Doctorant CNES - IRT Saint Exupéry

Toulouse CDD (36 mois)

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À propos de IRT Saint Exupéry

Le doctorat proposé est une thèse CNES co-financée par l’Institut de Recherche Technologique (IRT) Saint Exupéry. Les travaux seront réalisés à Toulouse, à l’Institut Clément Ader (ICA, https://ica.cnrs.fr/ ) sous la direction du Professeur Philippe Olivier, en collaboration avec Dr. Marc Guerre du laboratoire IMRCP (https://imrcp.ups-tlse.fr).

 

L’IRT Saint-Exupery est un accélérateur de science, de recherche technologique et de transfert vers les industries de l’aéronautique et du spatial pour le développement de solutions innovantes sûres, robustes, certifiables et durables.

Nous proposons sur nos sites de Toulouse, Bordeaux, Montpellier, Sophia Antipolis et Montréal un environnement collaboratif intégré composé d’ingénieurs, chercheurs, experts et doctorants issus des milieux industriels et académiques pour des projets de recherche et des prestations de R&T adossés à des plateformes technologiques autour de 4 axes : les technologies de fabrication avancées, les technologies plus vertes, les méthodes & outils pour le développement des systèmes complexes et les technologies intelligentes.

Nos technologies développées répondent aux besoins de l'industrie, en intégrant les résultats de la recherche académique.

 

Etablissement public à caractère industriel et commercial (EPIC), le CNES propose aux pouvoirs publics la politique spatiale de la France et la met en œuvre dans 5 grands domaines stratégiques : Ariane, les Sciences, l’Observation, les Télécommunications et la Défense. Le doctorat proposé sera réalisé à l’interface entre différents services de la Direction Technique et Numérique du site de Toulouse (CST) : le service Matériaux, Procédés et Technologies d’Assemblages ainsi que le service Structure et Mécanique. Une partie des essais pourront être réalisés au laboratoire d’expertises du CST.

Le poste

L’utilisation de matériaux composites à matrice polymère renforcés par des fibres de carbone haut module n’est pas seulement motivée par des considérations d’allègement, mais également par une amélioration de leur stabilité thermique. De plus, une sélection judicieuse des matrices époxys ou cyanate esters permet d’obtenir les propriétés requises pour les satellites en termes de taux d’humidité absorbée et de dégazage. La mise en oeuvre des procédés de fabrication des composites peut générer des défauts et des non-conformités dans les pièces produites, par exemple des dimensionnements inadaptés ou des discontinuités dans le matériau qui sont très difficiles à corriger dans le cas des composites à matrice thermodurcissable usuels.


Dans ce projet, nous proposons de résoudre ces problèmes en considérant des matériaux vitrimères renforcés par des fibres de carbone, pour des applications dans le domaine du spatial. Les vitrimères sont un nouveau type de matériau polymère révolutionnaire qui combinent les avantages des thermoplastiques et des thermodurcissables: en raison de la réversibilité thermo-induite du reseau polymère; les vitrimères se comportent comme des thermodurcissables à la temperature d’application et comme des thermoplastiques à plus haute temperature, en ayant la capacité de s’écouler. Cette caractéristique unique devrait donner des propriétés sans précédent de réparabilité, de remise en forme et de soudabilité à des matériaux thermodurcis. Cela ouvre aussi la possibilité de developper des prepregs vitrimères totalement réticulés qui pourraient être consolidés par des procédés tels que le moulage par compression pour former des pieces composites, ceci permettant de résoudre les problèmes récurrents de stockage et de temps de vie limité des prepregs thermodurcissables.

 

Le premier but de projet de thèse est la synthèse, la formulation et la caractérisation de cette nouvelle classe de matériaux composites à matrice vitrimère pour des applications dans les satellites, qui devront se conformer à des contraintes de procédés de fabrication, de rigidité des pièces, de résistance mécanique et de stabilité thermique, et à des critères environnementaux (absorption d’humidité, dégazage). Le second objectif est de démontrer le potentiel des composites à matrice vitrimère renforcés par des fibres de carbone de haut module à être remis en forme ou simplement réparés.


Missions : 


WP1. Sélection et étude de la chimie des vitrimères, simulation de la cinétique de reticulation et évaluation des propriétés vitrimères à base de résines de grade spatial. Responsable: IMRCP.

 

Dans la première partie de la thèse, il s’agira d’identifier des chimies vitrimères applicables aux matériaux composites renforcés par des fibres de carbone. La chimie vitrimère selectionnée devra remplir des critères liés aux procédés de mise en oeuvre des composites utilisés dans l’industrie spatiale, et devra être compatible avec les chimies usuellement rencontrées dans ce domaine. Egalement, les matières premières sélectionnées pour l’introduction de cette chimie devront être disponibles industriellement. Ensuite, la dynamique des reactions d’échange sera évaluée à l’aide de reactions modèles. Il faudra également s’assurer que la cinétique de reticulation en presence du durcisseur dynamique est compatible avec la viscosité requise pour les procédés de mise en oeuvre des composites considérés. La réparabilité des vitrimères obtenus sera évaluée via des analyses de rhéologie telles que la relaxation de contrainte, la résistance au fluage et le balayage en fréquence. Finalement, la stabilité thermique et le comportement en absorption d’humidité des matériaux seront determinés.


WP2. Fabrication de composites vitrimère/fibre de carbone, étude des propriétés physiques et mécaniques et possibilités de remise en forme. Responsable: ICA.


Les résines vitrimères formulées par le partenaire IMRCP seront utilisées pour la fabrication de composites par des procédés de moulage de composites liquides (LCM). Dans ce travail, la capacité des résines vitrimères à être mises en oeuvre dans des procédés LCM sera évaluée en termes de viscosité, de mouillabilité des fibres de carbone haut module, et de températures d’imprégnation et de cuisson. La seconde partie de ce WP sera dédiée à la détermination des propriétés physiques et mécaniques des composites de même que le coefficient d’expansion thermique, l’absorption d’humidité, et le dégazage. A ces fins, des échantillons de composites seront soumis à ces tests normalisés. Pour finir, le WP2 s’intéressera à la capacité des composites vitrimère/fibre de carbone à être remis en forme et réparés.


WP3. Etude de faisabilité d’un prepreg unidirectionnel vitrimère/fibre de carbone.

Responsable: IRT St-Exupery.


Dans ce WP, le but est d’appliquer les formulations composites développées dans le WP1 dans un proceed d’imprégnation pilote à l’IRT Saint-Exupéry. Les paramètres d’imprégnation seront étudiés en detail afin de produire un premier niveau de prepregs vitrimère/fibre de carbone de haut module. Ces prepregs seront caractérisés en termes d’écoulement, de tack et de processabilité. Des échantillons de laminés seront preparés par consolidation en four ou sous presse à chaud. Les propriétés thermomécaniques des différentes pièces de composites vitrimères seront comparées à celles des analogues thermomurcissables coinventionnels. Finalement, la soudabilité de laminés à matrice vitrimère sera évaluée.

Profil recherché

Le candidat doit être titulaire d’un diplôme d’ingénieur avec une dominante forte dans le domaine des matériaux et/ou d’un Master en Matériaux et Chimie des Matériaux.


Solide expérience acquise en stage ou en projet de fin d’études dans le domaine des matériaux composites à matrice organique. Une première expérience dans le spatial serait appréciée.


Le / la candidat(e) devra faire preuve d'enthousiasme, d'initiative et d'autonomie pour développer ce projet et devra apprécier le travail en équipe. De bonnes capacités de communication et la maîtrise de l’anglais seront nécessaires.

Toulouse
CDD (36 mois)
Ingénierie
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