Diffraction X ultra-rapide de matériaux microstructurés soumis à un choc laser. Application au Laser Shot Peening (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Contexte Scientifique

Le grenaillage laser, ou laser shot peening (LSP), est un procédé visant à introduire des contraintes résiduelles de compression à la surface d’un matériau métallique afin d’en améliorer les propriétés en fatigue ou de résistance à la fissuration et in-fine limiter l’impact sur l’environnement des émissions des moyens de transport (aéronautique, automobile). Ce procédé de haute valeur ajoutée est déjà utilisé principalement en aéronautique. En effet, le LSP permet d’augmenter la durabilité des matériaux, d’une pièce mécanique ou d’une structure, et donc de limiter la fréquence de remplacement et l’usage de matériaux. Le procédé consiste à focaliser un laser de haute énergie (densité de puissance supérieure au GW/cm2), de diamètre millimétrique, pendant une dizaine de nanosecondes pour produire une onde de choc dans le matériau. Si l’amplitude de cette onde est suffisante, elle induit un champ hétérogène de déformations plastiques, conduisant in fine à des contraintes résiduelles une fois l’équilibre statique atteint. Même si ce procédé est mis en œuvre industriellement depuis plusieurs années et que de nombreux travaux de recherches ont été réalisés, il reste des questionnements scientifiques fondamentaux en suspens. Parmi ceux-ci, l’impact des orientations cristallines et de la microstructure sur la propagation des ondes de chocs et la relaxation des contraintes a été très peu abordé. Pourtant, il conditionne la génération locale de contraintes qui peuvent affaiblir le matériau, comme l’ont montré récemment des modélisations numériques à ces échelles. Jusqu’à maintenant aucune expérience n’a pu le mettre en évidence. En effet, ces études nécessitent des matériaux texturés bien maîtrisés et des mesures dynamiques résolus temporellement (inférieur à la ns) à l’échelle des grains (dizaines de microns). L’arrivée récentes des mesures in situ sur grands instruments scientifiques (Laser LULI et HERA, synchrotrons, et XFEL) révolutionne ce domaine de recherche fondamental en apportant des capacités expérimentales absolument uniques au monde. Ce sont les challenges ambitieux proposés dans cette thèse passionnante réalisée dans un environnement international stimulant parmi les plus en pointe sur le sujet.

Objectif de la thèse

Il s’agira de suivre à la fois la propagation in-situ d’un choc laser et les champs de contraintes à postériori dans des matériaux texturés qui seront fabriqués spécifiquement. Ces mesures seront réalisées par la diffraction des rayons X résolue en temps (résolution ps) ou en espace (microns), réalisables grâce aux sources synchrotrons et X-FEL, couplées à la vélocimétrie Doppler. Concrètement, le ou la candidat-e sera amené-e à préparer, réaliser et analyser des campagnes expérimentales sur les X-FELs Européen localisé à Hambourg (1ère campagne expérimentale sélectionnée pour Décembre 2026) et Japonais situé à Osaka, en synchrotron (ESRF à Grenoble ou Diamond en Angleterre) et sur le Laser HERA situé à l’Ecole Polytechnique à Palaiseau. Les extractions des champs de contrainte dans des conditions de sollicitations bien maîtrisées nécessitent la mise en place de méthodes inverses, et seront confrontées à de nouveaux modèles numériques qui seront développés dans le projet ANR-DFG L-SPIRITS dans lequel cette thèse s’intègre. Il s’agira à terme d’optimiser le procédé LSP en jouant sur les paramètres du procédé (taille de tâche laser, intensité, durée d’impulsion et taux de recouvrement).

Compétences recherchées

● Le ou la candidate doit avoir un niveau M2 dans l’un des domaines suivants : science de matériaux, physique de la matière condensée, mécanique des matériaux, grands instruments
● Compétences requises parmi les suivantes : curiosité et intérêt pour la multidisciplinarité, rigueur et esprit de synthèse, sens de l’organisation, de la communication, goût pour le travail en équipe, autonomie dans le travail.
● Seraient un plus : connaissances en mécanique ou physique des chocs, connaissance d’une ou plusieurs des techniques d’analyse (diffraction des rayons X, microscopie électronique,...), maîtrise d’un langage de programmation (ex. python), bon niveau d’anglais lu, écrit et parlé.

Votre Environnement de Travail

Le ou la candidate intégrera les équipes LASER et COMET du PIMM. Ce projet s’inscrit dans l’ANR-DFG L-SPIRITS Franco Allemande (PI - Laurent Berthe) portée par les laboratoires PIMM, I2M du côté français. Possibilité de missions d’enseignement (max 64h d’enseignement par année dans les formations de l’ENSAM)

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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