Post-Doctorant ou Post-Doctorante - Etude Expérimentale et Modélisation de la Ségrégation de l'Étain à la Surface du Fer - CDD H/F - 42

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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.Le Laboratoire Georges Friedel (LGF) est une Unité Mixte de Recherche du CNRS (UMR 5307). Situé à l'École des Mines de Saint-Étienne et porté par deux tutelles (Mines Saint-Étienne et CNRS), le laboratoire regroupe tout le potentiel de recherche de Mines Saint-Étienne dans les domaines des matériaux, de la mécanique et des procédés.

Le centre SMS - Sciences des Matériaux et des Structures - est l'un des cinq centres d'enseignement et de recherche de Mines Saint-Etienne. Au sein du LGF, il développe des recherches en science des matériaux, mécanique et procédé avancés de fabrication, pour le transport et la production d'énergie, avec un objectif d'accroître la durabilité des matériaux.

Le sidérurgiste ArcelorMittal a pour objectif de réduire l'empreinte carbone de sa production d'acier à haute valeur ajoutée, avec comme objectif l'atteinte de la neutralité carbone en 2050. Afin de parvenir à ces fins, l'entreprise opère une modification progressive de ses filières de production des hauts fourneaux vers les fours électriques. Ce changement de technologie offre la possibilité d'augmenter de manière considérable les taux de fer pré-réduit et le taux de ferrailles dans l'élaboration de ses aciers.

Une des conséquences d'une proportion plus importante de ferraille dans la production d'acier est la modification de la composition chimique de ces derniers, notamment concernant les teneurs de certains éléments d'alliages tels que le nickel, le cuivre ou l'étain, ainsi qu'en impuretés tels que l'azote ou le soufre. Ces modifications, inhérentes à la quantité et à la qualité des ferrailles incorporées dans le four électrique, peuvent impacter les propriétés intermédiaires et finales des aciers. Parmi les points d'attention, les phénomènes de ségrégation de l'étain à la surface des aciers représentent un risque qui nécessitent une étude approfondie pour comprendre les paramètres influents et les interactions avec les éléments de la microstructure.

Ce que nous attendons de vous

Ce post-doc s'inscrit dans le cadre d'un partenariat entre le LGF et ArcelorMittal portant sur la ségrégation de l'étain à la surface du fer. Il est organisé selon trois axes de travail. Le premier axe porte sur l'étude de l'effet des concentrations en éléments chimiques (Sn, C, Mn) présents dans le fer, et des paramètres microstructuraux (taille de grains ferritique, présence d'une pré-déformation) sur la ségrégation en surface de l'étain. Ce travail s'appuiera sur des mesures par XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) in-situ, jusqu'à des températures de 600°C. L'approche in-situ permettra le suivi continu des cinétiques de ségrégation superficielle. Le second axe porte sur la méthodologie de mesure de ségrégation par spectroscopie WDS (Wavelength Dispersive X-ray Spectroscopy), qui, contrairement à l'XPS, présente l'avantage d'être très peu sensible à la contamination de surface et autorise donc des mesures ex-situ. Cet axe comprendra un travail préalable de validation de la méthodologie, puis son utilisation pour caractériser la ségrégation à haute température. Il s'agira ici de traiter thermiquement des échantillons de matière, en ampoules scellées, à des températures supérieures à 600°C, non accessibles aux mesures par XPS in-situ. Après traitement thermique, les ampoules seront trempées à l'eau pour assurer un refroidissement aussi rapide que possible, puis, une fois l'échantillon extrait de l'ampoule, les mesures de ségrégation seront réalisées par WDS, ex-situ. Le dernier axe porte sur la modélisation numérique du phénomène de ségrégation superficielle. Ce travail s'appuiera sur un modèle déjà existant, qu'il faudra adapter au cas traité (prise en compte des éléments présents dans le système et de leur éventuelles interactions, influence de la microstructure), en s'appuyant sur les résultats expérimentaux. Le travail expérimental s'appuiera sur des coulées de laboratoires, réalisées au LGF : alliages Fe-Sn en priorité, puis alliages Fe-C-Sn et alliages Fe-Mn-Sn.

Le poste est basé sur le campus de Saint-Étienne, mais des déplacements réguliers sur le site d'ArcelorMittal à Maizières-les-Metz sont à prévoir, notamment pour les mesures par WDS.