thèse

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Romain PARIZE

  • Profil

    2008 : Bac S 2008-2010 : DUT Sciences et Génie des Matériaux à Chalon sur Saône Stage sur les matériaux composite à Edinburgh 2010-2013 : Ecole d’ingénieur : Matériaux Technologie et Economie à Troyes (UTT) Stage sur les dépôts carbone et métalliques au CEA Valduc 2012-2013 : Master Optique et Nanotechnologies à Troyes (UTT) Stage sur la croissance de nanofils de ZnO 2014-2017 : Thèse en Sciences des Matériaux à Grenoble (LMGP)

    Sujet de recherche : Hétérostructures radiales à base de nanofils de ZnO pour des applications photovoltaïques
    Présentation sujet de recherche

    Le but de la thèse consiste à optimiser la mise en ordre structurale des nanofils de ZnO en termes de dimensions (i.e. diamètre, longueur, densité) et de verticalité par un travail sur le dépôt en bain chimique ainsi que l’étude de la coquille absorbeur de lumière déposée sur les nanofils de ZnO.

    Travail de recherche

    L’objet de cette thèse concerne l’élaboration et la caractérisation d’hétérostructures radiales (i.e. coeur/coquille) à base de nanofils de ZnO. Ces cellules se composent d’une électrode transparente en face avant déposée sur un substrat en verre borosilicaté. Sur cette électrode, la croissance de nanofils de ZnO est ensuite réalisée par dépôt en bain chimique. Au sein d’hétérostructures de type coeur coquille, les nanofils de ZnO jouent le rôle de coeur car ils sont ensuite entourés d’un semiconducteur absorbant une grande partie du spectre solaire. Le choix judicieux de ce dernier permet d’obtenir un alignement des bandes électroniques qui favorise la séparation des électrons et des trous.
    Le semiconducteur absorbant pourra être déposé par différents procédés, notamment par bain chimique et Silar. La dernière couche composant la cellule est le contact arrière aidant à l’extraction des porteurs de charges photo-générées dans le semiconducteur absorbant.

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  • Edouard CHAUVET

  • Profil

    Octobre 2014 Thèse CEMAM au laboratoire Simap (Université Grenoble Alpes) au sein de l’école doctorale I-MEP2. Mise en oeuvre de superalliages en fabrication additive EBM Septembre - Décembre 2013 Echange académique CREPUQ à l’Université de Laval au Québec, Canada Semestre d’automne à la faculté des sciences et de génie, département des matériaux et de la métallurgie 2012/2014 2 années d’étude à PHELMA, spécialisation en Science et Ingénierie des Matériaux 2011/2012 Intégration de l'école PHELMA, Grenoble INP 1ère année en filière Physique Matériaux et Procédés 2009/2011 CPGE Physique-Chimie au Lycée Kléber (Strasbourg) Juin 2009 Baccalauréat Scientifique – Mention Très Bien Spécialité Mathématiques, option Grec ancien Ingénieur en Science et Ingénierie de Matériaux, diplômé de l’école Phelma (Grenoble INP). J’ai débuté mon doctorat sur le procédé de fabrication additive EBM en octobre 2014 au laboratoire SIMAP, équipe GPM2.

    Sujet de recherche : «Mise en œuvre de Super-alliages base Nickel par fabrication additive EBM»
    Présentation sujet de recherche

    Aujourd’hui, la fabrication additive de pièces métalliques par le procédé dit d'EBM (fusion sélective locale couche par couche) concerne essentiellement les alliages de titane et les alliages cobalt-chrome. Une forte demande dans du secteur aéronautique pousse à étudier la possibilité d'étendre les champs d’applications de ce nouveau procédé d'élaboration, il convient alors de s’intéresser à la possibilité de l’appliquer aux superalliages base-Nickel.

