Offre de doctorat (H/F) : Mécanismes microscopiques de la rupture : comment nucléent les cavités dans les métaux ?

Description du Poste

Sujet De Thèse

Offre de thèse (financée par l’ANR)

“Mécanismes microscopiques de la rupture : comment nucléent les cavités dans les métaux ?”

Mots clefs : physique des défauts cristallins, simulations atomistiques, mécanique à petite échelle

Contexte:
Clarifier les processus à l’origine des cavités dans les métaux serait utile à de nombreuses applications : la rupture ductile, par fatigue [3], l’endommagement lié au stockage de l’hydrogène, le démouillage de films minces, la cavitation par électromigration en microélectronique…
L’amorçage de la rupture est bien compris qualitativement dans les alliages métalliques comportant des précipités de diamètres au delà du micron. Elle intervient par décohésion de la particule elle même ou de son interface avec la matrice. La cavité ainsi créée croit en émettant des dislocations et finalement les ligaments qui la sépare de ses voisines rompent par amincissement plastique. Par contre, le mécanisme est toujours controversé dans le cas de particules de diamètre nanométrique ou dans les métaux purs [2]. Des expériences récentes [4] ont montré que les cavités apparaissent préférentiellement dans les interfaces formées au cours de la déformation plastique : les murs des cellules de dislocations. Néanmoins, elles sont détectées quand elles sont déjà relativement grandes, 20 à 50 nm de diamètre, et peu d’information sont connues sur les premiers stades de leur formation dans les interfaces.
La question est de déterminer si ces cavités se forment par condensation de lacunes.

Objectifs :
Dans cette thèse, nous proposons d’étudier la nucléation de cavités à partir de lacunes sur un éventail de défauts cristallins choisis pour déterminer le mécanisme de formation des cavités. Les techniques employées seront des simulations atomistiques (Monte Carlo [5] et potentiels interatomiques Machine Learning). Ce travail s’inscrit dans un projet ANR et donc bénéficiera d’interactions avec des partenaires ayant des compétences complémentaires. En particulier, les simulations atomistiques auront des données d’entrée provenant de simulations de micro-mécanique (des niveaux de contrainte obtenus par simulation de dynamique des dislocations discrètes [6] menées au CEA) et provenant d’expériences (observations de microstructures produites par la déformation et de localisations de cavités) menées à PIMM Arts et Métiers Paris Tech, ainsi qu’à l’iLM (essais de traction sous MEB et découpes FIB).

Compétences requises :
Une formation solide en physique de la matière condensée ou en science des matériaux, une bonne aptitude à programmer (en C ou équivalent), bonne maîtrise de l’anglais. Le candidat fournira un CV, une lettre de motivation ainsi que ses notes (master 1 et 2, ainsi que sa position dans le classement s’il existe).

Bibliographie:

[2] “Void nucleation during ductile rupture of metals: A review” P. J. Noell et al. Prog. Mat. Sci. 135 101085 (2023)
[3] “Fatigue damage of ultrafine-grain copper in very-high cycle fatigue region” P. Lukáš et al. Mat. Sci. Eng. A 528 (2011) pp. 7036-7040
[4] “Nanoscale conditions for ductile void nucleation in copper: Vacancy condensation and the growth-limited microstructural state” P. J. Noell et al. Acta mater 184 (2020) pp. 211-224
[5] “Sampling vacancy configurations with large relaxations using Smart Darting” D. Tanguy Phys. Rev. Mat. 8 033604 (2024)
[6] “On the role of cross-slip and collinear annihilation in dynamic recovery annihilation” R. Madec, B. Devincre and L. Kubin, Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 33 015010 (2025)

Votre Environnement de Travail

L’Institut Lumière Matière (iLM) est une unité mixte de recherche CNRS - Université Claude Bernard Lyon 1, implantée sur le campus LyonTech-La Doua. Fort de 310 collaborateurs, dont environ un tiers de doctorants et de post-doctorants, l’iLM constitue un pôle d’excellence en physique et en chimie en région Auvergne-Rhône-Alpes, bénéficiant d’une reconnaissance internationale pour la qualité de ses travaux

L’institut articule sa démarche autour d’un continuum entre recherche fondamentale, réponse aux enjeux sociétaux et innovation. Cette approche s’accompagne d’un engagement collectif en faveur de l’excellence scientifique, de l’éthique et de la responsabilité en matière de recherche.

Les activités scientifiques de l’iLM s’organisent selon six axes thématiques principaux :

Matériaux avancés et optique
Matière complexe et systèmes hors équilibre
Nanosciences
Optique, milieux dilués et processus ultrarapides
Théorie et modélisation
Vivant, santé et environnement.

La thèse se déroulera dans l'équipe MMCI (modélisation de la matière condensée et interfaces), 12 permanents, membre de l'axe "Théorie et Modélisation).

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € brut mensuel

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.

Le CNRS

Les métiers de la recherche