Description du sujet de thèse

Objectifs :

L'objectif principal de ce projet est de développer de nouvelles méthodes d'acquisition d'images et d'analyses ainsi qu'une nouvelle plate-forme in situ pour l'étude des matériaux de batteries sensibles au rayonnement électronique et des processus dynamiques. Les microscopes électroniques peuvent sonder les changements à l'échelle atomique qui se produisent aux interfaces et qui influent sur les performances des matériaux. Un défi majeur pour sonder les changements chimiques et structurels liés aux processus électrochimiques est la haute sensibilité au faisceau d'électrons des matériaux de batterie, de l'électrolyte et des composés nouvellement formés lors de la lithiation. De nouvelles méthodologies d'acquisition et de traitement sont nécessaires pour mieux comprendre l'évolution structurelle, le transfert de charge et la formation de SEI dans les batteries en condition de fonctionnement. Ce projet se concentrera sur le développement et l'optimisation de workflow : 1) pour l'analyse et le traitement d'images multi-trames ; 2) pour la visualisation et la quantification des dommages causés par les faisceaux, afin d'aider à la mise en œuvre de nouvelles stratégies de balayage pour l'acquisition STEM-EELS des interfaces de batteries ; 3) pour réaliser des cellules liquides à base de graphène afin d'accéder aux interfaces solide-liquide à haute résolution et d'appliquer les nouvelles méthodes d'acquisition basées sur l'IA pour les étudier.

Description du travail / des activités :

Vous effectuerez des mesures systématiques des dommages causés par le faisceau et quantifierez les changements chimiques et structurels qui se produisent sur le matériau de l'électrode négative et l'électrolyte lors de l'irradiation par le faisceau d'électrons en utilisant des configurations de balayage du faisceau avancées et la spectroscopie STEM-EELS.
Vous développerez de nouveaux workflows pour l'analyse quantitative et standardisée des images et des spectres ainsi que des procédures de traitement des données.
Vous préparerez des échantillons de haute qualité à l'abri de l'air et en utilisant des cellules liquides en graphène et développerez de nouvelles solutions pour la microscopie électronique in situ des interphases solide-électrolyte.
Vous interagirez régulièrement avec des collaborateurs du groupe Data and AI de Thermo Fisher Scientific, afin d'optimiser les paramètres d'acquisition testés et d'aider au développement de nouvelles stratégies basées sur l'exploitation des données, en utilisant les connaissances développées sur les échantillons au cours de ce travail de thèse.
Vous aurez accès à des possibilités uniques d'imagerie et de microscopie électronique analytique au sein de l'IMN. L'imagerie et l'analyse spectroscopique seront réalisées par microscopie électronique en transmission à balayage (STEM) et par spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) grâce au Nant'Themis (S)TEM (Thermo Fisher Scientific Themis Z G3). Ce microscope corrigé sonde est équipé de porte-objets spécialisés pour les mesures operando et le transfert d'échantillons sensibles à l'air, avec un mode faible dose et des détecteurs très sensibles (iDPC, détection directe des électrons).

Contexte de travail

Cette thèse de doctorat est financée dans le cadre d'un nouveau projet européen appelé OPINCHARGE. Ce programme de type « HORIZON-RIA » rassemble 10 organisations de recherche et de technologie de pointe à travers l'Europe dans le but de développer de nouvelles méthodologies de caractérisation pour les matériaux de batteries de nouvelle génération.
Le laboratoire hôte est l'Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN, UMR 6502, http://www.cnrs-imn.fr). L'IMN est un centre de recherche commun entre le CNRS et Nantes Université, composé de plus de 200 personnes dont plus de 120 permanents (professeurs, chercheurs CNRS, ingénieurs) et environ 80 doctorants et post-doctorants. Le/La doctorant/doctorante retenu(e) bénéficiera d'une interaction avec de nombreux collègues travaillant sur un certain nombre de domaines des sciences des matériaux par le biais d'expériences utilisant une myriade de techniques de caractérisation avancées et par le biais de simulations. Dans le cadre du projet OPINCHARGE, le doctorant rejoindra le groupe « Stockage et conversion électrochimique de l'énergie » (ST2E), un groupe de recherche renommé travaillant sur le développement et la caractérisation des batteries Li-ion (silicium, oxydes à haute teneur en nickel, base organique...). La personne recrutée sera encadrée à la fois par un professeur de ce groupe (Philippe Moreau) et par une chercheuse du CNRS ayant une grande expérience dans la compréhension de l'interaction du faisceau d'électrons avec les matériaux sensibles au faisceau, y compris les liquides (Patricia Abellan). Il/elle aura un accès direct et facile aux installations de microscopie électronique de l'IMN, ce qui lui permettra de développer des expériences de pointe dans ce domaine.
La personne retenue collaborera étroitement avec un chercheur postdoctoral travaillant à plein temps sur le développement de nouvelles stratégies de balayage pour l'acquisition STEM et plusieurs chercheurs seniors du groupe Data and AI (D&AI) de Thermo Fisher Scientific. Thermo Fisher Scientific, Pays-Bas, est le principal fabricant européen de microscopes électroniques. Le groupe D&AI contribuera au projet OPINCHARGE en fournissant des fonctionnalités d'application pilotées par l'IA pour la microscopie électronique en transmission (TEM) afin de réaliser des analyses operando et in situ des interphases dans les batteries au lithium.

L'étudiant(e) sera inscrit(e) à l'école doctorale 3M (Matière, Molécules et Matériaux) de Nantes Université

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

Pas de contraintes ou risques particuliers
Déplacement à l'étranger pour les séminaires avec les partenaires Européens.

Informations complémentaires

Profil et compétences recherchées :
Vous êtes titulaire d'un Master en physique, en science des matériaux ou dans des disciplines connexes.
Vous avez une certaine expérience de la caractérisation par des techniques de microscopie électronique.
Vous avez de bonnes compétences informatiques et pouvez utiliser des outils complexes de traitement et d'analyse d'images.
Vos connaissances en chimie des matériaux sont suffisantes pour prendre en compte les spécificités apportées par les composés présents dans les batteries au lithium et les réactions qu'ils peuvent entraîner.
Vous avez un goût particulier pour les expériences délicates, précises et stimulantes et êtes une personne très persévérante.
Vous aimez les études pratiques, tant expérimentales que computationnelles.
Vous pouvez interagir couramment en anglais avec d'autres chercheurs afin qu'ils puissent vous apporter leur contribution au projet OPINCHARGE et que vous puissiez leur donner la vôtre.
Vous êtes une personne orientée vers la qualité, consciencieuse, créative et aimant le travail d'équipe, avec un goût pour la rigueur scientifique.
Vous êtes capable de communiquer avec différents publics.
Une expérience dans les mesures operando et les spectroscopies serait un plus sans être obligatoire.

Toutes les candidatures doivent être envoyées via le "portail emploi CNRS" et doivent inclure un CV et une lettre de motivation.