Offre de thèse CEMHTI

Exploration des systèmes MxOy-Al2O3-SiO2 à travers leur dynamique et leur structure, depuis le milieu fondu jusqu’à basse température 

 

Contexte

La science des matériaux vit actuellement des avancées importantes liées notamment à l’originalité et à la diversité accrues des méthodes de synthèse, à la maturité des méthodes de simulation numérique associée à la disponibilité de moyens de calcul de plus en plus performants, mais également et surtout grâce aux perfectionnements des techniques de caractérisation en termes notamment de vitesse et de résolution.

Cette convergence des méthodes numériques et des techniques expérimentales ouvre la voie à une étude plus systématique des diagrammes de phase et à l’exploration du comportement des systèmes en dehors de l’équilibre thermodynamique. La possibilité de contrôler l’environnement des milieux fondus et les vitesses de refroidissement constituent des atouts majeurs pour la compréhension de ces systèmes et la possibilité d’élaborer des nouvelles structures à travers le contrôle de leur histoire thermique.

On s’intéressera dans cette thèse aux diagrammes d’oxydes MxOy-Al2O3-SiO2 (avec MxOy = ZrO2, ZnO, SrO…) à haut point de fusion dont l’analyse nécessite la production de très hautes températures peu atteignables par des dispositifs conventionnels. L’étude de ces systèmes présente un fort intérêt dans différents domaines tels que la production de verres résistants aux alcalins, la conception de réfractaires stables chimiquement ou encore l’élaboration de vitrocéramiques.

Le développement d’un nouveau plateau d’essais au laboratoire CEMHTI permettant de confiner les milieux fondus par des techniques hors container et de caractériser à la fois leurs propriétés thermo-physiques et des grandeurs microscopiques intégrant de l’information sur la dynamique et la structure, offre un cadre naturel pour cette étude. L’exploration de la phase liquide et de la zone de surfusion devrait permettre d’identifier les conditions propices à la formation de phases originales qu’elles soient amorphes ou cristallines ainsi que de mieux comprendre les mécanismes microscopiques qui sont les catalyseurs de leur stabilisation. Les compositions sélectionnées constituent des systèmes de choix pour éclairer cette problématique. En effet, le réseau aluminosilicate est très versatile, il favorise l’émergence de propriétés souvent remarquables et son interaction avec les éléments fondants ou intermédiaires doit permettre de comprendre la variabilité des comportements et des structures.

 

Objectifs de la thèse

Un des principaux axes de recherche du laboratoire est le développement d’outils expérimentaux et numériques pour l’élaboration de nouveaux matériaux et la caractérisation des propriétés des milieux en conditions extrêmes de température et plus particulièrement celles des milieux fondus. Le sujet de cette thèse s’inscrit  naturellement dans ce cadre, il propose de s’appuyer sur l’ensemble des compétences et des moyens disponibles au laboratoire (IR, Raman, RMN,…) pour accumuler un large panel de données thermo-physiques et multi-spectroscopiques sur une série de compositions représentative des systèmes MxOy-Al2O3-SiO2. L’acquisition d’un jeu conséquent de données expérimentales, originales et uniques permettra de progresser dans la compréhension globale de ces systèmes et de favoriser ainsi la recherche et la production de compositions et de structures nouvelles. L’analyse de ces structures et microstructures sera complétée à plus large échelle par les techniques de microscopie (MET, MEB) et par DRX.

Une stratégie d’analyse de données multiniveaux sera mise en place dans le cadre de la thèse. Elle sera basée sur l’extraction de grandeurs physiques, de descripteurs structuraux et de marqueurs liés à la dynamique de ces systèmes à partir des mesures. En s’appuyant sur l’expertise des équipes du CEMHTI, cette étape permettra de produire de nouvelles données intrinsèques aux systèmes étudiés. Le nouvel ensemble sera ensuite analysé avec des algorithmes plus généraux permettant de valider les informations extraites par les différentes techniques et de proposer une image fidèle des milieux fondus et de leur évolution au cours du refroidissement. Cette connaissance au niveau des systèmes devrait permettre également d’améliorer nos méthodes de prédictions du comportement et des propriétés de ces systèmes complexes.

 

Laboratoire d’accueil : CNRS - Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation 1D avenue de la Recherche Scientifique 45071 Orléans Cedex 2

Contacts : Domingos De Sousa Meneses Tél : (+33) 238255534 E-mail : This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Début de la thèse et financement : 01/10/2020 – Financement institutionnel (3 ans)