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Doctorant (H/F): Alliages concentrés complexes pour bio-implants : fabrication additive et propriétés

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

Date Limite Candidature : jeudi 5 août 2021

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Informations générales

Référence : UPR3407-GUYDIR-005
Lieu de travail : VILLETANEUSE
Date de publication : jeudi 15 juillet 2021
Nom du responsable scientifique : Prof. Guy DIRRAS
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 15 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Contexte
Alors que la population des sociétés modernes vieillit et que le risque de maladie osseuse ou d'accident osseux augmente, le besoin d'une nouvelle génération de matériaux avec une biocompatibilité supérieure et des propriétés mécaniques adéquates reste un défi.
Les matériaux métalliques actuellement utilisés pour les implants biomédicaux sont des alliages de titane (Ti6Al4V) ou d'aciers (CoCr), entre autres. Il est désormais acquis que, malgré leur large application dans le domaine médical, ces matériaux présentent quelques inconvénients : leurs propriétés mécaniques ne sont pas optimisées : module d'Young élevé, 110 GPa et 250 Gpa, pour Ti6Al4V et CoCr, respectivement, par rapport à celui de l'os 30 Gpa). En outre, leur usure peut induire le relargage d'éléments toxiques (effet neuro-toxicologique de Al dans le cas de l'alliage Ti6Al4V, et cancérigène de Co dans le cas des alliages CoCr). Enfin, d'un point de vue strictement économique, leur usinage sous forme d'implants n'est pas non plus optimal et nécessite plusieurs opérations métallurgiques coûteuses, y compris une perte de matière non négligeable.
À travers de nouvelles compositions chimiques, à base d'éléments métalliques à priori non nocifs pour l'organisme humain, et des procédés originaux et versatiles d'élaboration et de mise en forme, le travail proposé dans le cadre de cette offre thèse est basé sur des solutions matériaux à base d'alliages métalliques présentant des propriétés mécaniques et physico-chimiques nettement améliorées par rapport aux matériaux actuellement utilisés.
La solution proposée de fonde sur la mise au point par fabrication additive sur lit de poudre d'alliages multiéléments à composition complexes, dont des alliages à haute entropie de mélange (HEA). Le choix sera porté sur le système TiNbZr-X (X = Mo, Ta), système susceptible de présenter une meilleure biocompatibilité avec un module de Young modulable. Une fusion SLM de ce système a déjà été réalisée par fabrication additive avec succès, mais un travail de développement et optimisation des paramètres de fusion et post-traitement thermique reste à faire pour valider la microstructure/propriétés mécaniques finales. Ainsi, après chaque étape de développement par SLM et éventuellement d'optimisation des microstructures par compaction isostatique à chaud et recuits contrôlés, les microstructures résultantes seront entièrement caractérisées (MEB-EBSD, MET, DRX) et leur comportement mécanique analysé sous différentes conditions de chargement, y compris en fatigue dans la cadre d'une collaboration internationale.

Cette thèse est réalisée dans le cadre du projet ANR « CoCoA-Bio : ANR-20-CE08-0032 » porté par le LSPM (Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux, UPR CNRS, 3407, Université Sorbonne Paris Nord) où se déroulera la thèse, en collaboration avec l'entreprise Z3DLAB SAS.

Le/la candidat/e sera issu/e d'un Master 2 recherche ou d'une École d'ingénieur à forte dominante métallurgie physique / sciences des matériaux /Mécanique des matériaux. Il/elle devra posséder une première expérience en fabrication additive métal (stages inclus) ou en métallurgie des poudres d'une façon générale (HIP, SPS…) et une pratique des traitements thermiques. Enfin une curiosité scientifique, une grande autonomie et une capacité à travailler de manière indépendante au sein d'une équipe pluridisciplinaire regroupant des métallurgistes, chimistes des matériaux, des mécaniciens des matériau et des physiciens seront des qualités appréciées.

Contexte de travail

La mission proposée s'intègre une collaboration de longue date entre le LSPM où sera réalisé le travail de caractérisation et la société Z3DLab SAS, spécialiste de la fabrication additive, au sein de laquelle sera réalisé la formulation et la fabrication des alliages. Les deux entités sont situées à 10 minutes de marche. Ce qui permet des échanges efficaces.

Contraintes et risques

Le LSPM est une Zone à Régime Restrictif, ce qui induit une latence de 8 semaines minimum entre la sélection du/de la candidat/e et le début de la mission

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