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H/F Offre de thèse en sciences des matériaux : Design d'alliages cubiques centrés multi-constituants pour le stockage d'hydrogène par calcul DFT et apprentissage supervisé

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

Date Limite Candidature : vendredi 3 juin 2022

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Informations générales

Référence : UMR7182-JEACRI-004
Lieu de travail : THIAIS
Date de publication : vendredi 22 avril 2022
Nom du responsable scientifique : Jean-Claude CRIVELLO
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les alliages à « haute entropie » (HEA) sont des alliages multi-constituants (n ≈ 5) de composition élémentaire xi, i = [ 1 , n ], proche de xi = 1/n, engendrant une contribution maximale de l'entropie de mélange idéale, ΔSmix = R Sum xi ln xi, par rapport à un alliage classique (fortement concentré en 1 élément). Les HEA de type cubique centré (bcc) ont montré des capacités d'absorption en hydrogène potentiellement très élevé (H/M ≈ 2) [Scientific report 6, 36770 (2016)], et auraient besoin de guidelines pour aider à trouver des nouvelles compositions chimiques potentiellement efficace pour un stockage réversible d'hydrogène.

L'objectif de cette recherche sera de prédire des compositions pertinentes d'hydrures d'HEA-bcc. L'entropie étant universelle quelle que soit la nature des éléments de l'alliage, nous nous intéresserons à l'estimation de la contribution chimique, i.e. enthalpique ΔH, de l'enthalpie libre ΔG = ΔH - TΔS. Cette détermination sera réalisée par des calculs « premier principe », renforcés par apprentissage statistique (machine learning). Une base de données sera construite, permettant d'alimenter des modélisations thermodynamiques et d'effectuer un criblage de nouvelles compositions. Une approche statistique sera également proposée, où une fine analyse des environnements interstitiels préférentiels et de la distribution locale des atomes métalliques sera réalisée pour orienter la détermination de compositions pertinentes.

Contexte de travail

La thèse s'inscrit dans le cadre du Programme et Equipement Prioritaire de Recherche (PEPR) sur l'Hydrogène Décarboné, dans le volet SOLHYD, du stockage de l'hydrogène à l'état solide. Elle sera réalisée en parallèle à d'autres études doctorales et post-doctorales au sein du laboratoire ICMPE et en France.

Contraintes et risques

Ce projet est intégralement théorique combinant plusieurs méthodologies :
(1) génération de mailles aléatoires (special quasi-random structures, SQS) de mailles bcc et d'hydrures correspondants pour tous les systèmes binaires (n=2) à quinaires (n=5) ;
(2) calculs de structure électronique (DFT) systématiques des mailles SQS générées pour obtenir les ΔH avec une base très large d'éléments chimiques (~10 éléments) ;
(3) prédiction de nouvelles compositions par algorithmes de régression basés sur l'apprentissage statistique supervisé par réseau de neurones ;
(4) analyse des environnements locales par pair distribution function (PDF) simulée sur les différents sites cristallographiques.

Informations complémentaires

Pour candidater, envoyer un CV, une lettre de motivation, les relevés de notes de master et/ou école d'ingénieur ainsi que les noms de deux références (encadrants de stage ou de projets d'étude)

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