    Travail de recherche

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    CONTEXTE

    Les technologies de fabrication additive suscitent aujourd’hui un fort intérêt, en  apparaissant  comme une alternative aux approches conventionnelles de fabrication par enlèvement de matière (fabrication soustractive). Elles permettent notamment des libertés nouvelles dans le design des pièces. Elles sont aujourd’hui assez largement diffusées dans le cas de pièces en polymère et commencent à être présentes dans le cas de pièces métalliques. De plus, la fabrication additive, puisqu’elle permet la réalisation de matériaux couche par couche à partir de la fusion sélective de poudres, s’avère un outil inégalable pour la réalisation de matériaux architecturés «sur mesure», exemple Figure 1a. C’est dans ce contexte que Grenoble INP, grâce en particulier au soutien du CEMAM a pu se doter en 2012 d’une machine Electron Beam Melting, premier équipement de ce type en France implanté sur site universitaire. Une première thèse (Mathieu SUARD, 2012-2015) a démarré dès l’arrivée de l’équipement, consacrée aux designs cellulaires pouvant être obtenus avec cette technologie. Cette étude a porté sur l’alliage de titane TA6V, alliage qui est aujourd’hui l’alliage de référence en EBM

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    Figure 1. (a) Exemples pièces en TA6V réalisées par EBM. (b) Caractérisation par micro tomographie X d’éléments de structures architecturées. (c) Caractérisation EBSD de la microstructure α+β de l’alliage TA6V élaboré par EBM.

     L’allègement dans le domaine du transport peut passer par le développement de nouveaux alliages métalliques ou de nouvelles associations de matériaux. Une autre voie d’allègement s’appuie la possibilité d’utiliser, dans des approches de re-conception ou d’optimisation, des matériaux architecturés.

    SUJET DE THESE

    Aujourd’hui, la fabrication additive de pièces métalliques par le procédé dit d’EBM (fusion sélective locale) concerne essentiellement les alliages de titane et les alliages cobalt-chrome. Dans le but d’étendre les champs d’applications de ce nouveau procédé d’élaboration, il convient de s’intéresser à la possibilité de l’appliquer à de nouveaux alliages.

    Une demande forte provenant du secteur de l’aéronautique commence à se faire sentir et concerne les superalliages base-Nickel et notamment les Inconels. Ces matériaux sont notoirement connus pour leur résistance aux environnements sévères comme les hautes températures (T > 700°C) et sont très utilisés pour les aubes et les disques de turbine par exemple. Ces alliages ont fait l’objet de nombreuses études afin d’optimiser leur microstructure pour maximiser leur résistance mécanique en conditions sévères de température et pression. La réalisation de pièces en superalliage base-Nickel via le procédé EBM n’en est  qu’à ses balbutiements [Murr et al. 2011], [Murr et al. 2013], voir Figure 2. La capacité à réaliser des pièces, notamment architecturées, en superalliage base-Ni par EBM demeure un réel défi. L’objectif de la thèse est d’évaluer les possibilités d’obtention de pièces en superalliages base-Ni, dans un premier temps massives puis dans un deuxième temps architecturées

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    Figure 2. Microstructures de superalliage base-Ni élaboré par EBM: (a) Inconel 718 [Murr et al. 2011] et (b) Rene 142 [Murr et al. 2013].

     

    La première étape du travail consistera à identifier et sélectionner les meilleurs candidats en termes de composition d’alliages. La capacité à obtenir des poudres présentant des caractéristiques spécifiques à ce type de procédé notamment en termes de morphologie et de taille sera un critère de sélection primordial.

