Cette mission est d'une durée 12mois renouvelable une fois. Le travail de recherche centré sur l'élaboration de fibres de carbone ex-cellulose se déroulera autour de deux axes majeurs. Le premier consistera à élaborer des fibres de carbone par pyrolyse de fils de précurseurs cellulosiques produits par la plateforme CANOE, en milieux liquides ioniques et à partir de plusieurs versions d'une matière première fournie par un industriel. Le deuxième consistera à caractériser ces mêmes fibres à différents stades de leur transformation à la fois pour une meilleure interprétation des résultats finaux obtenus sur les fibres de carbone, et pour assurer une compréhension approfondie des mécanismes réactionnels mis en jeu et conditionnant forcément les propriétés finales.
Le premier axe comportera notamment un travail d'optimisation du procédé de pyrolyse en continu qui sera mis en oeuvre au sein d'une ligne de fours alimentés par un dispositif de défilement automatisé. Sa cible sera un jeu de propriétés attendues et spécifiées par les industriels. Il s'appuiera sur une démarche de caractérisation physico-chimique et thermiques des précurseurs proposés et dont l'interprétation visera à dégager les domaines de pré réglage des paramètres du procédé.
Le deuxième axe consistant donc à déterminer les performances des fibres de carbone obtenues fera appel à un large éventail de méthodes et moyens d'expertises chimiques, physico-chimiques et thermo mécaniques. L'établissement des liens classiques de la science des matériaux entre procédé d'élaboration-microstructure et propriétés sera bien évidemment au coeur de la démarche car cela demeure encore un enjeu scientifique fort compte tenu de la complexité des transformations chimiques mises en jeu.
Le chercheur (H/F) aura donc pour mission, en collaboration étroite avec des ingénieurs du CEA et les chercheurs du LCTS impliqués de proposer des :
- des méthodologies de conduite des expériences,
- des stratégies de caractérisation et évidemment des interprétations qui en résulteront.
Des rapports périodiques correspondants seront produits, ils devront permettre la rédaction d'une ou plusieurs publications.
Activités
Le chercheur (H/F) exploitera, maintiendra et, si nécessaire, améliorera un moyen de pyrolyse existant constitué par des fours de traitements thermiques et un système de défilement automatisé.
De plus le chercheur (H/F) réalisera les caractérisations permettant de déterminer les propriétés des fibres obtenues. Fours de pyrolyse statique, ligne de pyrolyse en continu automatisée, ATG couplée FTIR, DSC, ATM, BET, Banc de caractérisation thermo-mécanique sur monofilament (traction), spectroscopie Raman, MEB, MET composent l'éventail des moyens et technologies qui seront donc utilisés.
Compétences
Titulaire d'un doctorat, une première expérience professionnelle serait un plus.
Le candidat (H/F) devra disposer de connaissances approfondies en chimie et en physique. Autonome, ayant goût pour l'expérimentation, et appréciant le travail en équipe, le candidat devra être en mesure de procéder à des élaborations et des caractérisations, ainsi qu'à l'analyse et la synthèse des résultats.
Contexte de travail
Les fibres de carbone constituent le renfort de choix pour la majorité des applications qui nécessitent de concilier légèreté et performances mécaniques. Selon les applications, les propriétés recherchées en priorité peuvent varier (rigidité, résistance mécanique, conductivité thermique, ). Les caractéristiques des fibres de carbone résultent de la combinaison étroite entre la parfaite maîtrise de la fabrication d'un fil précurseur polymère (chimie du produit et filage), et le contrôle précis de sa transformation en carbone.
La cellulose, qui a été à l'origine de la découverte des fibres de carbone, continue à être le précurseur de référence pour l'obtention de fibres thermiquement peu conductrices. Ces dernières sont en effet privilégiées pour assurer le renfort des composites carbone/résine dont la fonction est de protéger au plan thermique les véhicules de rentrée atmosphérique.
De nouveaux concepts d'élaboration de ces précurseurs sont actuellement à l'étude pour remplacer les procédés classiques, relativement polluants et coûteux. Le filage en milieux liquides ioniques est une méthode alternative prometteuse, respectueuse de l'environnement, dont l'aptitude de montée en TRL mérite d'être examinée. De plus, la cellulose, largement délaissée au profit du précurseur PolyAcryloNitrile dans la synthèse de fibres performantes au plan mécanique, bénéficie désormais d'un regain d'intérêt en sa qualité de polymère bio sourcé le plus abondant de la planète. De nombreux projets de recherche émergent de plus en plus pour en faire également un précurseur de fibres de carbone aux propriétés équivalentes aux fibres exPAN.
Dans ce contexte la région Nouvelle Aquitaine bénéficie d'un écosystème particulièrement pertinent : une industrie papetière fortement implantée, la présence d'entités de recherche et développement en pointe dans le domaine des composites et plus particulièrement dans les renforts fibreux (LCTS, plateforme CANOE) et enfin des industriels du spatial (CEA, Ariane Group) leaders au plan européen dans leur secteur d'activités.
Les études qui sont envisagées au LCTS dans ce domaine s'inscrivent donc dans ce contexte
Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.
Les fibres de carbone constituent le renfort de choix pour la majorité des applications qui nécessitent de concilier légèreté et performances mécaniques. Selon les applications, les propriétés recherchées en priorité peuvent varier (rigidité, résistance mécanique, conductivité thermique, ). Les caractéristiques des fibres de carbone résultent de la combinaison étroite entre la parfaite maîtrise de la fabrication d'un fil précurseur polymère (chimie du produit et filage), et le contrôle précis de sa transformation en carbone.
La cellulose, qui a été à l'origine de la découverte des fibres de carbone, continue à être le précurseur de référence pour l'obtention de fibres thermiquement peu conductrices. Ces dernières sont en effet privilégiées pour assurer le renfort des composites carbone/résine dont la fonction est de protéger au plan thermique les véhicules de rentrée atmosphérique.
De nouveaux concepts d'élaboration de ces précurseurs sont actuellement à l'étude pour remplacer les procédés classiques, relativement polluants et coûteux. Le filage en milieux liquides ioniques est une méthode alternative prometteuse, respectueuse de l'environnement, dont l'aptitude de montée en TRL mérite d'être examinée. De plus, la cellulose, largement délaissée au profit du précurseur PolyAcryloNitrile dans la synthèse de fibres performantes au plan mécanique, bénéficie désormais d'un regain d'intérêt en sa qualité de polymère bio sourcé le plus abondant de la planète. De nombreux projets de recherche émergent de plus en plus pour en faire également un précurseur de fibres de carbone aux propriétés équivalentes aux fibres exPAN.
Dans ce contexte la région Nouvelle Aquitaine bénéficie d'un écosystème particulièrement pertinent : une industrie papetière fortement implantée, la présence d'entités de recherche et développement en pointe dans le domaine des composites et plus particulièrement dans les renforts fibreux (LCTS, plateforme CANOE) et enfin des industriels du spatial (CEA, Ariane Group) leaders au plan européen dans leur secteur d'activités.
Les études qui sont envisagées au LCTS dans ce domaine s'inscrivent donc dans ce contexte
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