Directrice de la thèse : Pascale Launois – Laboratoire de Physique des Solides (CNRS/Université Paris Saclay), France
Co-directeurs : Prof Milo Shaffer, Dr Agi Brandt-Talbot – Imperial College, Londres, UK
Les fibres de carbone sont largement utilisées, notamment pour réduire le poids, améliorer le rendement énergétique et augmenter l’autonomie des véhicules. Bien qu’elles contribuent à la durabilité pendant leur utilisation, elles sont fabriquées à partir de produits pétrochimiques au moyen d’un processus de carbonisation qui consomme beaucoup d’énergie. Ce sujet de thèse fait partie d’un projet co-financé par le CNRS en France et Imperial College à Londres, UK, pour développer une nouvelle classe de fibres de carbone « vertes » à partir de la lignine (dérivée du bois) en utilisant moins d’énergie pour la conversion.
Deux doctorants (doctorantes) seront impliqués (impliquées) dans le projet, l’un (une) au Laboratoire de Physique des Solides et l’autre à Imperial College. Le projet implique l’échange de données et d’échantillons, et les progrès de chaque doctorant (doctorante) seront accélérés par les contributions de l’autre. Le doctorant (la doctorante) à Imperial College sera en charge de la production, par filage, des fibres hybrides lignine/nanotube de carbone ou polymère (alcool polyvinylique); il (elle) étudiera leurs propriétés mécaniques et électriques, ainsi que de l’optimisation du procédé de production. Le sujet du doctorant (de la doctorante) au Laboratoire de Physique des Solides d’Orsay est détaillé ci-après.
Il concerne un élément clé pour obtenir des fibres de qualité : la compréhension et la maîtrise du procédé de carbonisation et de graphitisation de la lignine lors du chauffage des fibres. Le sujet de thèse porte donc sur l’étude in situ par diffusion des rayons X, au laboratoire ou sur synchrotron, de l’évolution de la structure et de la texture des fibres précurseurs au cours leur transformation. La graphiticité du produit est essentielle pour ses performances et sera liée à la fois à la chimie de la lignine et à la présence de nanotubes de carbone ou d’additifs polymères. Le doctorant (la doctorante) mettra en œuvre pour ses expériences de nouvelles cellules environnementales permettant des études en traction et en température. Les expériences de diffusion des rayons X seront réalisées à grands angles, pour analyser les aspects structuraux mais aussi à petits angles, pour évaluer la forme et l’orientation des (nano-)pores dans la fibre. Le.la doctorante participera aussi au développement du formalisme et des codes nécessaires pour analyser les phases amorphes et cristallines présentes, notamment l’évolution de leurs proportions, de la taille de leurs domaines et de leurs orientations [1,2,3,4]. Le doctorant (la doctorante) du CNRS se rendra à Londres (au moins trois mois au total) pour comprendre le processus de fabrication des fibres et effectuer des analyses complémentaires (par exemple : diffusion Raman, microscopie confocale/électronique).
Profil du.de la doctorant.e :
– Solides bases en physique des solides ou dans le domaine des matériaux
– Enthousiasme à la fois pour l’expérimentation et le développement de formalisme
– Excellentes compétences en matière d’organisation et de communication
– Des notions de programmation (python par exemple) seront appréciées
Date de début de thèse : 1er octobre 2023.
Pour candidater : https://emploi.cnrs.fr/Offres/CDD/UMR8502-PASLAU-005/Default.aspx
[1] V. Pichot, S. Badaire, P.-A. Albouy, C. Zakri, P. Poulin and P. Launois, 2006, Structural and mechanical properties of single-wall carbon nanotubes fibers, Phys. Rev. B 74, 245416
[2] T. Dabat, F. Hubert, E. Paineau, P. Launois, C. Laforest, B. Grégoire, B. Dazas, E. Tertre, A. Delville and E. Ferrage, 2019, A general orientation distribution function for clay-rich media, Nature Comm. 10, 5416
[3] W.J. Lee, E. Paineau, D.B. Anthony, Y. Gao, H. S. Leese, S. Rouzière, P. Launois and M.S.P. Shaffer, 2020, Inorganic nanotube mesophases enable strong self-healing fibers, ACS Nano 14, 5570
[4] J. Moore, E. Paineau E, P. Launois and M.S.P. Shaffer, 2021, Continuous binder-free fibers of pure imogolite nanotubes, ACS Applied Materials and Interfaces 13, 17940