    Une fois la nuance d’alliage sélectionnée et les poudres caractérisées, il s’agira d’étudier les influences respectives des paramètres du procédé (e.g. direction de construction, température de consolidation, densité d’énergie, intensité du faisceau, vitesse de balayage du faisceau et stratégie de balayage) sur la capacité d’élaboration. Une attention particulière sera ainsi portée aux évolutions microstructurales induites par le procédé et à la qualité métallurgique obtenue. Les caractérisations microstructurales multi échelle (Métallographie, MEB, EBSD, MET (outil ACOM), DRX)  seront mises en  œuvre afin de discriminer les microstructures à partir de différents critères: taille des grains de la phase austénitique γ; proportion, taille, morphologie et cohérence des phases intermétalliques durcissantes de type γ’ [Ni3(Ti,Al] ou γ » [Ni3Nb] ou encore présence d’éventuelles porosités ou fissures. Les propriétés mécaniques résultant des microstructures générées via le procédé EBM seront ensuite caractérisées par divers essais: dureté, traction/compression. Les relations entre microstructures et propriétés seront mises  en évidence. L’anisotropie du comportement mécanique fera aussi l’objet d’une attention particulière compte tenu des structures colonnaires qui peuvent se développer lors de la fusion par le faisceau d’électrons. On ne s’interdit pas a priori d’étudier l’amélioration possible des propriétés par des traitements thermiques post-élaboration. Les propriétés des matériaux élaborés par EBM seront comparées avec celles obtenues via d’autres procédés.

    Une des finalités de la thèse sera, après sélection des conditions optimales, d’étudier la possibilité d’obtenir des pièces architecturées en superalliage base-Ni par EBM et de comparer les géométries accessibles en regard de celles qui peuvent être produites dans le cas des alliages de titane (lien avec la  thèse 1 sur l’optimisation des architectures en fabrication additive).

     

    [Murr et al., 2011] L.E. Murr, E. Martinez, S.M. Gaytan, D.A. Ramirez, B.I. Machado, P.W. Shindo, J.L. Martinez, F. Medina, J. Wooten,

    1. Ciscel, U. Ackelid, R.B. Wicker, Microstructural Architecture, Microstructures, and Mechanical Properties for a Nickel-base Superalloy Fabricated by Electron Beam Melting, Metallurgical and materials Transactions A 42A (2011) 3491-3507

     

    [Murr et al., 2013] L.E. Murr, E. Martinez, X.M. Pan, S.M. Gaytan, J.A. Castro, C.A. Terrazas, F. Medina, R.B. Wicker, D.H. Abbott, Microstructures of Rene nickel-based superalloy fabricated by electron beam melting, Acta Materialia 61 (2013) 4289-4296

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  • Matthieu GRAS

  • Profil

    Issu d’un IUT chimie spécialisé dans l’environnement (Sète), j’ai poursuivi mon cursus universitaire en réalisant un master recherche, Chimie Matériaux et Procédés pour l’Energie et le Développement Durable (CMP@ED²) à l’Université de Montpellier. Ayant un attrait certain pour le mouvement de la chimie verte ainsi que le stockage énergétique, j’ai réalisé mon mémoire de fin d’étude au sein de l’équipe Forsyth/Mc Farlane à l’Université de Melbourne (Australie). J’ai travaillé sur la synthèse et la caractérisation d’un liquide ionique comme électrolyte pour les batteries sodium-ion. Séduit par le travail en laboratoire de recherche, j’ai souhaité entreprendre un doctorat en lien avec mes précédents travaux. Je suis actuellement en thèse dans le laboratoire LEPMI de l’Institut Polytechnique de Grenoble, mon sujet est lié au recyclage des batteries NiMH par les liquides ioniques.

    Sujet de recherche : Recyclage de batteries NiMH par les liquides ioniques
    Présentation sujet de recherche

    L’objectif de ma thèse est de créer un processus de recyclage sélectif et écologique des métaux de transitions ainsi que des terres rares présents dans les résidus de batteries NIMH.

    Travail de recherche

    Les batteries NiMH dominent le marché du stockage de l’énergie pour les véhicules hybrides ainsi que pour les outils portatifs. Cependant le recyclage de ces appareils est actuellement faible. De plus les procédés existants ne sont pas écologiques car ils utilisent des composés toxiques et sont énergivores. Les batteries NiMH contiennent des métaux tels que Co, Ni, Mn, Al ainsi que des lanthanides (Ln) tel que La, Ce, Pr, Nd. Les lanthanides font partie des 20 métaux critiques classifiés par la Commission Européenne. Pour répondre à cette problématique écologique et économique, le but de ce projet est de développer de nouvelles méthodes pour la séparation sélective des différents éléments des batteries NiMH. Afin d’établir un procédé en adéquation avec le mouvement de la chimie verte, il est nécessaire d’éliminer l’utilisation et la création de composés dangereux. Les solvants organiques volatiles doivent donc être remplacés par des liquides ioniques peu toxiques, ininflammables et non volatiles.
    Ce travail est une collaboration entre l’entreprise de recyclage de batterie Recupyl et le laboratoire LEPMI de L’INP Grenoble. La bourse de thèse est financée par le labex CEMAM.

