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Univ. Paris-Saclay

Les sujets de thèses

5 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour : 13-08-2020


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• Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux

 

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

SL-DRF-20-0570

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Valérie GEERTSEN

Patrick GUENOUN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2020

Contact :

Valérie GEERTSEN
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0643360545

Directeur de thèse :

Patrick GUENOUN
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01-69-08-74-33

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/valerie.geertsen/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/daniel.bonamy/

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.

Cristallisation non-classique de matériaux pour l’environnement : élucidation du lien amorphe-cristal par des techniques synchrotron de nouvelle génération.

SL-DRF-20-0572

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Corinne CHEVALLARD

David CARRIÈRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-11-2020

Contact :

Corinne CHEVALLARD
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01-69-08-52-23

Directeur de thèse :

David CARRIÈRE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0169085489

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/68/david.carriere.html

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/78/corinne.chevallard.html

La formation de cristaux par réaction en voie liquide intervient dans de nombreux processus naturels et industriels, et en particulier dans la synthèse de matériaux d’intérêt pour l’environnement : oxydes nanostructurés pour la catalyse, oxalates pour le recyclage des terres rares, carbonates pour la séquestration du CO2 atmosphérique.

Dans ces applications, il faut maîtriser les cristaux finaux en termes de cinétique de formation, taille(s), état d’agrégation, et type cristallin en cas de polymorphisme. Mais la maîtrise du procédé est très difficile car ces cristallisations font intervenir des intermédiaires amorphes qui sont complètement ignorés dans les guides théoriques habituels (théories classiques de la nucléation / croissance). La nature des corrections à apporter aux approches classiques n’est pas claire puisqu’il est très difficile de mesurer le déroulement de la réaction entre les ions de départ, via les intermédiaires amorphes, jusqu’aux cristaux finaux, à des échelles de temps suffisamment courtes (<
L’objectif de cette thèse est de résoudre le problème réputé difficile de la mesure des cristallisations non-classiques dans l’eau. Son originalité est de s’appuyer sur les techniques désormais disponibles grâce à l’avènement des synchrotrons de quatrième génération : i) caractérisation des temps de réaction plus courts de trois ordres de grandeur par rapport à l’état de l’art, en réalisant les mesures dans des mélangeurs rapides microfluidiques ; et ii) caractérisation à toutes les échelles spatiales, en étendant d’un à deux ordres de grandeur par rapport à l’état de l’art les résolutions et simultanément les extensions spatiales, grâce aux nouvelles techniques de cartographie de diffusion des rayons X aux petits angles.

Développement d’un procédé de synthèse par plasma CVD de particules coeur/coquille en diamant dopé bore et caractérisations avancées pour la photoélectrocatalyse

SL-DRF-20-1149

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Martine Mayne

Hugues GIRARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Martine Mayne
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

01 69 08 48 47

Directeur de thèse :

Hugues GIRARD
CEA - DRT/DM2I//LCD

0169084760

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/martine.mayne/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/ledna/

Le diamant dopé au Bore (DDB) est un matériau d'exception pour l'électrochimie, l'électrocatalyse, la photocatalyse. Il est actuellement particulièrement étudié pour la réduction du CO2 en composés carbonés valorisables au travers de deux approches complémentaires : (i) par voie purement électrochimique et (ii) par photo-électrochimie via la production d'électrons solvatés. Dans les deux cas, le DDB possède des propriétés uniques, liées à son diagramme énergétique et inatteignables par d'autres types de semi-conducteurs, qui lui ouvre pour ces prochaines années des possibilités de développement exceptionnelles dans le domaine de l'énergie. L'obtention d'objets nano ou sub-micrométriques fait de DDB serait alors une formidable avancée pour ces applications. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une approche en rupture, basée sur la synthèse de particules cœur-coquille monodisperses et sphériques, utilisant un cœur de silice sphérique et une coquille faite de DDB de quelques dizaines de nanomètres. Le but est de développer une technologie CVD innovante, dédiée au recouvrement avec du DDB de ces particules, capable de traiter de large volumes (> 100 mg/h). Les objectifs de la thèse sont de (i) dessiner et développer un réacteur à fort rendement de synthèse de cœur-coquille diamant dopé bore utilisant une technologie qui pourra être transférée industriellement qui assurera une revêtement diamant uniforme et reproductible, (ii) qualifier la qualité structurelle et chimique des particules synthétisées et (iii) d’évaluer leurs propriétés électrochimiques et photochimiques avant (iv) d'évaluer les performances des cœurs-coquilles en DDB pour la réduction du CO2. Cette thèse s’effectuera dans le cadre du projet ANR COCONUT qui réunit des partenaires académiques et industriels avec lesquels de fortes collaborations sont prévues.
Nanomatériaux aluminosilicatés hybrides pour l’inertage des déchets organiques

