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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-20-0570

DOMAINE DE RECHERCHE
Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux / Physique de l’état condensé, chimie et nanosciences
INTITULÉ DU SUJET Français

Métamatériaux 3D-imprimés légers et résistants aux chocs pour colis de transport de déchets radioactifs : apport des nanomatériaux.

RÉSUMÉ DU SUJET

La thèse porte sur la conception d’une nouvelle classe de métamatériaux dont l’originalité réside à la fois dans l’architecture et dans la formulation chimique. Ces métamatériaux prennent la forme de microréseaux et sont ainsi bien plus légers que les matériaux massifs. Leur architecture est aléatoire et hiérarchique (inspirée de la structure osseuse) pour leur conférer une réponse mécanique isotrope, et une tenue à la rupture suffisante pour envisager leur utilisation comme matériau de structure. Cette architecture est actuellement définie et optimisée par calcul dans le cadre d’une autre thèse [SL-DRF-20-0591, proposée au programme NUMERICS] au laboratoire SPHYNX.

La thèse proposée ici ambitionne de conférer à ces nouveaux métamatériaux des propriétés typiques de nano-composites grâce à une chimie innovante. Elle sera réalisée au laboratoire LIONS en étroite collaboration avec le laboratoire SPHYNX. Il s’agit d’améliorer les propriétés mécaniques, thermiques et de tenue aux neutrons ou au feu par l’ajout de quantités substantielles de nanoparticules à base de bore. Les applications envisagées sont notamment liées au démantèlement d’installations nucléaires en vue du stockage ou du transport de déchets. Les nanoparticules envisagées sont des nanoparticules sphériques de B4C dont la dureté et le fort taux de bore leur confèrent d’importantes propriétés notamment neutrophages. Ces matériaux seront imprimés par stéréolithographie au laboratoire pour obtenir des treillis légers et isotropes.

Plus précisément le travail de thèse consistera à inclure et disperser des nanoparticules dans une résine polymère en greffant des monomères à leur surface pour optimiser leur dispersion. Il s’attachera aussi à étudier la relation entre la nanoparticule (composition, taille, forme, teneur) et les propriétés des matériaux imprimés (mécaniques, thermiques, tenue aux rayonnements). Ces nouveaux matériaux seront analysés à la fois sous forme massive et structurée. Pour cela, le doctorant bénéficiera de l’expertise du laboratoire LIONS en synthèse et greffage de nanoparticules, impression 3D et moyens analytiques associés (SAXS, accès TEM, ICPMS, …). La tenue au rayonnement et les mécanismes de radiolyse seront étudiés dans les installations d’étude de la radiolyse du LIONS. Le comportement (visco)élastique, la résistance à l’écrasement et la réponse en rupture de ces matériaux seront quant à eux étudiés au SPHYNX.

Le doctorant bénéficiera de l’écosystème interdisciplinaire créé au LIONS et au SPHYNX autour de la conception de ces nouveaux matériaux, et notamment de la présence des autres doctorants et d’un apprenti impliqué sur l’ensemble du projet. Ce travail très interdisciplinaire (impression 3D, photo-polymérisation, nanoparticules, analyse, radiolyse, métallisation…) implique un goût du travail en équipe ainsi qu’une importante curiosité scientifique et un esprit d’ouverture. L’aspect fortement instrumental du projet requière un goût de l’expérience et de l’instrumentation. Une compétence du candidat en chimie des polymères, sera fortement appréciée.

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut rayonnement et matière de Saclay
Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie
Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/09/2020
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Valérie GEERTSEN  

CEA
DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS
CEA/Saclay
Bât.546, Pce 32
91191 Gif-sur-Yvette Cedex

Téléphone : +33 6 43 36 05 45

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Sciences Chimiques: Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes (2MIB)
DIRECTEUR DE THÈSE

Patrick GUENOUN

CEA
DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS
Patrick Guenoun
Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)
IRAMIS/NIMBE/LIONS
CEA Saclay, Bât.125, p.243
91191 Gif-Sur-Yvette Cedex