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Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne

Recruitment

Stages, thèses et CDD

3 sujets de thèses avec financement MESR... Ces thèses débuteront en septembre 2014 après classement de l'ensemble des sujets du laboratoire par le CS de l'ICB en juin 2014. L'attribution des bourses MESR dépendra du rang de chaque sujet dans ce classement.

Sujet N°1 : Assemblage hétérogène et processus de corrosion

Directeur (et co-encadrants) de thèse : D. GREVEY (équipe LTm), I. TOMASHCHUK (équipe LTm), V. VIGNAL (équipe M4OxE)
Contact : This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Description du projet scientifique :
Aujourd’hui la recherche de nouveaux designs permettant, soit d’assurer une fonction non atteinte, soit d’alléger une structure est de la plus haute importance et conduit assez souvent à l’association de différents matériaux. Les jonctions mécaniques ou le collage n’étant pas universellement envisageables, une liaison métallurgique peut être recherchée (brasage, soudo-brasage, soudage).
Malheureusement certaines associations de matériaux étant incompatibles métallurgiquement, cette liaison semble impossible à réaliser. Cependant cette incompatibilité métallurgique peut être contournée en maitrisant les phénomènes se produisant au niveau de ces interfaces hétérogènes.
C’est l’objectif d’innovation auquel s’adresse le projet : permettre une liaison « métallurgique » entre des matériaux a priori incompatibles afin de repositionner le choix des matériaux, préparer l’arrivée de matériaux intelligents, permettre des designs simplifiés et plus performants, et sortir des pratiques empiriques généralement en vigueur.
Conséquemment, l’objectif scientifique est le contrôle d’une interface hétérogène métal/métal : compréhension de la phénoménologie de vieillissement et rétroaction sur le procédé afin d’aboutir à une liaison sécurisée.
Cet objectif nécessite de mettre en oeuvre trois aspects particuliers relatifs à la chimie de l’interface (métallurgie et électrochimie), aux transferts d’énergie au niveau de cette zone et aux aspects mécaniques générés par le différentiel de comportement thermique des matériaux de base. Ces voies seront menées en parallèle sur des matériaux modèles puis couplées au fur et à mesure de l’avancée des connaissances dans l’objectif d’aboutir, à long terme, à un outil prédictif du comportement d’une interface hétérogène.
La recherche proposée vise à développer une approche multiphysique permettant de développer les procédés d’assemblage de matériaux dissemblables via une meilleure connaissance de leur comportement en vieillissement/corrosion.

  • Approche multiphysique (mécanique, métallurgique et électrochimique) à la même échelle (micronique) pour la compréhension des processus fondamentaux,
  • Approche multiéchelle et méthodes statistiques pour proposer des relations quantitatives entre le comportement de la liaison et les paramètres-procédé,
  • Couplage modélisation et expériences.

Connaissances et compétences requises :

  •  Maîtrise des champs scientifiques : sciences des matériaux (métallurgie, physico-chimie), développement de procédés (approches numériques, statistiques,…).
  •  Compétences sociales et organisationnelles : travail en équipe sur un sujet pluridisciplinaire. Goût pour la communication.

Sujet N°2 : Apport de la microscopie électronique en transmission à l’étude de la réactivité et à l’optimisation de cellules SOFC.

Directeur (et co-encadrants) de thèse : G.Caboche Gilles (équipe M4OxE), L. Combemale (équipe M40xE), V. Potin (équipe SIOM)
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Description du projet scientifique:
Ce sujet de recherche s’inscrit dans la thématique des énergies alternatives et notamment des piles à combustible. Il sera centré autour de quatre grands axes. Le premier axe s’intéressera à la mise en forme de cellules boutons en suivant le procédé développé au sein de l’équipe M4Oxe. Il conviendra ici de réaliser des cellules d’un diamètre maximum de 22 mm en employant une température de frittage la plus basse possible. Les matériaux utilisés comme anode, électrolyte et cathode seront « classiques » pour une application à moyenne température. Une fois ces éléments mis en forme il conviendra de les caractériser notamment par microscopie électronique en transmission afin de mettre en avant l’apparition de phases parasites éventuelles. Cette étape nécessitera la mise en place d’un protocole spécifique de préparation des échantillons.
Le deuxième axe portera sur l’étude du vieillissement des cellules mises en forme précédemment. Ces vieillissements se feront sur banc électrochimique afin de connaître et analyser les processus de dégradation. L’avantage d’un tel système est de pouvoir se placer dans les conditions réelles de fonctionnement (atmosphère duale, passage de courant) mais également d’apporter des données sur les performances des systèmes mis en œuvre.
Le troisième axe consistera à étudier la réactivité des systèmes vieillis dans l’axe 2. Les systèmes analysés seront ceux qui ont montré les meilleures performances. La méthode de caractérisation privilégiée sera la microscopie électronique en transmission qui permet de corréler des informations cristallographiques, structurales, chimiques et spectroscopiques à la même échelle nanométrique. En effet, alors qu’une résolution à l’échelle atomique est obtenue en mode imagerie, des informations sur la chimie locale des matériaux seront obtenues grâce aux techniques de spectroscopie dispersive en énergie (EDX) et de spectroscopie par pertes d’énergie des électrons (EELS). Le quatrième axe sera une étape d’optimisation des éléments. Les conclusions issues de l’étude menée dans l’axe 3 permettront de mettre en place des solutions pour améliorer les performances des cellules et augmenter leur durée de vie.