    figure these GRAS

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  • Antoine BATARD

  • Profil

    Ingénieur généraliste INSA avec une spécialité en Génie Civil et Urbain, ayant réalisé un projet de fin d’étude sur la modélisation de la qualité de l’air intérieur bâtiments à EDF R&D, actuellement doctorant CIFRE au sein d’EDF R&D et l’Université Savoie Mont Blanc et travaille sur la modélisation des Panneaux Isolants sous Vide (PIV). Venant de Rennes, j’ai obtenu mon Bac S avec mention Bien en 2008 avec la spécialité Science de la Vie et de la Terre et l’option Mathématique et l’option facultative Musique. J’ai ensuite intégré l’INSA de Rennes pour obtenir mon diplôme d’ingénieur généraliste INSA avec une spécialité en Génie Civil et Urbain en 2013. Mon projet de fin d’étude, réalisé à EDF R&D, a consisté à modélise la qualité de l’air intérieur des bâtiments. J’ai ensuite continué dans cette entreprise pour réaliser un doctorat sous contrat CIFRE avec l’Université Savoie Mont Blanc. Ma thèse porte sur la modélisation des Panneaux Isolants sous Vide (PIV) pour étudier l’impact de leur vieillissement de long terme sur leur performance thermique.

    Sujet de recherche : Modélisation du comportement thermique de long terme des Panneaux Isolants sous Vide (PIV)
    Présentation sujet de recherche

    L'objectif de cette thèse est de s'appuyer sur les travaux passés, les apports expérimentaux disponibles à EDF R&D et dans les laboratoires et entreprises partenaires (LMOPS à l'Université de Savoie, Rexor) pour déterminer des modèles réalistes de vieillissement de PIV en oeuvre dans différentes applications puis de simuler le comportement à long terme de ces configurations pour évaluer la performance thermique moyenne de ces produits en fonction de leur durée de vie.

    Travail de recherche
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  • Rémi BLANCHARD

  • Profil

    J’ai tout d’abord effectué un IUT de chimie, dans l’espoir de travailler dans le domaine des batteries, je me suis rendu compte que le domaine de la recherche me plaisais bien, j’ai donc continué mes études en école d’ingénieur (PHELMA, filière EPEE), j’ai été diplômé de Phelma en septembre 2014, après avoir fait mon projet de fin d’étude à boston sur le sujet « heterogeneous catalysis for Li-air batteries », et j’ai continué ma thèse sur ce sujet, avec bien entendu quelques ajustements en terme de direction de recherche, ce qui a amené à définir mon sujet de la sorte : « Homogeneous catalysis and nanostructured protection for Li air batteries cathode”. Depuis lors je poursuis mes travaux de recherche.

    Sujet de recherche : Electrodes composites nanostructurées pour la catalyse hétérogène de l’oxygène pour batteries Li-air
    Présentation sujet de recherche

    Le système Li-air est le seul système secondaire, qui sur le papier, peut rivaliser avec un système thermique en terme d’énergie stockée, pour une utilisation dans l’automobile. En effet, pour un système fermé, une batterie Li-air peut stocker jusqu’à 5200 Wh/kg, faisant de cette technologie un sujet de recherche largement étudié dans le monde. Cependant, le produit de décharge de ces batteries, le peroxyde de lithium, est un composé isolant (difficile à recharger) et réactif (qui corrode le support carboné). Dans cette optique, il est crucial de protéger cette électrode (technique envisagée : dépôt par ALD pour protéger l’électrode) et chercher des additifs qui pourraient aider à la recharge. Ces deux aspects ont été abordés lors de ma thèse et on montrés des résultats très encourageants.

