Description du sujet de thèse

Parmi les nouvelles approches de conception d’alliages métalliques pour des applications structurales ou fonctionnelles, celle qui vise à former des solutions solides concentrées par mélange d’éléments en proportions équiatomiques (ou proches) est particulièrement attractive. Les alliages issus de ce concept sont souvent considérés ”à haute entropie de mélange” (HEA) et présentent un large spectre de microstructures et de propriétés (mécaniques notamment), pour certaines supérieures aux solutions conventionnelles. Parmi les pistes explorées, les HEAs réfractaires (RHEAs) à base de Hf, Ta, Ti, Nb, Mo, Zr, W, Cr ou V sont attractifs, notamment dans l’industrie aéronautique de par la stabilité de leurs propriétés mécaniques spécifiques intéressantes jusqu’à 800-1000°C mais chutent sévèrement au-delà (à partir de 0.6Tf, Tf étant la température de fusion). Or les applications de type moteurs aéronautiques et hypersoniques nécessitent désormais des solutions pouvant résister jusqu’à 1400°C, et imposent donc un changement de paradigme. Récemment, une nouvelle approche a mené à la conception de RHEAs riches en carbone et dont la microstructure eutectique est composée de carbures de structure simple et d’une phase concentrée cubique centrée. L’intérêt de ces matériaux architecturés est double : les microstructures eutectiques sont connues pour leur grande stabilité en température et leur comportement mécanique est piloté par les interfaces.

Le projet proposé s’inscrit dans le cadre du projet ANR DoREMi (ANR-23-CE08-0025 : Développement de nouveaux alliages réfractaires eutectiques à composition complexe ; 2024-2028) qui vise à explorer le potentiel d’une nouvelle classe d’alliages complexes réfractaires renforcés par des carbures eutectiques pour des applications structurales dans des conditions de températures extrêmes (T inf à 1200°C). Quatre partenaires sont impliqués directement dans le projet : l’ICMPE, l’IRCP, le CEMES et le LSPM. Le travail proposé consiste à :

1. établir une stratégie de conception d’alliages eutectiques ”simplifiés” (3 à 4 éléments maximum, majoritairement réfractaires et incluant le carbone) à l’aide d’outils thermodynamiques prédictifs (méthode Calphad, programmation Python de base).
2. préparer par arc électrique les matériaux massifs sous la forme de lingots de petite taille ; effectuer de la croissance cristalline pour contrôler les phases eutectiques.
3. caractériser finement les microstructures par des outils de type DRX, MEB, DSC/résistivité, microsonde de Castaing et MET. Une attention particulière sera portée sur les interfaces carbures / phase cubique centrée dont la stabilité en température est primordiale pour le comportement macroscopique. Des visites au CEMES sont envisagées dans ce cadre.
4. tester mécaniquement les compositions d’intérêt en collaboration avec le LSPM.

Le caractère ambitieux de ce sujet réside dans l’approche souhaitée et se focalise donc autour d’axes scientifiques considérés comme des domaines d’expertise des deux équipes d’accueil (ICMPE - groupe CAM & IRCP - groupe MS). En particulier, l’élaboration des nuances d’alliages sera principalement réalisée au four à arc électrique, et sera suivie d’une caractérisation physico-chimique à l’aide des outils qui font la force des deux équipes (DRX, résistivité, MEB, MET...). La caractérisation des propriétés mécaniques des alliages obtenus sera effectuée à l’aide d’essais mécaniques simples (compression essentiellement). Les mécanismes de déformation seront finement étudiés sous MET, en collaboration avec les autres partenaires du projet.

Le ou la candidate de recruté(e) devra démontrer un cursus solide en sciences des matériaux avec un excellent niveau en Master 2/Ecole d’Ingénieur.

Contexte de travail

Thèse se déroulant entre l’ICMPE (Thiais, 94) et l’IRCP (Paris, 5ème)

L'ICMPE est un centre de recherche en chimie et science des matériaux (https://www.icmpe.cnrs.fr) qui couvre un large éventail de domaines de recherche, de la conception à la préparation et à l'optimisation des matériaux dans le cadre d'applications industrielles potentielles. L'ICMPE réalise des études approfondies à plusieurs échelles de nouveaux matériaux pour des applications structurelles et fonctionnelles, principalement dans les domaines du transport et de l'énergie. L'ICMPE et le groupe CAM en particulier (https://www.icmpe.cnrs.fr/recherche/departement-m2i/cam/) a également une grande expérience dans le domaine des alliages à haute entropie depuis qu'il a commencé à étudier les alliages réfractaires à composition complexe pour préparer et développer des alliages à haute entropie en 2012, ce qui a donné lieu à plusieurs publications et communications dans la communauté internationale.

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

N/A

Informations complémentaires

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