Thèse en science des matériaux : Nouveaux procédés de recyclage des alliages d’aluminium

Contexte et objectifs

Afin de limiter le réchauffement climatique, l’Union Européenne s’est engagée à réduire ses émissions de gaz à effet de serre (GES) d’au moins 40 % en 2030. Afin d’atteindre cet objectif ambitieux, tout comme les autres secteurs, celui de la production des alliages métalliques doit drastiquement diminuer ses émissions. Pour cela, le développement de nouvelles méthodes de recyclage est une voie prometteuse. Actuellement, les alliages métalliques sont recyclés par re-fusion, ce qui diminue déjà nettement les émissions de GES. Pour les diminuer encore plus, le recyclage par voie solide consiste à extruder directement les alliages à recycler.

Le recyclage par voie solide a déjà été appliqué à un alliage d’aluminium et des propriétés mécaniques très prometteuses ont été mesurées. Néanmoins, une tendance à la décohésion, induite par des oxydes de magnésium, a également été observée. Il y a donc une interaction entre les impuretés issues du procédé (comme l’oxygène) et les éléments d’alliages (comme le magnésium), qui modifie la microstructure et peut dégrader les propriétés mécaniques.

Méthodologie et missions du doctorant

L’objectif de cette thèse est de pouvoir prédire, pour plusieurs nuances d’alliages d’aluminium, les conditions de recyclage par voie solide permettant d’obtenir les propriétés mécaniques les plus proches de l’alliage non recyclé. Pour cela, on suivra une approche multi-échelle combinant simulation et expérimentation.

Tout d’abord, la cinétique d’oxydation, qui a été identifié comme un paramètre clé modifiant la surface des copeaux et, ultérieurement, leur soudage, sera étudiée à la fois par modélisation et expérimentalement, en particulier en utilisant l’XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). Les conditions optimales pour le recyclage par voie solide, en particulier la température, seront ainsi identifiées et utilisées pour élaborer des alliages. Leur microstructure et leurs propriétés mécaniques seront caractérisées en détails, grâce à la microscopie électronique à balayage et en transmission, la nanoindentation et des essais de traction. Pour l’alliage extrudé le plus prometteur, la cinétique de précipitation sera étudiée en combinant à nouveau modélisation et expérience. La comparaison des propriétés mécaniques de l’alliage extrudé durci et du même alliage également durci mais non recyclé mettra en évidence le potentiel applicatif du recyclage par voie solide.   

En parallèle, le doctorant participera à un projet de vulgarisation scientifique, dont le support de communication principal est le compte Instagram o_mon_labo.

Intérêt du sujet

Ce nouveau procédé de recyclage est un projet de sens, qui a pour but de répondre à un enjeu de société majeur : la lutte contre le réchauffement climatique. C’est également l’opportunité d’acquérir un vaste panel de compétences : maîtrise d’outils expérimentaux et de simulation, gestion d’un projet de longue durée, communication dans des communautés d’experts et vulgarisation scientifique. Enfin, c’est un projet collaboratif entre plusieurs équipes de recherche, y compris à l’étranger.

Informations pratiques

La thèse se déroulera à l’Institut de Chimie et des Matériaux de Paris-Est (Thiais) et à l’Institut de Recherche de Chimie Paris (Paris). Des séjours à l’université de Dortmund (Allemagne) sont également prévus. La thèse sera dirigée par Mathilde Laurent-Brocq et co-encadrée par Lola Lilensten. Elle débutera le 1er octobre 2022, pour une durée de 3 ans.

Profil recherché 

  • Diplôme d’ingénieur ou master 2 avec une spécialité en matériaux (ou métallurgie) et un parcours d’excellence.
  • Goût pour le travail expérimental et de modélisation, autonomie, rigueur, prise d’initiative
  • Maîtrise de l’anglais oral et écrit. Une connaissance de l’allemand est un plus.

Pour candidater, envoyer un CV, une lettre de motivation, les relevés de notes de master et/ou école d’ingénieur ainsi que les noms de deux références (encadrants de stage ou de projets d’étude) à

Date limite de candidature : 15 avril 2022

Descriptif des pièces attachées :