    Travail de recherche
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  • Celikbilek OZDEN

  • Profil

    PhD, Solid State Electrochemistry University of Grenoble Alpes, France [2013-Present] Master Degree, Erasmus Mundus - Material Science Exploiting Large Scale Facilities-MaMaSELF University of Montpellier II, France [2012-2013] University of Torino, Italy [2011-2012] Bachelor of Science, Chemistry Middle East Technical University, Turkey [2006-2010]

    Sujet de recherche : A coupled experimental/numerical approach for tuning high-performing SOFC-cathode
    Présentation sujet de recherche

    My thesis focuses on understanding the correlation between material microstructural properties and electrode performances. We use Electrostatic Spray Deposition (ESD) technique to deposite mixed ionic-electronic conductor (MIEC) material to be used as solid oxide fuel cell cathode working at intermediate temperatures. We also analyse the effect of microstructural parameters like porosity, tortuosity and surface area on the electrochemical performance by a 3D Finite Element Model.

    Travail de recherche
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  • Xavier CERUTTI

  • Profil

    Ingénieur en mécanique-matériaux, j’ai ensuite réalisé un doctorat en mécanique numérique et matériaux au Centre de Mise en Forme des Matériaux (Mines-ParisTech). Ces travaux de doctorat ont porté sur le développement d’un outil numérique permettant de prédire les erreurs dimensionnelles et géométriques liées à la redistribution des contraintes résiduelles pendant l'usinage de grandes pièces aéronautiques en alliage Al-Cu-Li et permettant donc l’optimisation du procédé de fabrication. J’ai ensuite réalisé un court postdoctorat à l’Institut Pascal (IFMA) sur les mêmes thématiques et effectue actuellement un postdoctorat au sein du laboratoire SIMAP, sur la fabrication de pièces texturées en alliages métalliques amorphes par injection directe.

    Sujet de recherche : Architecturation d’alliages métalliques amorphes par injection directe
    Présentation sujet de recherche

    Les alliages métalliques amorphes (verres métalliques), sont des alliages métalliques dotés d'une structure amorphe. Cette structure amorphe est généralement obtenue par un refroidissement très rapide de l’alliage depuis son état fondu, l’empêchant ainsi d'évoluer vers sa structure d'équilibre (structure cristalline) et lui conférant alors des propriétés exceptionnelles (mécaniques, résistance à la corrosion, conductivités thermique et électrique, magnétiques). Ces matériaux présentent donc un fort potentiel industriel, particulièrement dans le domaine des micro-pièces où de telles propriétés sont impossibles à obtenir avec des alliages métalliques cristallins, dont les propriétés deviennent difficiles à maîtriser quand la taille des pièces (ou de certaines parties des pièces) se rapproche de la taille de grain. De plus, les alliages métalliques amorphes présentent d’importantes capacités de moulage depuis l’état liquide (retrait à la solidification isotrope et plus faible que les alliages cristallins). Ils sont donc particulièrement adaptés à la fabrication de pièces de petites tailles et de géométries complexes par injection directe (procédé spécifique développé au sein du SIMAP depuis plusieurs années). Afin de tirer profit au maximum des propriétés des alliages métalliques amorphes, deux principaux axes de recherche sont étudiés : - L’architecturation de surfaces de pièces en alliages métalliques amorphes par injection directe. - La fonctionnalisation de pièces en alliages métalliques amorphes par positionnement optimisé d’inserts lors de l’injection directe.

    Travail de recherche

    Il existe aujourd’hui un fort intérêt pour l’architecturation des alliages métalliques, notamment en surface, permettant ainsi d’obtenir des propriétés tribologiques, optiques, de mouillabilité ou encore esthétiques, spécifiques.

