Doctorant - Coloration Structurelle par Effets Photoniques de l'Aluminium Recyclé - Contrat Doctoral Thèse Edsis 488 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.

Contexte

Bienvenue dans l'univers des matériaux du futur !

Au centre 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.

Description du projet / ce que nous attendons de vous

L'aluminium est le métal non ferreux le plus important, utilisé à large échelle dans le transport, le bâtiment et le packaging. La production de l'aluminium est très coûteuse du point de vue énergétique, étant 95 % plus énergivore que son recyclage. Par ailleurs, l'aluminium est très utilisé dans le domaine du packaging de luxe. Comme il présente une excellente recyclabilité, son utilisation peut contribuer à la réduction de l'impact environnemental. Pour ce faire, différentes entreprises du domaine de la mode et du luxe ont commencé à introduire de l'aluminium recyclé dans leurs produits.

Cependant, pour avoir un aspect visuel satisfaisant, il est difficile d'augmenter plus le taux aluminium recyclé: le taux limite est de l'ordre de 18-20% pour obtenir un aspect mat satisfaisant, tandis qu'elle est de 8-10% pour un effet brillant.

L'objectif de la thèse est d'étudier de nouvelles méthodes de coloration, jusqu'à présent peu explorées dans le domaine industriel, permettant d'augmenter la part d'aluminium recyclé dans le matériau final, tout en conservant un rendu visuel compatible avec une utilisation dans le domaine du luxe.

Les méthodes de coloration envisagées sont d'une part la génération d'effets de bande interdite photonique en créant par anodisation une couche d'oxyde à la surface du matériau, présentant des nanotubes de diamètre périodiquement variable. La variation périodique de la porosité de la couche d'oxyde crée une variation périodique de l'indice de réfraction effectif de la couche d'oxyde, générant un effet de bande interdite photonique (comme un réseau de Bragg).

D'autre part il est également possible de générer des couleurs par nanostructuration de l'aluminium par anodisation puis retrait de la couche d'oxyde par attaque chimique. Le bas des nanotubes créés lors de lanodisation génère en effet une nanostructure périodique de type cupules dans le substrat d'aluminium, qui induit des effets diffractifs une fois la couche d'oxyde retirée.

La thèse sera organisée de la façon suivante : après une étape de sourcing de fournisseurs d'aluminium, basée sur des critères environnementaux, des échantillons seront réalisés, en employant les deux méthodes de coloration citées précédemment. Les échantillons réalisés seront caractérisés en termes de microstructure, par microscopie optique et électronique. La composition chimique du matériau sera également étudiée, principalement par EDX sous microscope électronique. Les propriétés optiques des échantillons seront également évaluées : réflectance, couleur, brillant et BRDF dans le cas des échantillons présentant des variations angulaires de couleur.

Durant la thèse, des modèles optiques seront également développés, pour prédire le spectre de réflectance du matériau à partir de sa structure. Il s'agira de modèles multicouches simplifiés basés sur les matrices d'Abélès et de modèles plus complexes basé sur la Méthode Modale de Fourier.

Enfin, des estimations de valeur perçue des échantillons réalisés seront effectuées par tests perceptifs par des panels humains, afin d'évaluer l'acceptabilité du rendu visuel des échantillons dans le contexte du luxe.