Post doc h/f: mécanismes physicochimiques régissant l’élaboration de la matrice des composites sic/sic pour la propulsion aéronautique

Informations générales

Intitulé de l'offre : Post doc H/F : Mécanismes physicochimiques régissant l’élaboration de la matrice des composites SiC/SiC pour la propulsion aéronautique
Référence : UMR5801-GEOCHO-006
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : PESSAC
Date de publication : lundi 2 juin 2025
Type de contrat : Chercheur en contrat CDD
Durée du contrat : 12 mois
Date d'embauche prévue : 1 septembre 2025
Quotité de travail : Complet
Rémunération : 2 991,58 - 3 417,33 € brut selon l'ancienneté
Niveau d'études souhaité : Doctorat
Expérience souhaitée : 1 à 4 années
Section(s) CN : 01 - Interactions, particules, noyaux du laboratoire au cosmos

Missions

La matrice des composites à matrice céramique (CMC) de dernière génération est en partie réalisée par imprégnation de poudres de SiC submicroniques additionnées de carbone et de bore, suivie d’une infiltration réactive de silicium liquide (« reactive melt infiltration », RMI). Préalablement à l’étape RMI, un traitement thermique sous vide de désoxydation est appliqué à la texture de fibres SiC chargée en poudre.
L’objectif du post-doc vise la compréhension et la maîtrise des processus physicochimiques et structuraux intervenant lors du traitement thermique des charges réactives de la matrice céramique, préalable à l’infiltration du silicium liquide. Les attendus de cette première étape sont :
(i) une description chimique et structurale fine de la matrice granulaire au cours du procédé, permettant d’établir un scénario d’évolution des phases du matériau et son état initial, avant l’étape RMI.
(ii) l’identification et la validation des mécanismes chimiques associés à cette évolution : la nature chimique des particules mises en œuvre (carbure de silicium en majorité, carbone, bore) et la présence initiale d’oxygène résiduel donnent lieu à des phénomènes couplés de désoxydation, carboréduction, pré-frittage… On s’appliquera en particulier à préciser le rôle du carbone et du bore dans ces processus, comparativement à la poudre de SiC pur.
Le/la post-doctorant(e) mènera l’étude sur chaque composant pris séparément (SiC, B, C), puis en les associant jusqu’à la configuration de la matrice granulaire retenue pour le composite. Il/elle mettra en place une double approche thermodynamique et expérimentale. L’étude thermodynamique sera consolidée par des mesures thermogravimétriques in situ et une analyse chimique de la phase gazeuse. La description fine de la matrice granulaire s’appuiera sur des analyses morphologiques, chimiques et structurales par SEM-EDS, TEM, XRD et spectroscopie Raman. Les objets d’étude seront des compacts de poudre mono-, bi- et tri-composants, matériaux modèles des charges dans la matrice du composite.
Une seconde étape consistera à appliquer une démarche similaire de description physicochimique et structurale, à la compréhension des mécanismes d’infiltration réactive par le silicium fondu. Cette étape, visant à améliorer la robustesse du procédé d’élaboration de la matrice des CMC, sera menée dans un second temps, à la fin ou à la suite de la première étude selon l’avancement des travaux.

Activités

- Coupler le dispositif de traitement thermique HT/RMI avec des moyens de suivi in situ (variation de masse : TGA, dégagement de gaz : FTIR, MS…)
- Réaliser les traitements thermiques (avec suivi in situ) des différentes formulations de crus
- Caractériser la distribution de taille de pores (porosimétrie Hg) et la surface spécifique (méthode BET) des crus, avant et après traitement thermique
- Caractériser la structure des crus (XRD, Raman, TEM) et la composition élémentaire en surface (nanosonde Auger : AES, EDS, EELS), avant et après traitement thermique
- Réaliser une étude thermodynamique (calculs à l’équilibre : ThermoCalc)
- Etablir les relations entre les données cinétiques (TGA), thermodynamiques, et les caractéristiques structurales et physico-chimiques des crus
- Proposer des mécanismes chimiques susceptibles d’être à l’origine du processus de désoxydation/carboréduction
- Le cas échéant : réaliser l’étape RMI et caractériser les céramiques SiC-Si,B (densité, structure, microstructure, composition élémentaire)

Compétences

Docteur(e) en Physico-chimie de l’élaboration et caractérisation des matériaux, de préférence céramiques non-oxydes
Goût pour le développement de dispositifs expérimentaux, l'instrumentation, le développement de techniques in situ, la caractérisation physico-chimique et structurale de céramiques (DRX, SEM-EDS, TEM, Raman, AES…)
Une expérience du calcul thermodynamique sera appréciée
Aisance à rédiger des rapports, des publications scientifiques et à communiquer à l’oral
Aptitude à travailler en équipe, capacité d'adaptation et de communication, rigueur, organisation, autonomie.

Contexte de travail

Le LCTS est un laboratoire localisé sur le campus bordelais. C'est une unité mixte à quatre tutelles : le CNRS, l'Université de Bordeaux, le groupe Safran et le CEA. Il est leader en France et reconnu internationalement dans le domaine des composites à matrice céramique, matériaux à très hautes performances employés dans l'aéronautique, le spatial et l'énergie. Il travaille en partenariat étroit avec ses cotutelles non-académiques, qui contribuent pour une grande part à son budget de recherche et de fonctionnement. Le laboratoire compte une trentaine de personnels permanents et une vingtaine de doctorants et post-doctorants.
Le poste proposé concerne l'élaboration de la matrice des CMC SiC/SiC appelés à remplacer certains alliages métalliques dans les parties chaudes de moteurs aéronautiques de la prochaine génération. Leur développement et le passage à l’échelle industrielle requièrent une parfaite maîtrise du procédé de fabrication, ceci afin de répondre aux critères d’exigence en termes de structure, composition, tenue mécanique et résistance à la corrosion.
La matrice des CMC de dernière génération est en partie réalisée par imprégnation de poudres de SiC submicroniques additionnées de carbone et de bore, suivie d’une infiltration réactive de silicium liquide (RMI). Un traitement thermique est appliqué à la texture de fibres SiC chargée en poudre, préalablement à l’étape RMI. Cette étape est cruciale car l’état structural et chimique de la matrice poreuse granulaire influence fortement l’interaction avec le liquide et ainsi la composition et la structure de la matrice finale. Les paramètres clés du procédé ont été établis, au stade actuel de développement du CMC, pour optimiser la matrice vis-à-vis du comportement recherché pour le composite dans les conditions de l’application. Rendre le procédé plus robuste passe maintenant par une compréhension précise des mécanismes gouvernant l’évolution du matériau, de la texture chargée en poudre jusqu’à la densification finale de la matrice.

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.

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.

Contraintes et risques

Néant