Thèse de doctorat en Sciences de Matériaux - Céramiques (H/F)

Cette offre est ouverte aux personnes disposant d’un titre leur reconnaissant la qualité de travailleur handicapé ou travailleuse handicapée.

L'offre en un coup d'œil

L'unité

Matériaux Ingénierie et Science

Type de Contrat

Temps de Travail

Lieu de Travail

Durée du contrat

36 mois

Date d'Embauche

Rémunération

Postuler Date limite de candidature : vendredi 22 mai :59

Description du Poste

Sujet De Thèse

Frittage de céramiques avancées à base d’oxydes par Energie Solaire Concentrée

Contexte. Cette thèse de doctorat sera réalisée au laboratoire MatéIS, sur le campus de La Doua, à Lyon, dans le cadre de la Chaire Professeur Junior « Frugalité en Science des Matériaux» visant à étudier l’utilisation de l’Energie Solaire Concentrée (ESC) pour le frittage des céramiques avancées, avec l’objectif de réduire l’empreinte environnementale de leur cycle de vie.

Les céramiques avancées à base d’oxydes, telles que la zircone et l’alumine, doivent présenter des performances élevées pour leurs applications fonctionnelles et structurelles, ou lorsqu'elles sont utilisées comme revêtements ou biocéramiques. Bien que ces matériaux ne soient pas responsables de la majeure partie des émissions de gaz à effet serre et des déchets liés aux matériaux, ils sont mis en forme et densifiés par des procédés à haute température, qui sont énergivores. Réduire la consommation d'énergie et/ou décarboner cette étape constituent les premières stratégies à mettre en œuvre pour réduire leur impact environnemental. La concentration de la radiation solaire dans des fours solaires permet d’atteindre des températures élevées au point focal (supérieures à 1600 °C) avec des vitesses de chauffage rapides (50 à 100 °C/min). Son application à la céramique de zircone et à d'autres oxydes est prometteuse.

Objectifs et activités de recherche. L’objectif de cette thèse est d’étudier et d’explorer le potentiel de l’ESC pour le frittage de céramiques avancées à base d’oxydes. La compréhension des relations procédé-microstructure-propriétés sera le sujet principal. Deux autres aspects seront étudiés : la compréhension des mécanismes de frittage activés par radiation solaire concentrée et la modélisation du transport de chaleur généré par l’absorption localisée de la radiation solaire concentrée pendant la densification du matériau.

D’abord, des tests préliminaires de frittage par ESC seront effectués sur des céramiques standard (zircone stabilisée à l’yttrie et alumine) et comparés au frittage conventionnel en four à air électrique. Le frittage par ESC des échantillons sera réalisé dans les installations solaires de basse et moyenne puissance du Four Solaire d’Odeillo (laboratoire PROMES UPR 8521) et dans des fours à image au laboratoire MateIS à Lyon (UMR 5510). Il sera crucial d’instrumenter ces installations pour estimer la puissance solaire incidente et la température de l’échantillon, afin d’utiliser ces données dans la modélisation du transfert de chaleur. Cette première étape servira de « proof of concept ». Suivra une étape de caractérisation de la microstructure et des propriétés (notamment mécaniques) en fonction des conditions de frittage, afin de comprendre les relations procédé-microstructure-propriétés et d’optimiser les paramètres du procédé (puissance, température, durée du cycle, etc.).

Les impacts environnementaux seront évalués par la méthode d’analyse du cycle de vie (ACV). L’empreinte du frittage sera quantifiée et comparée avec un frittage conventionnel. Les questions scientifiques abordées intégreront la relation procédé-microstructure-propriétés du frittage ESC, les mécanismes de densification activés, le transfert de chaleur et sa modélisation, les mécanismes d’absorption de la radiation solaire concentrée par les matériaux étudiés, et les impacts environnementaux des procédés d’élaboration de matériaux céramiques avancés.

Responsabilités : Travailler sur les thématiques de recherche du projet dans le but d’obtenir un doctorat, élaborer des céramiques à partir de poudres (par pressage/CIP), réaliser le frittage des céramiques grâce à l’ESC dans des installations solaires de basse et moyenne puissance, réaliser des caractérisations sur des céramiques vertes/finales (dilatométrie, DRX, densité, analyses thermiques, dureté Vickers), effectuer des essais/caractérisations par microscopie électronique (MEB) et tomographie, réaliser des essais mécaniques pour évaluer le comportement mécanique, effectuer une évaluation environnementale des procédés par ACV, collaborer avec des partenaires nationaux et internationaux, rédiger des articles scientifiques, préparer des communications orales scientifiques nationales et internationales, rédiger le manuscrit de thèse et préparer la soutenance, superviser des étudiants en master et participer à des activités de vulgarisation scientifique.

Votre Environnement de Travail

MATEIS est un laboratoire de Science des Matériaux à l’intersection des disciplines chimiques, physiques et mécaniques. Le laboratoire étudie les trois classes de matériaux (métaux, céramiques, polymères) et leurs composites, en intégrant les caractéristiques en volume, en surface et les interfaces. L’objectif est de décrire les relations élaboration-microstructure-propriétés, avec une approche expérimentale et de modélisation. MATEIS intervient dans les procédés avancés d’élaboration, la caractérisation de la microstructure (in-situ et/ou en 3D), la modélisation à différentes échelles, et la caractérisation des propriétés d’usage et de leur évolution. Le laboratoire compte environ 170 personnes et est organisé en 6 équipes de recherche. Il est une Unité Mixte de Recherche (UMR5510), sous la tutelle de l’INSA de Lyon, l’Université Claude Bernard Lyon 1 et le CNRS. L’unité est implantée sur le Campus Lyon-Tech de La Doua à l’INSA de Lyon, avec des activités liées à la santé sur le Pôle Santé Lyon-Est. Le groupe CERA travaille sur les céramiques et composites et collabore avec les autres équipes du laboratoire.

Contraintes et risques

Des courts séjours seront réalisés dans les installations solaires de basse et moyenne puissance du Four Solaire d’Odeillo (laboratoire PROMES UPR 8521).

Rémunération et avantages

Rémunération

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

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

Référence de l’offre

Section(s) CN / Domaine de recherche

Section(s) CN / Domaine de recherche Mécanique des solides. Matériaux et structures. Biomécanique. Acoustique

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.