Les principales voies explorées s’inscriront essentiellement autour :

  • du développement de nouveaux matériaux d’électrodes ;
  • de l’optimisation de la mise en œuvre des cellules (épaisseur, porosité, couche fonctionnelle).

Connaissances et compétences requises :

  • compétence dans la synthèse, la mise en forme et l’étude de la réactivité des matériaux céramiques ;
  • connaissance des techniques d’analyse par microscopie électronique ;
  • intérêt et goût pour le travail expérimental ;
  • étudiants issus de Master orientés vers les matériaux (ex. : CDM).

Sujet N°3 : Influence d’un traitement de précontrainte sur la résistance à la corrosion à haute température d’alliages de Ti.

Directeur (et co-encadrants) de thèse : T. MONTESIN (équipe M4OxE), S. DEJARDIN (équipe M4OxE), L. LAVISSE (équipe LTm)
Contact : This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Description du sujet :
Déterminer l’efficacité de traitements de surface combinés grenaillage/laser afin d’assurer une protection accrue d’un composant en Titane (ou alliage) vis à vis de la corrosion sous environnement sévère.
Depuis plus de 15 ans nous travaillons sur le couplage et l'interaction entre contraintes mécaniques et processus de diffusion/réaction chimique. Les travaux ont débuté par la formulation d’une approche thermodynamique, appliquée à l’oxydation des métaux. Plus récemment, une démarche expérimentale a été initiée. Une étude de l'influence des contraintes résiduelles introduites lors du processus de grenaillage sur l'oxydation du Zr a permis de conclure au rôle conséquent de la répartition du champ de contraintes résiduelles du au grenaillage sur le processus de diffusion de l’oxygène [1].
Le cas du Ti est intéressant d'une part en raison de l'intérêt industriel que présente ce métal et ses alliages (industries aéronautique, spatiale, biomédicale) et d'autre part en raison du fait que son comportement en oxydation est "proche" de celui du Zr.
On connaît depuis une quarantaine d'année les effets de protection du grenaillage "de précontrainte" sur  la résistance à la corrosion sous contrainte du Ti [2]. Mais la plupart des travaux entrepris dans ce domaine l'ont été à basses températures et en milieu aqueux.
Dans le cadre du nouveau programme ANR TESAMI initié en 2013 pour 4 ans, qui porte sur l'étude du comportement du Ti et ses alliages en milieu irradié, nous nous intéressons au comportement du Ti vis à vis de l’hydrogène dans des conditions de réacteur nucléaire. Ce programme nous apporte de nouvelles compétences expérimentales (corrosion sous contrainte, processus de diffusion couplés à la plasticité du matériau, moyens d’analyse…) et une collaboration étroite avec des industriels spécialisés dans la mise en œuvre de ces alliages.
Dans la thèse proposée, nous souhaitons à la fois diversifier nos investigations vers des applications autres que nucléaires et disposer d’une plus grande liberté dans l’orientation de l’étude.

Travaux proposés pour la thèse :

Des oxydations du Ti à diverses températures seront menées au sein de l’équipe M4OxE de l’ICB afin de déceler l'influence des contraintes et d'autres effets des traitements de surface sur le comportement physico-chimique du matériau.

Le Ti est connu pour ses mécanismes d'oxydation mixtes cationiques / anioniques. Si nous pouvons prévoir l'influence des contraintes résiduelles sur l'oxydation anioniques, nous n'avons pas de recul sur l'influence de l'état mécanique par rapport aux mécanismes d'oxydation cationiques. Nous devons l'étudier expérimentalement et proposer un modèle pour ce type d'oxydation en présence de contraintes.

Les échantillons seront grenaillés au laboratoire LASMIS (UTT). Parallèlement, l’étude des conséquences d’un traitement de surface par laser, entreprise au sein de l’équipe LTm de l’ICB, permettra de comparer 2 moyens de traitement de surface et d’optimiser l'efficacité du traitement de grenaillage relatif au comportement en corrosion.

Les échantillons nécessiteront l’identification de l'état microstructural et de densité de dislocation (MEB, EBSD, DRX), complétées par des analyses de composition par microsonde nucléaire (CEA Saclay). L’étude du champ de contraintes sera entreprise par DRX (ICB) et par la méthode du trou incrémental (LASMIS). L’utilisation d’une technique de microscopie micro-ondes (équipe OSNC de l’ICB) complètera les différentes analyses.

[1] L. Raceanu & al., Oxidation of Metals, 2013, 79, p135

[2] Campbell, J.E., MCIC Report 71-02, Met. & Cer. Inf. Center, 1971

Connaissances et compétences requises :

  •  Connaissances des techniques de caractérisation (microstructures, composition et propriétés) ;
  •  Intérêt aussi bien pour le travail expérimental que pour la simulation numérique ;
  •  Connaissance d’au moins un outil de calculs numérique par éléments finis ;
  •  Etudiants issus de Masters orientés vers les matériaux ou la mécanique.

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