Post-doctorat MODELISATION DE LA LIAISON CRISTAL D’EXPLOSIF - LIANT POLYMERIQUE POUR L’OPTIMISATION DE LA FORMULATION D’UNE COMPOSITION EXPLOSIVE

CEA Le Ripault à côté de Tours (Région Centre) - 1 heure de train de Paris-Montparnasse

Situé à 15 km de Tours, le centre CEA Le Ripault est rattaché à la Direction des applications militaires du CEA. Il conçoit, développe et fabrique des matériaux innovants pour les composants non nucléaires des armes de la dissuasion, ainsi que pour les grandes installations du programme Simulation (Epure, Laser Mégajoule) et les expériences qui y sont réalisées.

Il conçoit, fabrique, maintient en conditions opérationnelles puis démantèle les sous-ensembles pyrotechniques et les enveloppes des têtes nucléaires de la dissuasion. Il contribue au soutien technique des Autorités dans la lutte contre la prolifération nucléaire et le terrorisme.

 Avec l’appui des collectivités locales, il met ses compétences au profit de la communauté civile à travers le Laboratoire Lavoisier, dédié à la recherche et au transfert de technologies dans le domaine des matériaux pour l’énergie (stockage électrochimique et filière hydrogène).

La mise au point d’une nouvelle composition explosive solide nécessite d’étudier la formulation de la poudre à mouler. Ceci peut être lié à l’utilisation d’une nouvelle molécule de base ou à un changement de liant. En effet, un liant peut convenir à une poudre organique, mais moins voire pas du tout à une autre, contenant un produit différent. De fait, pour une même molécule de base, la nouvelle composition explosive peut posséder des propriétés différentes en fonction du liant utilisé. L’objet de ce travail consiste à utiliser les possibilités de la modélisation moléculaire afin d’étudier l’affinité entre un liant et une charge et d’identifier les meilleures associations possibles. Cela devrait permettre de réduire les temps de cycle, relativement longs dès lors que des formulations en laboratoire sont les seules alternatives proposées. A partir des résultats obtenus, nous comptons pouvoir choisir le liant le plus adapté pour une molécule explosive donnée. Nous souhaitons donc mettre en place un outil fiable et suffisamment simple pour répondre rapidement aux besoins des formulateurs.

L’association des compétences en termes de matériaux, de mise en forme, de modélisation et de simulation des propriétés du CEA/Le Ripault et du CEA/Île-de-France devrait nous permettre de proposer un outil permettant les meilleures évaluations possibles de l’interaction liant-charge. Le CEA/Île-de-France travaille depuis de nombreuses années dans le domaine de la dynamique moléculaire et a récemment publié ses travaux dans la modélisation de polymères [1]. De son côté, le CEA/Le Ripault a débuté il y a quelques années des travaux sur la morphologie de cristaux énergétiques synthétisés dans différents solvants [2]. La dynamique moléculaire est bien adaptée à la simulation d’un système contenant un cristal d’explosif en interface avec un liant polymère. Les valeurs des énergies d’interaction entre charge et liant calculées pour ces systèmes  pourront guider le choix d’un liant pour une molécule d’explosif donnée.

Le candidat aura en charge la mise au point complète des calculs permettant de caractériser l'affinité polymère-cristal. Il sera également le point d'entrée pour les échanges sur le sujet entre les deux équipes du CEA. Il devra communiquer sur l'avancée des résultats et échanger avec les modélisateurs et les chimistes avec qui il pourra selon son souhait et les besoins réaliser des expériences de laboratoire. Il sera moteur pour la présentation des résultats et leur publication dans des revues internationales. Selon l'avancée des résultats, il participera au suivi du projet au niveau inter-centres.

[1] C. Lemarchand, D. Bousquet, B. Schnell, N. Pineau, A parallel algorithm to produce long polymer chains in molecular dynamics, J. Chem. Phys. 2019, 150, 224902

[2] Modélisation à l’échelle moléculaire de la relation morphologie cristalline / conditions de synthèses de matériaux organiques énergétiques, Alice Delaunay, 2021, stage M2

Le candidat aura de préférence réalisé une thèse dont une partie au moins concerne la modélisation des matériaux et possèdera des compétences en dynamique moléculaire. L’outil envisagé pour débuter les travaux sera la suite « Materials Studio » commercialisée par Biovia^® Dassault Systèmes. Néanmoins, cela pourrait évoluer si d’autres systèmes s’avéraient plus pertinents. La localisation du stage sera le CEA/Le Ripault en étroite collaboration avec le CEA/Île-de-France, nécessitant des déplacements entre les deux sites. Notons que la proximité avec les formulateurs et les chimistes du CEA/Le Ripault devrait être propice à de nombreux échanges scientifiques et techniques qui devraient confirmer la pertinence des modèles.

Le sujet est proposé pour un an renouvelable pour une année supplémentaire, ce qui est le cas dans pratiquement tous les cas. La rémunération est de l'ordre de 2600 € nets par mois, en fonction de la formation initiale. Notons que la quasi-totalité des post-doctorants trouvent un poste à temps plein, au CEA ou dans un autre établissement, à l'issue de ces deux ans.

Proposer des modèles d'interaction polymère/cristal

Echanger avec les deux équipes qui suivent l'avancée des résultats

Echanger et participer si besoin aux expériences validant les résultats

Etre innovant et moteur