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Poste de doctorant Composites thermoplastiques haute performance : étude physique des phénomènes interfaciaux lors des étapes de leur mise en œuvre (H/F) - M/F

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Informations générales

Référence : UMR8006-ILIILI-002
Lieu de travail : PARIS 13
Date de publication : mercredi 24 juillet 2019
Nom du responsable scientifique : Guillaume Miquelard-Garnier et Gilles Régnier
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

La réduction de consommation d'énergie dans les transports, notamment en aéronautique, passe par l'allégement des structures. Les structures primaires des avions civils modernes sont constituées à plus de 50% de matériaux composites polymère/fibre de carbone ce qui permet un allégement d'environ 20%. Aujourd'hui les composites utilisés sont essentiellement de type thermodurcissable (matrice polymère chimiquement réticulée) ce qui implique un procédé de mise en œuvre long et coûteux et limite la recyclabilité en fin de vie. La solution pour les nouvelles générations d'avions passe par l'utilisation de composites thermoplastiques à base de matrices polymères de haute performance (très haut point de fusion et résistance aux environnements agressifs), avec potentiellement l'énorme avantage de pouvoir souder les pièces entre elles. C'est dans ce contexte que s'inscrit le travail de la thèse.

La mise en œuvre de tels composites thermoplastiques implique plusieurs étapes : préparation des nappes constituées de fines bandes unidirectionnelles de fibres de carbones pré-imprégnées de matrice thermoplastique, dépôt automatisé des nappes, consolidation des pièces, soudure pièce-pièce. Les phénomènes physiques et physico-chimiques qui jouent un rôle clé lors de ces étapes sont similaires : fusion/cristallisation de la matrice, mouillage des renforts par le polymère fondu, interdiffusion des chaines polymères aux interfaces, écoulement et rhéologie du composite au-delà du point de fusion de la matrice. L'objectif de la thèse sera d'étudier ces mécanismes physiques en relation avec l'architecture des nappes (taux et distribution des fibres de carbone) et de déterminer leur impact sur la consolidation et les propriétés des pièces composites.

Le/la candidat(e) idéal(e) doit avoir une solide formation en physique et/ou physico-chimie des polymères et des matériaux composites. Une connaissance de la mécanique des matériaux sera très appréciée. Il/elle doit avoir le goût pour la mise au point de nouvelles expériences, l'interdisciplinarité, une aisance en communication écrite et orale (en particulier en anglais) avec les partenaires industriels et académiques et une grande facilité pour le travail en équipe.

Contexte de travail

La thèse s'inscrit dans le cadre du projet collaboratif HAICoPAS (Highly Automatized Integrated Composites for Performing Adaptable Structures) porté par Hexcel et Arkema et qui a reçu le soutien financier du programme d'investissements d'avenir (https://www.arkema.com/fr/media/actualites/detail-actualite/Nouveau-Consortium-HAICoPAS-des-solutions-innovantes-pour-les-pieces-de-structure-en-composites-carbone-thermoplastiques./)
Le projet HAICoPAS vise à optimiser le processus de conception et de fabrication des nappes pour la production de pièces composites à un coût compétitif et à cadence élevée. Il a également pour objectif le développement d'une technologie de placement de nappes plus productive et d'un nouveau système d'assemblage de pièces finales par soudage avec un contrôle qualité en ligne.
HAiCoPAS réunit les compétences complémentaires de haut niveau apportées par Hexcel (fibre de carbone), Arkema (polymères haute performance) et par un certain nombre de petites et moyennes entreprises très qualifiées (Coriolis Composites, Ingecal, PEI, Institut de Soudure) reconnues pour leur expertise dans le domaine des équipements et procédés de production des composites. Le soutien scientifique est assuré par deux Unités Mixtes de Recherche du CNRS : PIMM (Arts et Métiers ParisTech / le Cnam / CNRS) et LTEN (Université de Nantes / CNRS) qui apporteront la compréhension fondamentale nécessaire à l'optimisation des matériaux, de leur procédé de transformation et de leur comportement à long terme dans les conditions de service.

La thèse proposée ici s'inscrit dans ce contexte et elle se déroulera en parallèle avec deux autres thèses du projet. Le/la doctorant(e) fera partie de l'équipe Polymères & Composites du Laboratoire PIMM et travaillera en étroite collaboration avec les autres partenaires du projet. Il/elle effectuera des séjours et des expérimentations dans les locaux des autres partenaires (centres R&D industriels, Laboratoire LTEN), et aura à présenter régulièrement ses résultats lors des réunions techniques du projet.
Il/elle bénéficiera donc d'un environnement exceptionnel et aura une vision large sur la thématique des composites thermoplastiques haute performance et sur la chaine complète de mise en œuvre des matériaux et des procédés.

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