Thèse en science des matériaux (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Rhéologie et hydratation de ciments silico-magnésiens bas-carbone issus de roches ultramafiques.
Financement : Projet européen Horizon Europe EIC-Pathfinder CONCERTO (https://concerto-eic.eu/)
1. Contexte scientifique et objectifs
Face à l'empreinte carbone considérable de l'industrie cimentière, le développement de liants hydrauliques alternatifs constitue un enjeu majeur de la transition écologique des matériaux de construction. Cette thèse s'inscrit dans le projet européen CONCERTO (Horizon Europe EIC-Pathfinder), consacré à l'élaboration de liants hydrauliques bas-carbone de nouvelle génération, issus de ressources ultramafiques.
L'objectif est d'étudier les mécanismes d'hydratation de liants silico-magnésiens, depuis les toutes premières réactions de dissolution jusqu'au durcissement et à la performance mécanique à long terme. Une attention particulière sera portée à la dissolution de surface, à la nucléation et croissance des hydrates, à l'évolution des propriétés rhéologiques, à la cinétique de prise.
Deux stratégies complémentaires seront explorées pour contrôler et accélérer l'hydratation :
a) Effet d'un co-liant minéral. La dissolution rapide du magnésium tend à générer des couches de surface riches en silice, passivant la surface réactive. L'association à une source d'alumine ou de silice réactive (argiles activées, résidus alumineux tels que les sous-produits industriels riches en Aluminium) sera étudiée afin de favoriser la formation de phases germinatrices — silicate de magnésium hydratées (M-S-H) ou phases de type hydrotalcite jouant le rôle de sites de nucléation hétérogène.
b) Contrôle de la réactivité du fer par ligands. Le fer, naturellement présent dans les minéraux silico-magnésiens, précipite rapidement sous forme d'oxyhydroxydes passivant en milieu alcalin. L'usage de ligands chélatants, notamment des amines ou d'origine biologique (extraits de cultures bactériennes), sera exploré pour stabiliser le fer en solution et retarder cette passivation — une approche originale à l'interface chimie–biologie.
2. Méthodologie et techniques expérimentales
La caractérisation multi-échelle combinera :
• Spectroscopies optiques (FTIR, Raman) pour le suivi cinétique des transformations structurales ;
• Diffraction des rayons X pour l'identification et le suivi des phases cristallines ;
• RMN du solide (²⁹Si, ²⁷Al) pour sonder la coordination et la polymérisation locale du silicium et de l'aluminium, et déterminer si l'activation mécanique conduit à des phases Mg/Si séparées ou à une solution solide homogène ;
• Spectroscopie d'absorption X (XANES/EXAFS) sur synchrotron pour suivre in situ l'évolution des environnements chimiques du magnésium et du fer.
• Microscopie électronique (MEB, MET) pour la morphologie et la distribution spatiale des phases ;
3. Profil recherché
Master (ou équivalent) en science des matériaux, chimie du solide, génie chimique ou discipline apparente. Goût prononcé pour la recherche expérimentale et les systèmes multiphasiques complexes, aptitude au travail interdisciplinaire. Une expérience en chimie des ciments, caractérisation à l'état solide, spectroscopie ou méthodes synchrotron sera appréciée.

Votre Environnement de Travail

La thèse se déroulera au sein du pôle de recherche Paris-Saclay, entre les laboratoires LMPS et LPS, dans un environnement international et interdisciplinaire adossé au projet Européen CONCERTO. Le/la doctorant·e bénéficiera d'un accès à des plateformes d'analyse avancées.
Le Laboratoire de Physique des Solides est une unité mixte de recherche (UMR 8502) de l'Université Paris-Saclay et du CNRS. Il est affilié à l'Institut de Physique du CNRS et à la 28e section du Conseil National des Universités. Le LPS est membre de la Fédération Friedel-Jacquinot, structure de coordination de la physique sur le plateau du Moulon à Orsay (IdF).
Il regroupe une centaine de chercheurs et enseignants-chercheurs, expérimentateurs et théoriciens, et l'activité de recherche est soutenue par une soixantaine d'ingénieurs, techniciens et administratifs.
Le laboratoire accueille chaque année un grand nombre d'étudiants de premier et deuxième cycle dont de nombreux doctorants, ainsi que des chercheurs en postdoctorat et des scientifiques invités. Le laboratoire couvre une plus grande variété de sujets que son nom ne le suggère, et vise à aborder toute la diversité de la physique de la matière condensée. L'activité de recherche s'organise autour de trois grands axes, qui impliquent chacun à peu près le même nombre de scientifiques :
• Nouveaux états électroniques de la matière
• Phénomènes physiques aux dimensions réduites
• Matière molle et interface physique-biologie

Dans le premier axe sont regroupées des études tant expérimentales que théoriques ayant trait aux propriétés des systèmes dans lesquels les corrélations électroniques sont généralement fortes et qui sont sièges de propriétés remarquables et d'états électroniques non conventionnels tels que la supraconductivité, le magnétisme, les transitions métal-isolant etc.
Dans le deuxième se retrouvent les activités relevant des « nanosciences » au sens large. Elles sont ici abordées du point de vue des propriétés fondamentales, lorsque les dimensions d'un objet deviennent aussi petites que certaines distances caractéristiques (longueur de cohérence, libre parcours moyen, …).
Le troisième axe, étend le concept de « matière molle » à des systèmes biologiques. Les thèmes vont donc des systèmes complexes aux tissus vivants, des cristaux liquides aux mousses, en passant par les polymères ou les systèmes granulaires. Ces études physiques sont à l'interface avec la physico-chimie et la biologie.
C’est au sein de ce troisième axe que seront menées les recherches dont relèvent les travaux de la thèse proposée.
Il est à rappeler qu’une partie des travaux se fera au laboratoire LMPS (laboratoire de mécanique paris Saclay) de l’ENS Paris Saclay.

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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