Thèse en science des matériaux (H/F)

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 apparent
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