Doctorant(e) « Modélisation atomistique du comportement mécanique d’alliages à haute entropie (HEA) »

Rejoindre Mines Saint-Étienne, c’est s’engager dans une institution où la science et l’innovation bâtissent un avenir plus durable. Une école d’excellence où chacun a l’opportunité de révéler son plein potentiel et de contribuer à relever les défis de demain.

Classée parmi les meilleures écoles d’ingénieurs en France et reconnue mondialement, notre école, membre de l’Institut Mines-Télécom, forme les talents de demain tout en contribuant activement à relever les grands défis industriels, numériques et environnementaux. Avec nous, vous intégrez une communauté de 500 collaborateurs, 2500 étudiants, et participez à un projet ambitieux : conjuguer excellence académique, recherche d’avant-garde et impact sociétal positif.

L’Institut Mines-Télécom fédère les grandes écoles françaises autour des défis industriels majeurs, numériques, énergétiques et écologiques. Avec ses 8 Grandes Écoles publiques et 2 écoles filiales, il est le premier institut public dédié aux ingénieurs et managers. Ensemble, nous imaginons et construisons un avenir durable, en formant les acteurs qui façonneront les transitions de demain.

À Mines Saint-Étienne, nos centres de recherche sont le cœur battant de notre École.

Pensés comme de véritables hubs d’innovation, nos cinq Centres de Formation et de Recherche articulent leurs expertises autour de grands enjeux industriels, environnementaux, sociétaux et technologiques.

Leur mission ? Imaginer le monde de demain en alliant excellence académique et impact concret.

Au centre Sciences des Matériaux et des Structures (SMS), on décortique la matière pour mieux la maîtriser. Alliages métalliques, céramiques, composites… ici, on explore le lien entre procédés, microstructures et propriétés des matériaux.

Grâce à des outils de caractérisation avancée et des modèles multi-échelles, nos enseignants-chercheurs inventent le concept de « Material by design » : concevoir les matériaux dès l’atelier de recherche, pour une performance sur-mesure.

🧠 Vous aimez la science fondamentale qui change le réel ? C’est ici que ça se passe !

Depuis l’âge du bronze, on sait qu’ajouter certains éléments d’addition à un métal permet de le durcir: le bronze est un alliage de cuivre et d’étain, plus dur que le cuivre ou l’étain purs. Le comportement mécanique de ces alliages est gouverné par des défauts nanométriques, les dislocations, qui sont les vecteurs de la déformation plastique dans les matériaux métalliques. Dans de tels alliages, les atomes de soluté (l’étain dans le bronze) forment une solution solide qui entrave le mouvement des dislocations, ce qui augmente la limite élastique sans compromettre la ductilité.

Les alliages métalliques en cours de développement exploitent ce mécanisme de durcissement par solution solide. C'est notamment le cas des alliages à haute entropie (HEA), qui sont constitués de plusieurs éléments en proportions comparables, formant ainsi une solution solide complexe. Les HEA de structure cubique à faces centrées (fcc) offrent un compromis exceptionnel entre résistance mécanique et ductilité, ce qui les rend prometteurs pour des applications industrielles dans les domaines de l’énergie ou de l’aéronautique. Comme pour les alliages classiques, leurs propriétés mécaniques dépendent fortement de la structure atomique locale et de la présence de défauts cristallins (dislocations, macles, fautes d’empilement). Le dopage à l’azote, dont les atomes restent en solution solide, permet d’accroître encore davantage la limite d’élasticité de ces alliages [1]. L’objectif de ce projet de recherche est d’étudier l’influence des atomes de soluté d’azote sur le comportement mécanique des HEA FeCrNiMn à l’échelle nanométrique.

La dynamique moléculaire (MD) est une méthode de modélisation atomistique qui permet d’étudier les phénomènes de plasticité à l’échelle nanométrique. Lors de cette thèse, l’étudiant développera un potentiel interatomique intégrant les interactions entre les atomes d’éléments d’alliage et les atomes de soluté d’azote. Ce potentiel constituera une extension de celui proposé par Daramola et al. [2], initialement développé pour les HEA FeCrNiMn sans azote. Dans un second temps, des essais mécaniques seront réalisés avec et sans dopage en azote, afin d’analyser l’influence des atomes de soluté sur la plasticité à l’échelle des défauts cristallins.

[1] Traversier et al., Nitrogen-induced hardening in an austenitic CrFeMnNi high-entropy alloy (hea). Materials Science and Engineering : A, 804 :140725, 2021.

[2] Daramola et al., Development of a plasticity-oriented interatomic potential for CrFeMnNi high entropy alloys, Computational Materials Science 203 (2022) 111165