Doctorat en science des matériaux

Contexte
Le réchauffement climatique nécessite une réduction drastique des émissions de gaz à effet de serre. Dans l’industrie du ciment, le Groupe IMERYS s’engage dans un vaste programme de recherche pour réussir la transition vers l’hydrogène. IMERYS Aluminates et Air Liquide, ainsi que les laboratoires LGC Toulouse et CNRS-CEMHTI d’Orléans, participent au projet PRECIZE, financé par l’ADEME (Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie), dédié au développement d’un four démonstrateur pour la production de ciments alumineux, basés sur la combustion de l’hydrogène d’une part, et sur la minéralisation du CO2 issu des matières premières utilisées d’autre part. Une des activités du laboratoire CEMHTI dans ce projet est d’étudier la faisabilité de produire du ciment alumineux à l’aide d’un four pilote équipé de brûleurs alimentés à l’hydrogène. Le laboratoire CNRS CEMHTI (Conditions et Matériaux Extrêmes : Haute Température et Irradiation) d’Orléans recrute un doctorant pour 3 ans.
Le CEMHTI est une unité de recherche du CNRS implantée sur deux sites proches (Haute Température et Cyclotron), comptant une centaine de collaborateurs. Le laboratoire développe des expertises et des outils originaux au niveau national et international pour étudier les propriétés physico-chimiques des matériaux dans des conditions extrêmes, notamment in situ.
Au sein du laboratoire CEMHTI, le doctorant rejoindra les équipes CERAM et MatRMag, dédiées respectivement à l’étude des vitrocéramiques innovantes : cristallisation, structure et corrosion, et à l’étude des matériaux par Résonance Magnétique Nucléaire. Le doctorant collaborera également avec les partenaires du projet et participera aux réunions d’avancement sur les différents sites partenaires.
Objectifs
L’objectif de la thèse menée au CEMHTI, en étroite collaboration avec le consortium du projet, est de comprendre en détail le cheminement de solidification du clinker, depuis la fusion des matières premières jusqu’à la solidification et la cristallisation des phases minérales attendues, dans le contexte innovant d’un four à hydrogène. L’objectif de la thèse est de définir la faisabilité du procédé d’obtention des phases minérales souhaitées. Dans un deuxième temps, le doctorant caractérisera les conditions de prise et de vieillissement du clinker produit dans ces conditions.
Méthodologie
Le doctorant produira des échantillons de clinker au laboratoire du CEMHTI sur un four dédié à atmosphère contrôlée. L’influence des paramètres : cycle de température et composition de l’atmosphère de travail, ainsi que dans une moindre mesure, la composition et l’origine des matières premières, seront analysées dans le cadre d’une étude paramétrée. Des échantillons issus du processus de production conventionnel seront caractérisés et utilisés comme référence. De plus, le doctorant aura à sa disposition des échantillons du four pilote à hydrogène, plus représentatifs du procédé. Ces échantillons seront étudiés à l’aide d’un large éventail de techniques : analyse thermique (ATG, DSC), diffraction des rayons X en température, spectroscopies adaptées aux hautes températures (Résonance Magnétique Nucléaire solide et liquide, Raman solide et liquide), microscopie (Microscope Electronique à Balayage). , Microscope Electronique à Transmission, Microscope Confocal) et analyse par faisceau d’ions (Rutherford Back Scattering – Elastic Recoil Detection Analysis). La combinaison de ces techniques permettra de rendre compte de l’évolution de la composition chimique des phases et de caractériser les phases amorphes et cristallines du matériau, fournissant des informations sur les environnements chimiques, tant en phase liquide que solide, aux étapes clés de la processus de cristallisation. L’hydratation et le vieillissement du clinker seront également suivis grâce à une analyse ciblée de la surface solide.

Date limite de candidature : 20/02/2024

Etude paramétrique de la production de ciments alumineux appliquée à l’optimisation d’un four pilote à hydrogène : influence de la nature de l’atmosphère et des matières premières sur la qualité du clinker.