Thèse Développement de Revêtements Céramiques à Haute Entropie une Alternative Durable aux Matériaux Critiques pour Application Tribologique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Limoges École doctorale : Sciences et Ingénierie Laboratoire de recherche : Institut de Recherche sur les Céramiques Direction de la thèse : ALAIN DENOIRJEAN Début de la thèse : 2027-02-01 Date limite de candidature : 2026-09-01T23:59:59 Les revêtements céramiques haute performance, utilisés dans les secteurs de l'aérospatial, de la défense et de l'énergie, reposent aujourd'hui sur des matériaux critiques tels que le chrome, le nickel, le titane ou les terres rares. Leur approvisionnement est menacé par des tensions géopolitiques, des fluctuations de marché et des réglementations environnementales strictes, comme le Règlement européen sur les matières premières critiques (Critical Raw Materials Act, 2024). Par exemple, le CrO, largement utilisé pour sa résistance à l'usure, contient 68 % en masse de chrome, un matériau dont l'extraction pose des risques écologiques et sanitaires majeurs, tout en étant listé en tant que matériau critique. Les matériaux à haute entropie (HE), définis par la combinaison de cinq éléments ou plus en proportions quasi équiatomiques, offrent une alternative prometteuse. Leur stabilité de phase à haute température et leur résistance à la diffusion atomique en feraient des candidats idéaux pour des applications en conditions extrêmes. Des études récentes ont montré que des oxydes HE comme Al(CoCrCuFeNi)O (structure spinelle) ou (AlCrTaTiZr)O (structure rock-salt) atteignent des duretés comparables à celles du CrO (22-23 GPa vs 25-30 GPa) tout en réduisant la teneur en chrome à 7-13 % en masse. Cependant, ces résultats ont été obtenus avec le procédé de dépôt par pulvérisation cathodique, une méthode coûteuse et généralement limitée aux couches minces ( 50 µm) adaptés aux applications tribologiques ou de barrière thermique. Réalisation de revêtement haute performance par projection thermique en minimisant l'utilisation des matériaux critiques tel que le Cr, et plus REACH compatible avec des matériaux à haute entropie La thèse s'inscrit dans le projet HERACLES (ANR JCJC 2026) et vise à développer une voie de traitement adaptable à l'échelle industrielle pour des revêtements céramiques HE, en combinant trois axes principaux :1. Préparation de précurseurs HE homogènes par broyage à haute énergie :o Optimisation des paramètres de broyage (vitesse, durée, rapport poudre/billes) pour obtenir une distribution uniforme des éléments et une taille de particules adaptée.o Étude du précurseur de phases HE sans traitement thermique post-broyage, par EDS, DRX, MET, Raman, BET ?o Caractérisation des poudres par diffraction par rayons X (DRX) , granulométrie laser et mise au point de suspensions stables (rhéologie, potentiel zêta, stabilité de la dispersion - sédimentation).2. Dépôt des revêtements par projection plasma en suspension (SPS) :o Utilisation des torches plasma disponibles à l'IRCER (Metco F4MB-XL, TriplexPro-210, SinplexPro) pour fondre et déposer les précurseurs HE.o Optimisation des paramètres de projection (puissance plasma, distance de projection, débit d'alimentation) pour obtenir des revêtements denses, adhérents et monophasés HE.o Analyse microstructurale par MEB-FIB, DRX (à température ambiante ou haute température), TEM et récupération de particules individuelles pour étudier la formation des phases HE durant la projection.3. Validation des performances mécaniques et tribologiques :o Comparaison avec des revêtements CrO de référence.o Tests de dureté (Vickers, Knoop), résistance à l'usure (pin-on-disk, ASTM G99) et adhésion (pull-off, ASTM D4541/C633).o Mesures acoustiques de module d'Young par méthode vibratoire (Grindosonic) à température ambiante et élevéeo Étude de l'influence d'un recuit post-dépôt sur les propriétés. utilisation de système de projection thermique pour réalisation des revêtementspréparation et mise en forme des matériaux précurseur par broyage et mise en suspensioncaractérisation physicochimique par DRX, MEB, MEB-FIB, METcaractérisation tribologique par pion disque

- Formation : Master (ou équivalent) en Science des Matériaux, Génie des Procédés ou Chimie du Solide.- Compétences techniques : o Expérience en caractérisation des matériaux (DRX, MEB, TEM) et/ou en traitement des poudres (broyage, synthèse).o Connaissances en projection thermique (atout majeur, mais non obligatoire).o Expérience pratique des outils d'analyse de données (Python, Origin, ImageJ).- Qualités personnelles : o Autonomie, rigueur scientifique et capacité à travailler en équipe pluridisciplinaire.o Intérêt pour les enjeux industriels et environnementaux.o Bon niveau en français et en anglais scientifique (écrit et oral).

• Broyage
• Python
• Microscopie électronique à balayage (MEB)
• Anglais
• ImageJ
• Autonomie
• Analyse de données
• Français
• Chimie