SL-DRF-20-0579

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Fabienne TESTARD

Antoine THILL

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Fabienne TESTARD
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 96 42

Directeur de thèse :

Antoine THILL
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 99 82

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/antoine.thill/thill_fr.html

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Les déchets organiques faiblement radioactifs sont en attente de filière de traitement. Il s’agit de petites quantités (par exemple 210 litres de liquides organiques à Saclay). Ce type de produit n’est pas adapté aux protocoles de cimentation standard. Nous proposons dans ce sujet de thèse d’utiliser des imogolites methylées (nanotubes d’aluminosilicate dont l’intérieur est fonctionnalisé par des fonctions methyles) pour piéger des molécules organiques contaminées. Il a en effet été démontré récemment au laboratoire les performances des imogolites méthylés pour piéger des molécules organiques de différentes natures (Thèse Pierre Picot, DRF/IRAMIS/NIMBE). La nature de ces nanotubes (aluminosilicate) permet d’envisager leur insertion/immobilisation dans des matrices de géopolymères ou de ciments pour un stockage ultérieur. Le vieillissement de ces matériaux organiques/inorganiques pourra dans un deuxième temps être réalisé en utilisant les outils d’irradiation couplés à des techniques de caractérisation poussées disponible dans notre laboratoire.
Transitoires non cristallins lors de la formation des ciments : effet indésirable ou chance à saisir ’

SL-DRF-20-1020

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Jean-Baptiste CHAMPENOIS

David CARRIÈRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-11-2020

Contact :

Jean-Baptiste CHAMPENOIS
CEA - DEN/DE2D/SEAD/LCBC

04 66 33 90 60

Directeur de thèse :

David CARRIÈRE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0169085489

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/david.carriere/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions

Un des grands objectifs scientifiques et techniques du siècle est le démantèlement des centrales nucléaires. Aujourd’hui, pour conditionner les déchets de faible et moyenne activité issus de ces chantiers, on utilise des ciments silico-calciques usuels. Mais cette approche doit relever deux défis : i) la lutte contre le réchauffement climatique impose à l’industrie cimentière une réduction de l’empreinte carbone. Il faut donc anticiper le remplacement par des ciments de nouvelle génération, et ii) les effluents à traiter gagnent en complexité et en variabilité. Il faut donc améliorer la robustesse des formulations cimentaires et leur flexibilité.

Pour relever ces deux défis, cette thèse portera sur une nouvelle génération de ciments, et visera la compréhension et la maîtrise des mécanismes de cristallisation même en présence d’additifs extérieurs. L’originalité essentielle de ce projet est de prendre en compte les transitoires non cristallins qui se forment lors de la prise des ciments. Ces transitoires non cristallins, mis au jour très récemment, perturbent gravement la vision classique de la cristallisation. De plus ils sont suspectés de favoriser ou défavoriser la séquestration des effluents, selon les cas. Cette thèse fera notamment usage d’expériences de pointe en synchrotron (ESRF, SOLEIL) pour obtenir des caractérisations structurales aux échelles de temps et de taille pertinentes pour la nucléation cristalline (<1s, <1nm).

 

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