Post-doc (H/F) Champ de contraintes dans les matériaux polycristallins lors de transitions de phase, calculs micromécaniques et diffraction des rayons X

Description du Poste

Les Missions

Le projet NanOX-ML est un projet de recherche universitaire franco-autrichien collaboratif financé pendant 4 ans par les agences ANR et FWF. Il rassemble 6 laboratoires universitaires et se concentre sur la compréhension du couplage entre les transitions de phase, les fluctua-tions locales de composition et les distributions de contraintes dans les polycristaux d'oxydes nanostructurés soumis à des chargements thermiques à très haute température. La majorité des matériaux réfractaires à base d'oxyde sont constitués d'oxydes polycationiques sous forme de solutions solides. Des processus de séparation de phases se produisent pendant les traitements thermiques, en raison du couplage entre les variations locales de composition à l'échelle nanométrique et les mécanismes de relaxation des contraintes. Ces transformations affectent considérablement l'intégrité structurelle (fluage, nanofissures, etc.) des matériaux. L'approche globale proposée dans ce projet repose sur la diffraction des rayons X (XRD) réalisée dans des installations à rayonnement synchrotron, qui permet d'analyser quantitative-ment, in situ et à haute température, les évolutions du matériau à l'échelle nanométrique. L'efficacité croissante des sources modernes de rayonnement synchrotron pose de nouveaux défis, non seulement en termes de débit de données énorme rendant les approches humaines irréalisables, mais aussi en ce qui concerne le développement de systèmes de collecte de données plus intelligents. Au cœur du projet NanOX-ML se trouve le développement de codes d'apprentissage automatique (ML) capables de résoudre ce problème, grâce à la mise au point de nouveaux algorithmes permettant, d'une part, le développement de procédures de collecte de données agiles et polyvalentes et, d'autre part, la capacité d'analyser les données en temps réel.

L'Activité

L'objectif de ce poste post-doctoral est d'estimer le champ des contraintes qui se développe dans un matériau oxyde soumis à une charge thermique. Nous étudierons en particulier l'oxyde de zirconium (zircone), largement utilisé à l'échelle industrielle comme matériau réfractaire dans l'industrie du verre, pour les implants dentaires, entre autres applications. La zircone subit une transition de phase quadratique → monoclinique pendant le refroidissement, à partir d'environ 1170 °C. Les résultats de la modélisation seront comparés aux mesures quantitatives in situ par diffraction des rayons X à haute température réalisées à la Source Européenne de Rayonnement Synchrotron (ESRF). Des niveaux de contrainte de l'ordre du GPa sont attendus à l'échelle des grains (nanométrique) [1] dans ce matériau, qui conduisent à la formation d'un réseau de nanofissures. De plus, le processus de transition de phase peut être influencé par ces contraintes, par exemple en permettant la formation d'une phase orthorhombique à haute pression. La microstructure relativement ‘simple’ des échantillons (présentant 24 orientations/variants cristallographiques) a été essentielle pour les expériences menées pendant plusieurs années par notre groupe à l'ESRF, permettant un balayage 3D de l'espace réciproque cristallographique [2] et une imagerie de surface avec une résolution spatiale de 300 nm [3]. Les responsabilités du chercheur postdoctoral seront doubles :
• La modélisation du champ de contraintes dans la zircone monoclinique à l'aide d'une méthode spectrale en champ complet (FFT) [4] pendant la charge thermique fait l'objet de cette étude. Afin d'atteindre cet objectif, des microstructures polycristallines monocliniques aléatoires seront construites sur la base des règles cristalllographiques de formation des variants, en continuation du travail déjà mené sur ce matériau [5].
• L'étape suivante consistera à extraire des diagrammes de diffraction des rayons X synthétiques à partir des résultats du modèle, qui seront ensuite comparés aux résultats expérimentaux. Cette comparaison s'appuiera sur l'expérience de l'équipe dans ce domaine [6]. Par conséquent, ce poste nécessitera également l'analyse d'ensembles de données expérimentales afin d'obtenir des valeurs quantitatives pouvant être comparées aux résultats du modèle.

[1] R. Guinebretière, T. Ors, V. Michel, E. Thune, M. Huger, S. Arnaud, N. Blanc, N. Boudet, O. Castelnau, Coupling between elastic strains and phase transition in dense pure zirconia polycrystals, Phys. Rev. Mater. 6, 013602 (2022)
[2] R.R.P. Purushottam Raj Purohit, D. Pepin Fowan, E. Thune, S. Arnaud, G. Chahine, N. Blanc, O. Castelnau, R. Guinebretière, Phase transi-tion and twinning in polycrystals probed by in situ high temperature 3D reciprocal space mapping, Appl. Phys. Lett., 121, 181901 (2022).
[3] R.R.P Purushottam Raj Purohit, D. Fowan, S. Arnaud, N. Blanc, J.S. Micha, R. Guinebretière, O. Castelnau, Laue microdiffraction on poly-crystalline samples above 1500 K achieved with the QMAX-microLaue furnace, J. Appl. Cryst., 57 (2024), p. 470-480
[4] H. Moulinec, P. Suquet, A numerical method for computing the overall response of nonlinear composites with complex microstructure. Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 157, 69–94 (1998).
[5] L. Petrich, K. Derrien, V. Schmidt, R. Guinebretière, H. Moulinec, O. Castelnau, Thermo-elastic micromechanical modeling of tetragonal ZrO2 with a herringbone microstructure inherited from the cubic phase, Mater. & Design, 257 (2025) 114425.
[6] A. Boulle, A. Chartier, A. Debelle, X. Jin, J. -P. Crocombette, “Computational diffraction reveals long-range strains, distortions and disorder in molecular dynamics simulations of irradiated single crystals”, J. Appl. Cryst. 55 (2022) 296-309.

Votre Profil

Compétences

Nous recherchons un candidat motivé titulaire d'un doctorat en mécanique des matériaux, physique de la matière condensée, science des matériaux ou un domaine étroitement lié. Le candidat doit être familiarisé avec le calcul numérique / la programmation Python, et éventuellement avec la cristallographie et les techniques de diffraction des rayons X. Il/elle doit posséder de bonnes compétences en communication et un esprit d'équipe. La capacité à travailler dans un environnement international collaboratif est essentielle.

Votre Environnement de Travail

Le post-doctorant sera employé par le CNRS à Paris (laboratoire PIMM, France) et travaillera en étroite collaboration avec le laboratoire IRCER à Limoges (France) et le personnel scientifique des lignes de lumière D2AM et IF à l'ESRF (Grenoble, France) où les travaux expérimentaux seront réalisés. Ce poste à temps plein devrait idéalement débuter en janvier 2026 et est proposé dans le cadre d'un contrat à durée déterminée de 18 mois. La personne sera recrutée sous la responsabilité hiérarchique de Olivier Castelnau, DR CNRS au PIMM.

Rémunération et avantages

Rémunération

entre 3 131,32 € et 4 806, 6€ bruts mensuels selon expérience

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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