Missions

Les essais micro et nanomécaniques constituent un nouveau domaine émergent dans la science des matériaux. D'innombrables groupes de recherche ont déjà étudié en profondeur la déformation des matériaux en vrac, où la déformation régulière est rendue possible par la présence de dislocations en grand nombre à l'intérieur des échantillons. La réponse des matériaux à la déformation externe diffère fondamentalement de celle des matériaux en vrac lorsque la taille de l'échantillon est réduite. Lors de la compression de ces micro et nanopiliers, la déformation se produit dans des bandes de glissement localisées et distinctives qui créent des caractéristiques de surface inhomogènes. Ces caractéristiques (également appelées bandes de glissement) apparaissent à la suite de déformations intermittentes et soudaines, qui produisent des courbes contrainte-déformation saccadées et stochastiques. Il a été déterminé que la limite d'élasticité dépendait inversement de la taille lorsque des micropiliers ont été examinés dans ce régime (également appelé "effet de taille").
Si l'hydrogène est présent dans le solide (c'est-à-dire par des processus électrochimiques humides, introduit pendant la fabrication / l'exposition environnementale ou après un contact avec de l'hydrogène gazeux à haute pression), il peut provoquer une fragilisation ou une fissuration accrue lorsque le matériau est soumis à une contrainte. Cela peut conduire à une réduction de la durée de vie ou à une défaillance critique du composant. Bien que l'on sache depuis longtemps que l'hydrogène entraîne une dégradation des performances mécaniques des métaux, les mécanismes à micro-échelle restent un sujet de débat. Pour savoir comment la présence d'hydrogène modifie la nucléation et la mobilité des dislocations, les interactions entre les limites de phase et de grain, les études expérimentales in operando requièrent une haute résolution spatiale.

Activités

1. Participation au développement de la cellule de charge H. Le boursier contribuera aux essais rigoureux de la cellule de charge H développée in situ, qui peut fonctionner dans des conditions ambiantes et sous vide, en même temps que l'étape de nanodéformation.
2. Développement d'essais micromécaniques de type tension/compression alternée et fatigue à l'échelle du micron pour l'étude des couches superficielles (i.e. films minces). Ce travail nécessitera le dispositif micromécanique de Mines Saint-Etienne, où les développements actuels permettent de déployer des tests haute fréquence compatibles avec des contraintes cycliques de type compression/traction/fatigue.
3. Application aux couches de surface. L'objectif sera d'appliquer toutes les méthodes développées sur des matériaux d'intérêt pour le projet INSTINCT (c'est-à-dire des matériaux sujets à la fragilisation par l'hydrogène, des revêtements). D'un point de vue académique, l'objectif sera d'étudier la corrélation entre l'état des contraintes résiduelles, la microstructure et le comportement du matériau en compression, en flexion, en traction et en fatigue.

Compétences

- Diplôme de doctorat en mécanique/matériaux (ou être sur le point de l'obtenir)
- Compétences en mécanique des matériaux et essais mécaniques, caractérisation par microscopie électronique
- Affinité pour la simulation numérique et la programmation
- Bon niveau d'anglais
- Capacité à travailler en équipe
- Esprit de synthèse / qualité rédactionnelle

Contexte de travail

Les groupes de recherche du LGF (SURF et PMM) sont des experts dans les domaines de la métallurgie, de la mécanique des matériaux et de la fonctionnalité des surfaces (par exemple contre la corrosion). Ils se consacrent à la conception de la nouvelle génération de matériaux métalliques en relation avec l'utilisation de nouveaux procédés de fabrication et de traitements de surface. Le laboratoire LGF est impliqué dans le réseau Manutech, qui vise à placer la région de Lyon-St-Etienne à la pointe de la fabrication de surfaces et de la tribologie.

Ce que nous offrons : Une formation de pointe en mécanique et matériaux ; un programme de recherche et d'enseignement stimulant et enrichissant, un large réseau international avec les meilleurs scientifiques du domaine (EMPA-Thun, MPIE, KIT Karlsruhe, ...). Le boursier aura accès aux équipements micromécaniques les plus récents (modules à haute/basse température, déformation à ultra-haute vitesse) couplés à des techniques de caractérisation polyvalentes (EBSD in situ à haute résolution (angulaire), émission acoustique in situ), ainsi qu'à un système FIB/SEM à double faisceau dédié à la préparation de micro-échantillons.

Contraintes et risques

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Informations complémentaires

L'objectif de ce travail post-doctoral est de développer de nouvelles méthodologies pour mesurer la réponse micromécanique des solides dans des conditions extrêmes en exploitant le micro-usinage FIB pour la fabrication d'échantillons dédiés. Le boursier aura pour objectif d'ouvrir la voie à la caractérisation mécanique des matériaux soumis à des conditions environnementales extrêmes à petite échelle. Ces conditions extrêmes comprennent des taux de déformation élevés et des températures variant entre des plages cryogéniques (jusqu'à -150°C) et moyennes (température ambiante jusqu'à ~400°C). Les travaux visent en particulier à étudier les caractéristiques des matériaux dans le contexte de l'hydrogène.

Le nombre de personnes qui y travaillent: 50 Enseignants chercheurs, 50 Ingénieurs, techniciens et administratifs, 60 Doctorants et post-doctorants
Localisation du laboratoire: 158 cours Fauriel, 42023 Saint-Étienne, France.
Nom du projet: "Etude micromécanique in situ des solides dans des conditions extrêmes" – INSTINCT, ANR JCJC (https://anr.fr/Projet-ANR-22-CE08-0012)