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Structure des élastomères isolants pour câbles électriques et mécanismes de dégradation oxydative (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : vendredi 2 décembre 2022

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Informations générales

Référence : UMR5223-PAUSOT-003
Lieu de travail : VILLEURBANNE
Date de publication : vendredi 11 novembre 2022
Nom du responsable scientifique : Paul Sotta
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 février 2023
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Cette thèse est proposée dans le contexte d'un projet collaboratif financé par l'ANR (Agence nationale de la Recherche), acronyme AMEDEE, coordonné par Bruno Fayolle (laboratoire PIMM, ENSAM Paris), portant sur l'étude de l'endommagement des matériaux élastomères utilisés comme isolants dans les câbles électriques. Pour pouvoir prédire la durée de vie de ces élastomères, il est nécessaire de connaitre avec précision les mécanismes de dégradation oxydante par coupure de chaînes qui conduisent à leur fragilisation.
Le processus de coupure de chaine produit des architectures macromoléculaires défectueuses et complexes (formation de chaines pendantes). La compréhension des nouvelles relations structure-propriétés mécaniques qui en résultent nécessite de faire appel à au moins trois domaines différents : chimie de l'oxydation des élastomères, physique des réseaux et propriétés mécaniques des élastomères. Le projet réunit un consortium d'experts couvrant la mise en œuvre des élastomères (Nexans, Lyon), la chimie et les propriétés mécanique au cours de l'oxydation (IFREMER, Brest, et PIMM, Paris) et la physique macromoléculaire (IMP, Lyon). Le consortium s'appuiera sur des techniques d'étude sensibles et/ou inédites dans le suivi de l'oxydation d'élastomères EPDM et XLPE modèles fournis par Nexans : absorption d'oxygène à l'échelle moléculaire, suivi de l'architecture macromoléculaire par RMN, mesure de la résistance à la fissuration.
La thèse expérimentale proposée ici porte d'abord sur la mise en œuvre des matériaux élastomères et leur caractérisation physique initiale. Deux familles d'élastomères seront formulées et mises en œuvre par réticulation à différents taux de peroxydes : des XLPE (polyethylènes basse densité réticulés) avec des taux de branchement différents, des EPDM avec des taux de diènes différents. Les structures des réseaux de réticulation (densités de réticulation, homogénéité des réseaux, défauts de réticulation) seront étudiées principalement par relaxométrie RMN bas-champ, par la méthode dite 'double quanta'.
La RMN bas-champ permettra ensuite de caractériser en détails, de façon quantitative, l'évolution des matériaux élastomères au cours de la dégradation : évolution du nombre de nœuds de réticulation effectivement actifs, du degré d'hétérogénéité, de la fraction de chaînes pendantes. L'évolution de la température de transition vitreuse est aussi potentiellement un marqueur de l'endommagement et sera caractérisée. Enfin, en combinant tous les résultats du projet, on participera à l'élaboration de nouvelles relations endommagement/propriétés, pour établir des lois prédictives de la durée de vie de ces matériaux.

Contexte de travail

La thèse se déroulera au laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères (IMP, CNRS-INSA Lyon), situé à Villeurbanne au voisinage immédiat de Lyon, et dans les laboratoires de R&I de l'entreprise Nexans, situés à Lyon. Le projet impliquera une collaboration étroite avec les autres partenaires du projet ANR, plus impliqués dans la réalisation des études de vieillissement et la caractérisation chimique et physico-chimique des mécanismes de dégradation.
La thèse sera encadrée par Paul Sotta, directeur de Recherches au CNRS, au laboratoire IMP sur le site de l'INSA-Lyon, et co-supervisée par Maxime Lacuve, ingénieur R&I chez Nexans (Lyon). Paul Sotta est physicien des polymères, spécialisé depuis de nombreuses années dans l'étude des relations mise en œuvre/structure/propriétés des élastomères.

Contraintes et risques

Ce projet de thèse expérimentale convient à des candidat(e)s possédant un Master en physique des polymères, en physico-chimie ou en science des Matériaux. Des connaissances de base solides en science des polymères seront considérées comme un atout. On attend une bonne capacité à travailler en équipe dans un environnement rassemblant des collaborateurs académiques et industriels possédant des champs d'expertise variés (chercheurs en physique, en mécanique, en chimie, en physico-chimie, ingénieurs et techniciens spécialistes de la mise en œuvre des élastomères, autres étudiants,…). Un bon niveau d'anglais à l'écrit et à l'oral est demandé.

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