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

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. Même si elles ne sont pas responsables de la plus grande partie des émissions de gaz à effet serre (GES) et des déchets liés aux matériaux, elles sont mises en forme et densifiées par des procédés à haute température, qui sont notoirement énergivores. Réduire la consommation d'énergie et/ou décarboner cette étape sont donc les premières stratégies à implémenter pour essayer de réduire leur impact environnemental. La concentration de la radiation solaire dans des Fours Solaires permet d'atteindre au point focal des températures très élevées (supérieures à 1600 °C) avec des vitesses de chauffage rapides (50 et 100 °C/min) et a déjà démontré son potentiel pour la cuisson de céramiques traditionnelles et le frittage de l'alumine. Son application à la céramique de zircone et à d'autres oxydes semble donc très prometteuse.

Objectifs et activités de recherche. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d‘étudier et explorer le potentiel de l’ESC pour le frittage de céramiques avancées à base d’oxydes. La compréhension des relations procédé-microstructure-propriétés de cette nouvelle technologie de frittage sera le sujet principal de la thèse. Deux autres aspects seront étudiés : la compréhension des mécanismes de frittage activés par la radiation solaire concentrée, et la modélisation du transport de chaleur générée 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, telles que la zircone stabilisée a l’yttrine et l’alumine, et comparés au frittage conventionnel en four à air électrique. Le frittage par ESC des échantillons céramiques sera fait dans les installations solaires de basse et moyenne puissance du Four Solaire d’Odeillo (laboratoire PROMES UPR 8521, où de courts séjours seront réalisés) et dans des fours à image au laboratoire MateIS à Lyon (UMR 5510, où la thèse se déroulera principalement). Il sera crucial d’instrumenter ces installations pour pouvoir estimer la puissance solaire incidente et la température de l’échantillon pour, ensuite, utiliser ces données dans la modélisation du transfert de chaleur.
Cette première étape servir
Voir plus sur le site emploi.cnrs.fr...