Laboratoire des Lois de Comportement des Combustibles Service d’Etude et de Simulation du comportement des Combustibles Département d’Etude des Combustibles.

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1 Laboratoire des Lois de Comportement des Combustibles Service d’Etude et de Simulation du comportement des Combustibles Département d’Etude des Combustibles 1 Laboratoire des Lois de comportement des Combustibles Mission : Modélisation et simulation expérimentale multi-échelle du comportement physico- chimique des matériaux combustibles sous irradiation (Science des matériaux, R&D amont) Effectif : 17 permanents dont 13 docteurs, 2 post docs, 6 thésards dont 3 inscrits à l’ED 352 (B. Dorado, M. Marcet, R. Skorek), 1 HDR (L. Desgranges, ED 352, enseignant à l’INSTN) Labo au sein du Département d’Etude des Combustibles (~300 personnes) et du Service d’Etude et de Simulation du comportement des Combustibles Collaborations : Labos universitaires et cnrs (bilatérale et GDR) / Partenaires industriels (AREVA/EDF) / Projets européens (coordinateur du projet F-BRIDGE) / Collaborations à l’international Valorisation: en 2009 : 18 publications parues dans journaux à CL, 3 sous presse; participation à +de 20 conférences (25 communications) Simulation expérimentale Recuits thermiques / Implantation / Irradiation aux ions / Irradiation aux neutrons Techniques de caractérisation par faisceau d’ions NRA, RBS, SIMS,… Rayonnement synchrotron (DRX et XAS) / MET Expertise : Connaissance des enjeux de conception et des enjeux industriels Comportement sous irradiation Différentes étapes du fonctionnement / Différentes filières Combustibles / Matériaux des combustibles Optimisation combustibles actuels / Conception combustibles du futur Modélisation Modélisation atomistique (ab initio / DM) Modélisation évolution µstructurale (défauts/dislocation/restructuration) Modélisation diffusion Modélisation thermodynamique

2 Laboratoire des Lois de Comportement des Combustibles Service d’Etude et de Simulation du comportement des Combustibles Département d’Etude des Combustibles 2 Collaborations avec les laboratoires Université Aix-Marseille Collaboration essentiellement dans le cadre de mise en place de thèses ou stages / lien particulier avec les laboratoires associés à l’Ecole doctorale 352 « Physique et Science de la Matière » CiNam Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille - UPR 3118 – Guy TREGLIA / Christophe BICHARAT Calculs atomistiques (ab initio et potentiels empiriques) Collaboration dans le cadre thèse B. Dorado (ED 352) GR MATINEX (Contribution à la modélisation des propriétés d’autodiffusion de l’UO2 : calcul du spectre de phonons par potentiels empiriques et calculs ab initio) Proposition thèse CEA 2010 : « Modélisation ab initio de propriétés de transport atomique dans le dioxyde d’uranium » (MATAV), M. Freyss, Directeur de thèse G. Tréglia, CiNaM Caractérisation en microscopie électronique en transmission premiers échanges mais pas encore suivi de collaboration effective LPI2M : Laboratoire de Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires équipe « Spectrométrie et Dynamique Moléculaires » - UMR6633 – Y. FERRO Calcul atomistique (ab initio et potentiels empiriques) Mise en place stages en 2009/2010 Formation en chimie théorique pour les ingénieurs du laboratoire en 2009 Projet de post doc dans le cadre « Challenge Matériaux CEA» : validation de l’utilisation de la DFT pour les liaisons gaz rares matériaux

