Description du sujet de thèse

La thèse se propose de mettre en œuvre des méthodologies avancées de microscopie électronique à transmission (MET) pour l’étude des alliages métalliques à haute entropie. Les Alliages à Haute Entropie (AHE) sont des alliages multi-métalliques composés d’au moins cinq éléments différents, avec chacun des concentrations atomiques allant de 5 % à 35 %. Il a été démontré que la présence d’un grand nombre de métaux peut entraîner la formation de solutions solides monophasées, comblant dans certains cas le gap de solubilité des métaux immiscibles dans des composés bi- et tri-métalliques (Y. Yao et al., Science 2018, 359, 1489). Au-delà de l’intérêt fondamental pour la compréhension de leur structure et composition chimique, ces alliages sont utilisés comme plateformes pour la découverte des nouveaux matériaux pour l’électrocatalyse et le stockage d’hydrogène, en s’appuyant sur des prédictions issues d’approches d’intelligence artificielle appliquées à des données simulées (T. A.A. Batchelor et al. Joule 2019, 3, 834–845).
La microscopie électronique à transmission permet d’obtenir des informations sur la structure atomique et la composition chimique des alliages avec une résolution atomique. Dans le cadre de cette thèse la microscopie électronique sera utilisée dans le but d’entrainer des réseaux neuronaux à partir des données expérimentales donnés expérimentales de structure des AHE, mais aussi pour suivre en temps réel leur évolution à l’échelle du nanomètre lors de certaines réactions d’électrocatalyse. Les objectifs visés plus particulièrement sont les suivants :
1. Mettre en place un protocole d’analyse par MET à "haut débit" pour accélérer la caractérisation structurale et pouvoir ainsi analyser un grand nombre d’AHE. Par la suite, il s’agira d’entrainer des réseaux neuronaux avec les données expérimentales obtenues par MET couplées aux propriétés électrocatalytiques du même ensemble d’AHE, dans le but de découvrir des nouvelles compositions d’électrocatalyseurs multi-métalliques. Ce premier objectif s’inscrit dans le cadre du projet M2P2_HEA du PEPR Diadème, qui vise à la découverte des nouveaux électrocatalyseurs multi-métalliques grâce à l’utilisation des approches d’intelligence artificielle.
2. Etudier le mécanisme de formation de ces alliages par microscopie électronique in situ en phase liquide, à l’aide d’un porte-échantillon dédié.
3. Etudier, toujours par microscopie électronique in situ, l’évolution des AHE à l’échelle nano lors de réactions d’électrocatalyse pour des applications dans le domaine de l’énergie, comme l’électro-oxydation de l’éthanol ou l’éléctroreduction de l’oxygène dans les piles à combustible.

Contexte de travail

Le candidat (H/F) rejoindra l'école doctorale en Physique et Chimie Physique (ED 182) de l'Université de Strasbourg. Le projet sera réalisé au sein du groupe 3D TEM de l'Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS). Notre expertise réside dans l'étude des nanomatériaux par TEM in situ dans des environnements contrôlés de gaz ou de liquide, ainsi que la reconstruction 3D par tomographie électronique de matériaux nanostructurés. Dans le groupe, nous disposons de porte-échantillons dédiés à l'analyse in situ des nanomatériaux lors des réactions électrochimiques ou des réactions en phase gaz. Nous disposons de trois microscopes électroniques, dont un premier équipé d'un correcteur de sonde particulièrement adapté aux études par microscopie électronique en transmission à balayage (STEM), et un deuxième fonctionnant à 300 kV équipé d'un correcteur image qui permet d'atteindre des hautes résolutions spatiale (jusqu'à ~100 pm) et temporelle (jusqu'à 1 µs). Le candidat (H/F) retenu (e) bénéficiera également du réseau de collaboration de l'équipe et aura la possibilité de participer à un consortium travaillant sur la découverte pilotée par l'IA de nouveaux AHEs pour l'électrocatalyse constitué de l'ICPMS et deux autres laboratoires (LCMCP et ITODYS, Paris), ainsi que du synchrotron SOLEIL (ligne de lumière ROCK) et de l'IFP Energies Nouvelles.

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

La thèse se déroulera en trois ans. Il n y a pas de risques liés à cette thèse.