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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Projet "ToughGlasses" : Amélioration de la réponse des verres d’oxydes à la corrosion sous contrainte

Spécialité : PHYSIQUE / Physique de la matière condensée

Contact : ROUNTREE Cindy,
e-Mail : cindy.rountree@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 26 55
Laboratoire : SPEC/SPHYNX

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-2 mois
Date limite de constitution de dossier : 30/03/2018

Résumé :
Ce "Projet de recherche conjoint - PRC" du CNRS est motivé par la nécessité d'évaluer puis améliorer la durabilité mécanique des verres. Les verres sont des matériaux indispensables dans les technologies qui nécessitent des matériaux résistant à la chaleur (panneaux de protection). On les trouve en particulier dans les techniques associées à la production d'énergie bas-carbone, ou permettant d'affronter des environnements hostiles (satellite spatial)....
Dans ces environnements, les verres subissent de nombreux dommages (craquage par corrosion sous contrainte, tempêtes de sable, irradiations externes, températures élevées ...) qui peuvent entraîner une défaillance prématurée et des modifications des propriétés physiques et mécaniques. Les verres qui subissent une séparation de phase amorphe sont connus pour être résistants à l'écrasement. Cependant, leurs propriétés de "fracture par corrosion sous contrainte (CSC)" sont encore trop peu connues. La question qui sera abordée est ici de comprendre comment le comportement de CSC en présence d'une phase amorphe démixée, comparée au verre natif.

Sujet détaillé :
C’est un projet de recherche fondamentale (CNRS - Projets de recherche conjoints (PRC) ) motivé par la nécessité de prédire (puis contrôler et améliorer) l’effet de la composition chimique sur la durabilité mécanique des verres sur le long terme. Les verres d’oxydes font partie de nombreuses structures (panneaux de protection, satellites, cellules photovoltaïques…) subissant des sollicitations variées (corrosion sous contrainte, vents, irradiations, température élevée…) pouvant amener endommagement intempestif et/ou altération de leurs fonctionnalités. Or, si on connait bien l’effet de la composition chimique sur nombre de ses propriétés physiques (température de transition vitreuse, transparence, propriétés calorifiques…), peu de choses sont connues sur la façon dont cette composition impacte le comportement en rupture ou en corrosion sous contrainte.

Cette thèse se propose donc d’étudier la fracturation de plusieurs compositions de verres à base de SiO2-B2O3-Na2O dans la zone de démixtion. Pour ce faire, des fractures dont la vitesse est contrôlée par la contrainte externe et par le degré d’humidité ambiant seront initiées dans les échantillons et une caractérisation des surfaces fracturées sera réalisée post mortem par des observations à l’aide d’un AFM (Atomic Force Microscopy). Cette méthode, éprouvée depuis de longues années par le groupe, permet de mesurer l’enchaînement des différents régimes de rugosité avec la distance. Elle sera appliquée aux différents échantillons. Les modifications du processus de fracturation selon le changement de la composition des verres seront ainsi mises en évidence.

En parallèle aux expériences de fracturation, différentes analyses visant à caractériser les propriétés élastiques des échantillons (microscopie acoustique) ainsi que leurs structures (Raman, RMN, WAXS…) seront menées de manière à corréler le comportement à la fracturation des verres avec d’autres propriétés macroscopiques et microscopiques.
Techniques utilisées au cours du stage :
AFM, NMR, RAMAN

Mots clés : Verre, AFM microscopie, Raman, RMN

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