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H/F - Doctorant(e) - Recyclage des aimants NdFeB : étude de la densification par Spark Plasma Sintering

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

Date Limite Candidature : lundi 12 juillet 2021

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Informations générales

Référence : UMR6508-SANSOC-002
Lieu de travail : CAEN
Date de publication : lundi 31 mai 2021
Nom du responsable scientifique : NOUDEM Jacques
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les aimants de type Terres Rares-Fer-Bore (TRFeB) sont des constituants des moteurs électriques de haute performance. Avec le développement des voitures électriques ou hybrides, celui des éoliennes et des hydroliennes, le besoin de tels aimants connaît une expansion très importante. En 2010/11, l'industrie des éoliennes a utilisé 11 540 tonnes. En 2013, 37000 tonnes d'aimants de Terres Rares ont aussi été employées pour la fabrication de voitures électriques et hybrides. La demande en Terres Rares est par conséquent en constante augmentation, pour l'élément Néodyme elle devrait notamment connaître une croissance de 700% dans les 25 années prochaines années. Les sources actuelles d'approvisionnement ne devraient donc pas suffire pour répondre à cette tendance. De plus, le marché des Terres Rares est soumis à des prix extrêmement volatiles, reflétant les tensions géopolitiques et le jeu stratégique des pays producteurs, en particulier la Chine. Parmi les différentes solutions pour réduire la compétition pour l'accès aux Terres Rares dans la fabrication d'aimants, le recyclage apparaît comme la voie d'avenir. Les Déchets d'Équipement Électroniques et Électriques (DEEE) d'Europe représentent une source d'approvisionnement en Terres Rares encore inexploitée. L'exploitation de ces gisements « urbains » constitue donc un facteur majeur pour assurer l'indépendance européenne. Cette volonté de donner une seconde vie aux produits est aussi largement soutenue par la Commission Européen qui a fixé par décret des objectifs de collecte en augmentation constante pour les prochaines années : en 2015 un taux de collecte de 40% a été atteint, un objectif de 85% a été fixé pour 2019.
Les principales propriétés que doivent avoir les aimants permanents pour être efficace sont :
-Une anisotropie magnétocristalline élevée.
-Une aimantation à saturation (Ms) la plus importante possible,
-Une température de Curie élevée,
-Une aimantation (Mr) ou induction (Br) rémanente et un champ coercitif (Hc) élevés, ce qui signifie un produit énergétique (BH) maximal ; ce terme constitue un facteur de mérite pour un aimant placé dans un dispositif (moteur, etc).

L'objectif principal de cette thèse est de développer des aimants à partir de poudres d'aimants TRFeB issus des mines urbaines.
Au cours du procédé proposé, le recyclage des aimants frittés issus des DEEE, conduira, dans un premier temps, à la récupération de poudres de TRFeB. Dans un second temps, le développement de la technique de frittage non conventionnel, par Spark Plasma Sintering (SPS) utilisant la poudre ouvre une perspective de valorisation intéressante. Le procédé SPS qui combine de forts courants et des pressions élevées permettra de développer des microstructures maîtrisées et des propriétés magnétiques dans un nouvel aimant TRFeB issu de poudres recyclées. Ce procédé de frittage non conventionnel présente des avantages significatifs par rapport aux procédés conventionnel de frittage, tels que: un temps de traitement et une réduction de la température importante, des vitesses de chauffage très rapides, et une réduction de la consommation d'énergie. Ainsi, dans le cadre de l'étude proposée, on s'attachera à :
-Étudier et comprendre les mécanismes de frittage rapide par SPS. Des poudres précurseurs seront produites par mécano-synthèse et par réaction en milieu liquide par pulvérisation hydrothermale à haute température et sous haute pression "conditions supercritiques",
-Étudier l'influence d'une microstructure contrôlée sur les propriétés magnétiques
-Étudier le développement d'anisotropie des propriétés magnétiques par un contrôle de la texturation des matériaux
-Caractériser les propriétés d'usage des aimants produits, par des tests, notamment sur machines électriques.
Profil ou compétences souhaitées:
-Maîtrise en science des matériaux ou tout diplôme équivalent
-Connaissances en science des matériaux, en métallurgie des poudres ainsi qu'une bonne connaissance des relations propriétés / microstructure.
-Les compétences du candidat dans le domaine des procédés des matériaux et de l'étude des propriétés magnétiques seraient appréciées.

Contexte de travail

Cette thèse sera réalisée dans le cadre du projet Labex 'REFAIRE' entre le CRISMAT (Caen) et le GPM (Rouen). La ou le doctorant (e) travaillera en collaboration avec l'équipe du GPM sur l'étude et l'optimisation de la synthèse des poudres dans les conditions supercritiques.
Ce projet est soumis à l'obtention du financement de la Région Normandie.

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