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Lors de la solidification des alliages métalliques, une microstructure se développe à l’interface solide-liquide dont les caractéristiques influencent fortement les propriétés macroscopiques du matériau. Sa formation est un processus dynamique dans lequel le motif se développe, s’organise et s’ordonne progressivement. Une étude détaillée des mécanismes physiques qui contrôlent la formation de cette microstructure est fondamentale pour contrôler la qualité du matériau. Sur terre, la convection en phase liquide affecte fortement la microstructure de solidification en créant par exemple des hétérogénéités dans les paramètres de contrôle le long de l’interface. La microgravité, qui prévaut par exemple dans la Station spatiale internationale (ISS), permet de limiter ou de supprimer la convection tout en conservant de gros échantillons.
Le dispositif DECLIC et son Insert de Solidification Directionnelle (DSI) ont été développés pour étudier in situ la formation de microstructures lors de la solidification directionnelle d’alliages transparents (matériaux organiques modèle d’alliages métalliques) à bord de l’ISS. Plusieurs campagnes d’expérimentations spatiales ont été menées entre 2009 et 2018 ; ils seront poursuivis dans les années à venir. Toutes les études en DECLIC-DSI sont menées dans le cadre d’une étroite collaboration scientifique avec les équipes du Pr. R. Trivedi (Iowa State University, Iowa, États-Unis) et Pr. A. Karma (Northeastern University, Massachussetts, États-Unis).
La proposition de recherche comporte deux volets principaux à mener en parallèle :
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Préparation de la prochaine campagne de vols spatiaux. Des études préliminaires dans le dispositif DSI en laboratoire devront être menées pour sélectionner la composition et les paramètres de contrôle expérimentaux.
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Poursuite de l’analyse des campagnes spatiales déjà réalisées. Les études porteront essentiellement sur la dynamique des motifs dendritiques (formation, sélection de l’espacement primaire, interaction entre dendrites, organisation et ordre…), l’étude de la transition cellule-dendrite, les mécanismes de branchement secondaire… les données expérimentales analysées seront comparées à des modèles théoriques et/ou numériques (Coll. A. Karma : champ de phase 3D), ainsi qu’à des résultats préexistants d’expériences sur échantillons minces.
Mots clés : solidification, métallurgie, dendrites, convection, caractérisation
Quelques références … N. Bergeon et al. J Mater Sci 46 (2011) 6191
N. Bergeon et al. Lettres d’examen physique 110 (2013) 226102
Mota FL et al. Acta Materialia, 85 (2015) 362
J. Pereda et al. Examen physique E 95 (2017) 012803
FL Mota et al. Acta Materialia 204 (2021) 116500
Profil du candidat : Doctorat en science des matériaux, physico-chimie des matériaux. Expérience post-doctorale : 0 à 2 ans.
Solides notions de métallurgie, de solidification et de formation de microstructures.
Goût prononcé pour l’expérimentation. Une bonne connaissance de Python serait un plus.
Durée : 10 mois. Date de début envisagée : 01/11/21. Extension possible par candidature aux bourses post-doctorales du CNES.
Contact
Nathalie Bergeon (MCF) Téléphone : (+33) 4 13 94 52 53, e-mail : nathalie.bergeon@IM2NP.fr
