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Offre de thèse CIFRE Saint-Gobain en collaboration avec le laboratoire Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI, UPR 3079 CNRS) :
« Etude des mécanismes de solidification hors équilibre d’oxydes fondus »
Contexte et objectif
Certains produits céramiques sont mis en forme à partir d’un système oxyde fondu. La microstructure de ces matériaux est contrôlée par la composition de l’oxyde, mais également par les phénomènes qui ont lieu au cours de la phase de refroidissement.
La solidification du matériau à partir du mélange fondu contrôle en effet la formation des différentes phases du matériau et leur arrangement.
L’étude de la solidification s’appuie en général sur la connaissance du diagramme de phase afin de prévoir la nature des phases formées. Toutefois, cette approche s’avère insuffisante dans bien des cas, du fait de la nature dynamique des procédés industriels. Il est donc nécessaire de développer une meilleure connaissance des mécanismes de solidification hors équilibre.
Cette thèse sera consacrée à l’étude des mécanismes de solidification d’une composition de matériau industriel, et s’intéressera plus particulièrement aux phénomènes hors équilibre : il s’agira d’explorer, en conditions de chauffage ou refroidissement rapide, ou de cyclage thermique, les phénomènes non décrits par le diagramme de phase, comme par exemple la surfusion.
Méthodologie et contenu scientifique
L’enjeu scientifique de ce sujet est lié aux domaines de températures concernés : 1600-1800°C. Le CEMHTI dispose d’outils instrumentaux de pointe, spécifiquement adaptés à ce domaine de température, qui permettent de mesurer les propriétés thermophysiques et de caractériser les microstructures des oxydes fondus.
Le sujet de thèse se concentrera sur un seul système oxyde, les compositions d’oxydes ternaires Al2O3 – ZrO2 – SiO2 et quaternaires Al2O3 – ZrO2 – SiO2 – Na2O, qui sont d’un fort intérêt industriel car elles constituent la base des produits réfractaires électrofondus destinés à la construction des fours de fusion du verre.
Dans une première partie, la thèse visera à caractériser la formation des phases au cours d’un refroidissement : la description des phases qui solidifient et de leur morphologie, la détermination des températures caractéristiques des début et fin de chaque évènement répertorié dans le diagramme de phase, en utilisant les méthodes disponibles au laboratoire, serviront de référence pour la suite de l’étude.
Dans une seconde partie, une étude paramétrique sera menée en faisant varier la dynamique de l’essai : refroidissements rapides, cyclage, etc. L’objectif est de mettre en évidence et de quantifier l’impact des évènements hors équilibre tels que la surfusion. Afin d’avoir accès à une large plage de vitesses, un développement instrumental sera nécessaire : le laboratoire prévoit de s’équiper des systèmes de chauffe, régulation et analyse adaptés ; l’étudiant en thèse participera au développement de ces méthodes, à leur validation, puis les appliquera à son matériau d’étude. La compréhension des mécanismes s’appuiera essentiellement sur ces travaux expérimentaux, mais pourra se nourrir également des compétences de simulation numérique disponibles au CEMHTI.
Enfin, la thèse trouvera son aboutissement dans le couplage des propriétés thermophysiques et des caractérisations microstructurales, par des mesures in-situ : il s’agit ici d’intégrer les méthodes développées précédemment (systèmes de chauffe et analyse en dynamique) dans la plateforme expérimentale du CEMHTI, qui couple mesures thermophysiques sur goutte d’oxyde en lévitation et caractérisation microstructurales in-situ par spectroscopie vibrationnelle.
Les résultats de cette étude permettront de mieux maîtriser le chemin de solidification en conditions hors équilibre, qui sont les conditions réelles de nombreux procédés industriels. Ils pourront également ouvrir la voie à de nouveaux développements matériaux.
- Ingénieur d’une grande école ou Master 2 dans le domaine de la Science des Matériaux
- Compétences ou expérience en matériaux inorganiques, diagrammes de phase
- Une connaissance des méthodes de caractérisation par spectroscopie vibrationnelle serait un plus.
- Goût pour l’instrumentation
- Bonne maîtrise de la langue anglaise et des outils bureautiques
- Esprit d’initiative, adaptabilité et bon relationnel
Déroulement de la thèse :
- CEMHTI, Orléans, France
- Des déplacements ponctuels à SGR Provence (Cavaillon, France) sont à prévoir
Le contrat :
- Début de la thèse à l’automne 2020
- Financement CIFRE, durée de 36 mois
Situé à Cavaillon dans le Vaucluse, entre Avignon et Aix-en-Provence, Saint-Gobain Research Provence étudie et caractérise une large gamme de produits de haute technologie, allant des réfractaires utilisés dans les fours verriers et industriels, jusqu’aux matériaux à architecture contrôlée, en vue d’applications dans des domaines tels que l’énergie, l’environnement et l’habitat (applications thermiques ou mécaniques, etc...).
Nous vous informons que la société ne pratique aucune discrimination au recrutement qui serait fondée sur un motif visé par l’article L. 1132-1 du code du travail
19-03-2024
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