     

    L’objectif est donc d’utiliser le procédé d’injection directe pour fabriquer de petites pièces en alliages métalliques amorphes avec une texturation de surface intégrée. Ceci permettrait d’offrir une solution alternative aux procédés couramment utilisés pour réaliser de la texturation de surfaces (usinage, laser, thermoformage) et qui sont peu adaptés à une production industrielle (lenteur, difficulté à contrôler la stabilité thermique des alliages, coûts,…).

     

    Dans le cas de la fabrication par injection directe, la texturation de surface intervient en fin d’injection. L’alliage liquide est alors en contact avec un moule beaucoup plus froid que lui et est donc refroidi. La viscosité des alliages métalliques amorphes est très dépendante de la température et varie de manière continue et très rapide au cours de l’injection, passant d’environ 1 Pa.s aux alentours de la température de fusion jusqu’à 1012 Pa.s aux alentours de la température de transition vitreuse. La difficulté réside alors dans la maîtrise des écoulements et du refroidissement de l’alliage tout au long de l’injection pour permettre un refroidissement de l’alliage suffisamment rapide pour lui conférer une structure amorphe mais pas trop rapide pour permettre la texturation.

     

    La fabrication de telles pièces nécessite donc une compréhension détaillée du procédé en vue de son optimisation. Pour répondre à ce besoin, la mise en place de modèles numériques (logiciel de calcul de dynamique des fluides) est nécessaire afin d’assurer une bonne maîtrise des écoulements et des vitesses de refroidissements de l’alliage liquide pendant l’injection. Ces modèles numériques sont calibrés par comparaison avec des essais expérimentaux d’injection et permettront par la suite de prédire précisément le comportement de l’alliage liquide pendant l’injection et serviront pour la conception de moules optimisés.

     

    Un autre centre d’intérêt concerne la possible fonctionnalisation des pièces injectées par introduction d’inserts, qui permettraient d’obtenir des propriétés adaptées aux différentes zones fonctionnelles des pièces. Cette introduction d’inserts augmente cependant la complexité du procédé et donc la nécessité de le maîtriser parfaitement. Des moules permettant la mise en place d’inserts tout en assurant un bon écoulement de l’alliage et « l’emprisonnement » de ceux-ci lors de l’injection doivent donc être conçus. La modélisation du procédé sera donc là aussi utilisée pour optimiser le procédé, mais aussi pour étudier les dilatations thermiques et les contraintes mécaniques résultantes dans la pièce et dans les inserts et donc s’assurer de la bonne tenue mécanique des inserts.

     

    Ce travail permettra donc d’obtenir des modèles numériques prédictifs permettant l’optimisation du procédé d’injection et l’obtention de pièces métalliques amorphes avec une texturation de surface et/ou une fonctionnalisation de certaines zones par placement d’inserts.

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  • Océane Lambert

  • Profil

    Diplômée de l'école d'ingénieurs Phelma-Grenoble INP dans la spécialité "Ingénierie et Sciences des Matériaux", je suis actuellement en thèse à l'ONERA.

    Sujet de recherche : Matériaux métalliques par fabrication additive pour applications de refroidissement des parois de chambres de combustion.
    Présentation sujet de recherche

    En lien avec le projet ASTRID MOSART, cette thèse a pour but d'étudier le concept de refroidissement par transpiration à travers des matériaux métalliques architecturés. L'objectif est d'évaluer et d'optimiser l'efficacité de différentes architectures modèles par des méthodes expérimentales et par l'utilisation d'outils numériques. En particulier, on s'intéresse à des systèmes formés d'une couche frittée poreuse basée sur un substrats architecturé fabriqué par EBM (Electron Beam Melting). Tandis que la couche poreuse, de par sa morphologie aléatoire, assure une diffusion homogène des jets de refroidissement, le rôle du support architecturé est d’assurer une tenue structurale tout en maximisant le refroidissement interne par un réseau de capillaires. Cette thèse est constituée d'un volet expérimental basé sur la fabrication et la caractérisation des matériaux et un volet numérique dont le but est de décrire au mieux l'écoulement à travers les matériaux architecturés fabriqués.

    Travail de recherche
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  • shadow ceman