La fiabilité mécanique des pièces épaisses en acier faiblement allié est essentielle pour la sûreté des équipements nucléaires sous pression, notamment les cuves de réacteurs. Toutefois, la présence de zones méso-ségrégées, issues de la solidification, entraîne d'importantes variations locales de composition chimique (Mo, Mn, Si, P) qui ne sont pas éliminées par le forgeage ou les traitements thermiques. Ces hétérogénéités augmentent les risques de fragilisation intergranulaire, en particulier après les traitements thermiques tels que le revenu ou le détensionnement.

Il est donc essentiel de bien comprendre les mécanismes de redistribution de solutés, de précipitation (cémentite, carbures de Mo, M23C6 …) et de ségrégation des éléments aux anciens joints de grains austénitiques (PAGB) dans ces zones, et leurs éventuelles interactions. Ces phénomènes, encore mal connus, conditionnent les propriétés mécaniques des aciers à l’état dit « de réception », et leur évolution lors du vieillissement thermique en service.

Cette thèse, réalisée avec le laboratoire IM2NP à Marseille, vise donc à clarifier les mécanismes de ségrégation et de précipitation aux joints de grains, de l’échelle méso-structurale à l’échelle atomique. L’étude sera menée sur des matériaux industriels présentant des zones méso-ségrégées. On accordera une attention toute particulière à l’évolution des phénomènes au cours des traitements thermiques (état d’origine issu de la trempe, puis après les traitements de revenu et de détensionnement post-soudage) et à l’impact des gradients locaux de composition à différentes échelles (micro-méso-ségrégation et précipitation). Différentes techniques avancées seront utilisées pour analyser la microstructure et la chimie à plusieurs échelles. Le SEM couplé à l’EBSD/TKD servira à déterminer la microstructure et la nature des joints de grains, tandis que la sonde atomique tomographique (SAT) permettra de quantifier précisément la ségrégation et la précipitation sur les défauts structuraux. Ces approches seront complétées par le TEM/EDX, la spectroscopie Auger et la WDX. Un couplage TEM/SAT assurera une corrélation directe entre structure atomique et composition chimique des défauts dans ces zones. Les résultats expérimentaux seront soutenus par une approche de modélisation thermocinétique incorporant la compréhension des mécanismes de ségrégation et de précipitation. Le travail de modélisation s’appuiera sur un modèle de ségrégation - diffusion développé à l’IM2NP, auquel le couplage avec la précipitation devra être ajouté.

Bac + 5, Ingénieur.e ou Master recherche en science des matériaux

Excellentes bases en caractérisation des matériaux et thermodynamique, bon esprit de synthèse, autonomie, rigueur scientifique, maîtrise de la programmation en Python; intérêt marqué pour l'expérimental, les applications industrielles et le secteur du nucléaire.