Missions

Réaliser des simulations numériques et des expériences de recherche

Activités

Dans ce projet post-doctoral, nous visons à étudier et modéliser la microstructure de la mousse confinée et les propriétés mécaniques à l'échelle des pores impliquant quelques particules. Ce travail impliquera à la fois des expériences et des simulations numériques et sera divisé en trois parties :

Microstructure :
1.1. Caractérisation expérimentale : À partir de la tomographie par rayons X, une analyse d'image utilisant des outils classiques ou d'apprentissage profond sera réalisée pour déterminer la distribution spatiale du liant à l'intérieur des pores.
1.2. Modélisation numérique : Le candidat développera un modèle numérique visant à reproduire la structure de la mousse liant observée lors des expériences. Un schéma numérique impliquant une tessellation 3D de Voronoï (Neper) et une minimisation de l'énergie de surface à l'aide du logiciel Surface Evolver a déjà été développé au laboratoire.

Mécanique à l'échelle des pores :
2.1. Expérience : L'étude et la modélisation du matériau granulaire lié par la mousse nécessitent une compréhension de son comportement à l'échelle des grains. Une expérience modèle (actuellement en développement) sera utilisée pour caractériser l'interaction entre deux grains entourés de mousse.
2.2. Modélisation numérique : La microstructure numérique à l'échelle des grains sera utilisée comme données d'entrée pour les calculs par la méthode des éléments finis (COMSOL) des propriétés mécaniques de l'assemblage granulaire rempli de mousse à l'échelle des pores.

Compétences

Nous recherchons un post-doctorant avec une solide formation en mécanique numérique, particulièrement en modélisation numérique, et avec des compétences en matière d'expérimentation, idéalement, dans le domaine des milieux granulaires ou des mousses. Une expérience avec Surface Evolver serait un atout. En fonction des compétences et des préférences du candidat, le projet de postdoc pourra être recentré sur certains des points présentés.

Contexte de travail

L'un des éléments essentiels du recyclage des matériaux est le concassage ou le broyage en éléments plus fins, tels que les matériaux granulaires ou les poudres, pour leur tri et leur réutilisation. Ce processus s'applique au verre, qui est fondu (calciné) dans les lignes de production, aux plastiques, aux granulats provenant de la déconstruction, aux matériaux composites et aux déchets de caoutchouc. Étant donné que l'étape de concassage/broyage est déjà énergivore, il est important de recycler les éléments concassés aussi directement que possible. Dans de nombreux cas, un simple façonnage à l'aide d'un liant, avec un éventuel traitement postérieur des surfaces périphériques, pourrait produire des blocs pour le mobilier urbain et la construction.

Un défi pratique majeur dans la mise en œuvre de ces assemblages granulaires, qu'ils soient recyclés ou non, est la dispersion du liant aux contacts entre les grains pour former des ponts de liant assurant la cohésion de l'ensemble. Cela nécessite généralement de revêtir les grains d'une fine couche de liant au préalable, puis d'assembler et de compacter l'ensemble. La difficulté réside dans le dépôt uniforme de la couche de liant sur la surface de tous les grains, nécessitant un mélange, un malaxage et une manipulation étendus des grains, surtout si l'objectif est de minimiser la quantité de liant. Une autre approche consiste à remplir complètement la porosité des empilements de grains avec le liant, puis à désaturer la porosité en injectant de l'air. Cependant, cette méthode est très gourmande en liant et sujette à l'instabilité du front de désaturation, entraînant une répartition inégale du liant liquide.

Ce projet post-doctoral fait partie du projet ANR BONDINGFOAM, qui explore la possibilité d'utiliser des mousses complexes (mousse liquide chargée d'un composant liant) comme liant à faible teneur en carbone. Un tel liant devrait facilement remplir les vides au sein des empilements de grains, façonnant l'ensemble et lui conférant une résistance mécanique significative. L'objectif est de réduire considérablement la quantité de liant requise en utilisant la proportion d'air (70-90%) introduite avec le liant, tout en évitant les problèmes d'instabilité grâce aux propriétés rhéologiques des mousses liquides. Le projet ANR aborde divers sujets, notamment l'écoulement de mousses complexes à travers des milieux poreux, la caractérisation microstructurale de la mousse confinée (à l'aide de la micro-tomographie par rayons X au Synchrotron SOLEIL), et la résistance mécanique à différentes échelles (macro et échelle des pores).


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

RAS

Informations complémentaires

Projet ANR BondingFoam