L’équipe « Microstructures de Croissance Auto-organisées » (MCA) du laboratoire IM2NP est spécialisée dans l’observation in-situ des phénomènes de solidification par rayonnement X. Cette équipe dispose d’un dispositif unique de solidification dirigée (GATSBI) qui permet d’étudier, en temps réel, les phénomènes de fusion-solidification jusqu’à 1800°C. En janvier 2025, un premier essai de solidification réalisé au synchrotron européen ESRF a permis de démontrer l’intérêt d’une telle technique pour permettre de caractériser, pour la première fois, la morphologie de la zone pâteuse du 18MND5 en cours de solidification.  

À l’aide de ce dispositif, Framatome souhaite caractériser systématiquement le déroulement de la solidification, et en particulier la réaction péritectique, dans différentes nuances d’aciers faiblement alliés, en fonction des conditions locales de vitesse de refroidissement et de gradient de température. Nous envisageons pouvoir :

- Observer la mise en place de la structure de solidification, dans des conditions de refroidissement proches de celles des gros lingots de forge (zones colonnaire et équiaxe) ;

- Décrire la cinétique de la réaction péritectique ;

- Décrire la morphologie de la zone pâteuse au fil de la solidification ;

- Proposer un modèle afin de simuler la mise en place de la structure de solidification.

L’objectif de la thèse sera de mener à bien les expériences de solidification avec observation in-situ des phénomènes pertinents et d’analyser ces résultats afin de contribuer à un modèle simple reliant la cinétique de solidification, en tenant compte du changement de nature du solide formé, la microségrégation et la morphologie de la zone pâteuse. Ces travaux constitueront la base expérimentale indispensable pour permettre l’amélioration des codes de calcul de la solidification des gros lingots.

Framatome souhaite étudier trois aciers faiblement alliés, identifiés comme matériaux pouvant constituer des enceintres sous pression, dont le comportement à la solidification varie :

- Un acier 18MND5 : matériau de référence de nature hyper-péritectique ;

- Un acier 14MND5 : matériau dérivé du 18MND5 de nature quasi-péritectique ;

- Un acier 2,25Cr-1Mo : matériau hypo-péritectique réputé peu sensible aux phénomènes de ségrégation.

Les échantillons observés in-situ pourront faire l’objet d’observations ex-situ à l’aide des techniques expérimentales suivantes : microfluorescence X, techniques de microscopie électronique (EBSD, EDX). Ces techniques pourront être utilisées pour caractériser les échantillons en pseudo-3D (analyse des deux surfaces, et à mi-épaisseur) afin de mieux comprendre l’influence des effets de bord.

Le département Matériaux (DTIMM) apporte à l'Ingénierie de FRAMATOME et plus largement à d'autres entités de l’entreprise une expertise pour le choix des matériaux métalliques, leur mise en œuvre, le suivi de leurs propriétés au cours du temps et leur optimisation.

Cette thèse CIFRE, qui s’inscrit dans le cadre d'une collaboration entre FRAMATOME et l’Institut Matériaux Microélectronique Nanoscience de Provence (IM2NP), se déroulera principalement au sein de l’IM2NP à Marseille avec des points de rendez-vous réguliers dans les locaux de Framatome à Lyon et éventuellement à la Défense qui constituent les 2 antennes de DTIMM. Des déplacements ponctuels à l'ESRF de Grenoble sont également prévus.

Le profil recherché est celui d'un.e ingénieur.e orienté.e "Science des Matériaux" avec des connaissances en Métallurgie et en Physique. Les qualités attendues sont les suivantes :

- intérêt fort pour la métallurgie physique et pour le travail expérimental,

- goût pour la modélisation,

- curiosité et attrait pour la démarche scientifique,

- bonne aptitude à la communication écrite et orale,

- capacité d'écoute et d'adaptation.