaux au sein de l’institut et éventuellement à des conférences dans votre domaine d’expertise.

Vous bénéficierez de 100 jours de télétravail rémunérés par an.

Où postuler ?

Courrier électronique: alain.simonin@cea.fr

Exigences

Domaine de recherche: Informatique « Programmation
Niveau d’études: Master ou équivalent

Compétences/qualifications

Vous êtes titulaire d’un diplôme équivalent à une maîtrise ou équivalent (BAC+5) en informatique scientifique et vous avez une certaine expérience (1-2 ans) dans le développement d’un code de simulation parallèle. Vous avez des compétences et de l’expérience avec Fortran et Python ainsi qu’avec la parallélisation en utilisant MPI et OpenMP. Une connaissance de la programmation GPU et/ou de la physique des plasmas est un plus.
Compétences requises : Fortran, python, shell, MPI, OpenMP, OpenACC. Système Unix

Euraxess: https://euraxess.ec.europa.eu/jobs/231498

CDD Chercheur POST DOC – Physique – expérimentation – 2024-2025

Interaction des plasmas d'hélium avec des surfaces de tungstène dans le cadre de la fusion thermonucléaire contrôlée

Le sujet de ces recherches s’inscrit dans le cadre du développement de la fusion nucléaire. ITER, actuellement en construction à Cadarache , sera le plus grand réacteur à fusion (tokamak). L’objectif principal d’ITER est de démontrer l’efficacité de la combustion du plasma grâce aux réactions de fusion entre deux isotopes de l’hydrogène, le deutérium et le tritium, produisant un hélium et un neutron. Dans les tokamaks, malgré le confinement du plasma par des champs magnétiques intenses, certains ions échappent à ce confinement et interagissent avec les matériaux en contact avec le plasma. L’un des défis les plus importants pour le succès de la fusion nucléaire est le développement de matériaux capables de tolérer les conditions extrêmes suivantes : charge thermique élevée (20 MW à 100 MW.m-2) et flux élevé de particules d’isotopes H et He (10 ²⁴m-2.s-1) avec une gamme d’énergies d’impact allant de eV à keV .

Le tungstène (W) est actuellement considéré comme le matériau le plus prometteur, notamment pour le composant diverteur , qui joue un rôle clé dans l’extraction de la chaleur et des particules excédentaires. Son attrait réside principalement dans sa faible efficacité de pulvérisation, son point de fusion élevé (3410°C), sa conductivité thermique élevée et ses bonnes propriétés thermomécaniques. Cependant, malgré ces avantages, l’interaction hélium-tungstène dans un environnement de plasma de fusion suscite de sérieuses inquiétudes. Il a été démontré que l’interaction avec He affecte de manière significative la surface et le sous-sol, avec la formation de boucles de dislocation, de nanobulles ou de nanotendrilles W (appelées fuzz). Ces structures, notamment les nanobulles , peuvent modifier les propriétés thermomécaniques et augmenter la rétention du tritium dans le matériau, deux enjeux majeurs pour les réacteurs de nouvelle génération. De plus, l’accumulation d’hélium dans les bulles, la déstructuration de la surface et une éventuelle libération brutale d’atomes d’hélium et de W par éclatement des bulles, modifiant la paroi et le plasma, génèrent de nouvelles interactions plasma-paroi inexplorées dont les conséquences pour l’exploitation d’ITER doit être anticipée .

L’objectif des travaux expérimentaux proposés est d’étudier les propriétés du tungstène sous irradiation He et, plus précisément, de quantifier l’Hélium piégé dans les bulles formées, qui mesurent quelques nanomètres de diamètre. Les premières étapes de formation des bulles d’He dans le W, leur dynamique et leur évolution sous l’effet des cycles thermiques seront analysées aux échelles micro et nanométriques . A cet effet, une étude comprenant la préparation et la pré-caractérisation de l’échantillon de W, l’exposition à un plasma He et la caractérisation post-exposition de la répartition des bulles et de leur teneur en He sera réalisée au laboratoire PIIM. Techniques expérimentales dédiées à l’étude des surfaces de l’ équipe H2M (C. Martin) telles que la microscopie électronique, la diffraction électronique, la microscopie à force atomique, les mesures optiques ainsi que les expériences d’implantation de plasma avec diagnostics in situ de l’équipe PS (G. Cartry ) sera mis en œuvre par le candidat.

Un grand nombre de paramètres expérimentaux, depuis les caractéristiques de l’échantillon (qualité du W, orientation cristalline, défauts, etc.) jusqu’aux conditions d’exposition au plasma He (énergie ionique, flux, fluence , température de surface, etc.) influencent He. formation de bulles et rendent complexe l’interprétation des mécanismes de base de l’évolution de la microstructure. Après exposition à He, les bulles d’He formées sont généralement sous pression (plusieurs GPa ) et, selon la loi de Laplace, la teneur en He (densité atomique) devrait diminuer en proportion inverse du rayon de la bulle. À ce jour, cela n’a jamais été confirmé pour le système He-W. Pour relever ce défi, la détermination quantitative de la densité des atomes d’He à l’intérieur d’une bulle et sa comparaison avec la forme (sphérique ou facettée), la taille et les conditions de formation seront réalisées grâce à la technique de spectroscopie de perte d’énergie des électrons STEM (-EELS). . La mesure de la transition 1s2 → 1s2p de l’Hélium piégé et du plasmon du W sur le même spectre permettra d’analyser le système He-W à l’échelle atomique et de développer notre compréhension du piégeage de He et de la modification de W.

Le candidat devra avoir le goût de l’expérimentation et du traitement des données (images, spectres). Il devra également avoir des connaissances en fusion nucléaire et/ou en physique du solide et/ou en physique des plasmas.