3 Laboratoire des Lois de Comportement des Combustibles Service d’Etude et de Simulation du comportement des Combustibles Département d’Etude des Combustibles 3 Collaborations avec les laboratoires Université Aix-Marseille IM2NP : Institut des Matériaux, de Microélectronique, de Nanoscience de Provence - UMR 6242 – CNRS - Myriam DUMONT, Philippe MAUGIS - Jacques ROGEZ Thermodynamique Collaboration passée : Combustible UMo RJH détermination Cp et  H formation (J. Rogez) Proposition thèse CEA 2010 : Caractérisation et modélisation du comportement thermodynamique du combustible SFR sous irradiation (CINNA) J.C. Dumas et C. Martial, Directeur de thèse P. Maugis Rate Theory, dynamique d’amas Thèse R. Skorek (ED 352) en cours : Modélisation de la nucléation croissance de bulles de gaz rares dans l'UO2, S. Maillard (co-directeurs de thèse A. Barbu, DMN et P. Maugis IM2NP ) Caractérisation par microscopie électronique en transmission Collaboration récente /caractérisation d ‘échantillons d’UO2 (M. Dumont) Echanges avec la plateforme caractérisation CIM PACA (P. Galand, B. Pichaud) CiNam Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille - UPR 3118 – Guy TREGLIA / Christophe BICHARAT Calculs atomistiques (ab initio et potentiels empiriques) Echange dans le cadre de la thèse B. Dorado (ED 352) en cours Projet MATINEX (Contribution à la modélisation des propriétés d’autodiffusion de l’UO2 : calcul du spectre de phonons par potentiels empiriques et calculs ab initio) Proposition thèse CEA 2010 : « Modélisation ab initio de propriétés de transport atomique dans le dioxyde d’uranium » (MATAV), M. Freyss, Directeur de thèse G. Tréglia Caractérisation en microscopie électronique en transmission premiers échanges mais pas encore suivis de collaboration effective (Dr Baronnet)

4 Laboratoire des Lois de Comportement des Combustibles Service d’Etude et de Simulation du comportement des Combustibles Département d’Etude des Combustibles 4 Illustration : Conductivité électrique et coefficient diffusion de l’oxygène dans UO 2 From electrical conductivity measurement 4 Intrinsic oxygen diffusion measurement Gas-solid isotopic exchange method, vapour enriched in 18 O, under controlled p(O 2 ) / Concentration profile characterisation using SIMS = 1/16 interstitial mechanism for intrinsic oxygen diffusion Oxygen diffusion in relation to p-type doping in uranium dioxide, P. Garcia et al, J. Nucl. Mater., in press, published on line (doi:10.1016/j.jnucmat.2010.02.019)

5 Laboratoire des Lois de Comportement des Combustibles Service d’Etude et de Simulation du comportement des Combustibles Département d’Etude des Combustibles 5 Direct interstitialInterstitialcy  New activation energy measured for O diffusion (formation + migration): 0.6 eV  Activation energy of the interstitialcy mechanism compares very favorably with the experimental value  When oxygen diffusion occurs via oxygen interstitials, the mechanism is indirect DFT+U results on O migration O U Illustration : calculs ab initio / énergie de migration des interstitiels d’oxygène “Atomic-scale modelling of point defect formation and migration energies in uranium dioxide”, B. Dorado et al, J. Nucl. Mater., in press, published online doi:10.1016/ j.jnucmat.2010.02.017 (2010) “DFT+U calculations of the ground state and metastable states of uranium dioxide”, B. Dorado et al, Phys. Rev. B 79, 235125 (2009)

6 Laboratoire des Lois de Comportement des Combustibles Service d’Etude et de Simulation du comportement des Combustibles Département d’Etude des Combustibles 6 - Marjorie Bertolus, docteur en sciences, spécialité chimie informatique et théorique de l'Université Paris XI, Orsay (1998). - Michel Freyss, docteur en Physique de la Matière Condensée et des Matériaux de l’Université de Strasbourg (1999) - Chantal Martial, docteur en chimie, spécialité analytique de l’Université de Paris VI (1989). - Philippe Martin, docteur en chimie, spécialité analyse physico- chimique analytique, de l'université Claude Bernard LYON 1 (1999) -Lionel Desgranges, docteur en Chimie Physique de l’Université de Bourgogne (1992) et HDR (2006) de l’Université Aix Marseille II, Ecole doctorale « Physique et Science de la Matière ». Les quatre premiers prévoient de passer une HDR dans le 2 à 3 ans Proposition de rattachement à l’ED 352 du laboratoire «modélisation et simulation expérimentale multi-échelle du comportement physico-chimique des matériaux combustibles sous irradiation (LLCC) du département d’Etude des Combustibles (DEC) de la Direction de l’Energie Nucléaire (DEN) des membres suivants en particulier objectif : renforcement de la collaboration avec les laboratoires associés à l’ED 352 (mise en place de projets communs, accueil bilatéral de chercheurs) enrichissement par l’accès à de nouvelles techniques de caractérisation/modélisation renforcement dans par un partenariat étroit avec l’université d’Aix Marseille pour la formation de la recherche (accueil de stagiaires, thésards, post docs, enseignements)