Saint-Gobain

Reference : 577718

Thèse - Etude de systèmes granulaires réactifs par ondes ultrasonores (H/F)

  • Research and Development
  • France
    AUBERVILLIERS
  • Thesis
  • Posting date : 04/30/2020

Position description

Nous proposons un sujet de thèse CIFRE qui reposera sur les deux partenaires suivants : le laboratoire pluridisciplinaire Saint-Gobain Research Paris (à Aubervilliers) et l’Institut Langevin (à Paris). Saint-Gobain Research Paris est l’un des 8 grands centres de recherche de Saint-Gobain, producteur et distributeur de matériaux pour l’habitat et la vie quotidienne (bâtiments, transports, infrastructures) ainsi que pour de nombreuses applications industrielles. L’Institut Langevin est une Unité Mixte de Recherche de l’ESPCI Paris - PSL et du CNRS dédiée à la physique des ondes et à ses applications. Ce travail de thèse fera l’objet d’une collaboration avec l’IFSTTAR (Professeur Nicolas Roussel) qui apportera son expertise en physico-chimie des milieux cimentaires.

 

Parmi les matériaux que Saint-Gobain produit, beaucoup sont à base de systèmes granulaires réactifs (mortier, plâtre, etc.). Le mélange, réalisé sur chantier par les artisans ou en usine de production, conditionne les performances finales des produits (microstructure, rhéologie, mécanique,…). La réactivité chimique de ces systèmes ainsi que leur forte dispersion granulométrique ( 10 µm – 1 mm) rendent la caractérisation de leur mélange complexe, sujet peu étudié jusqu’à présent.  

L’objectif de cette thèse est de développer et comparer différentes méthodes pour caractériser la qualité et la cinétique de mélange de systèmes granulaires réactifs. Ainsi, plusieurs techniques expérimentales disponibles dans les locaux de Saint-Gobain Research Paris (mesures rhéologiques, électriques, imagerie par rayons X notamment) seront comparées à des techniques ultrasonores développées à l’Institut Langevin. Les mesures de transmission ultrasonore sont potentiellement intéressantes pour suivre des cinétiques de mélange en raison de leur caractère non destructif et de leur rapidité. Il a déjà été montré que les ultrasons fournissaient une méthode d'investigation non intrusive particulièrement adaptée aux milieux granulaires, matériaux par nature hétérogènes et optiquement opaques. La propagation d'ondes ultrasonores dans les milieux granulaires poreux, secs ou partiellement mouillés (états funiculaire et pendulaire), s’effectue à travers le squelette solide (i.e., le réseau des contacts) via les régimes de milieux effectifs et/ou de diffusion multiple [1]. A contrario, dans des milieux granulaires saturés de liquide, les ondes ultrasonores se propagent plutôt à travers le liquide interstitiel.

Sur un plan fondamental, il s’agira détablir les liens entre réponses acoustiques, structure à l’échelle mésoscopique (réseaux de contacts, amas) et interactions à l’échelle des grains (contact hertzien, friction, cohésion, lubrification) dans des systèmes granulaires secs, mouillés [2] ou saturés de liquide, sous faible compression. Nous nous appuierons pour cela sur des expériences qui seront réalisées sur des systèmes modèles (empilements de billes de verre et sables). Dans un volet plus appliqué de la thèse, nous pourrons alors étudier la cinétique de mélange de systèmes granulaires réactifs réels. Nous nous intéresserons notamment à : i) des mélanges homogènes avec différentes teneurs en eau ; ii) des mélanges inhomogènes (en présence de grumeaux) avec différents temps de mélange pour une teneur en eau donnée ; et iii) des systèmes modèles dans lesquels on fera varier la répartition spatiale de l’eau ajoutée. Il s’agira de suivre les changements structuraux intervenant pendant la mise en œuvre ou la prise de ces systèmes granulaires à l’aide des différentes techniques expérimentales envisagées.

Références

[1] X. Jia, C. Caroli, B. Velicky, “Ultrasound propagation in externally stressed granular media,” Phys. Rev. Lett. 82, 1863 (1999)

[2] Th. Brunet, X. Jia & P. Mills, “Mechanisms for acoustic absorption in dry and weakly wet granular media,” Phys. Rev. Lett. 101, 138001 (2008)

REQUIRED QUALIFICATIONS

Elève-ingénieur en fin de cycle ou Master 2 ayant une formation en physico-chimie des matériaux ou/et en physique des ondes. Des qualités d’organisation et de communication écrite et orale, en français comme en anglais, sont indispensables.

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Saint-Gobain conçoit, produit et distribue des matériaux et des solutions pensés pour le bien-être de chacun et l’avenir de tous. Ces matériaux se trouvent partout dans notre habitat et notre vie quotidienne : bâtiments, transports, infrastructures, ainsi que dans de nombreuses applications industrielles. Ils apportent confort, performance et sécurité tout en répondant aux défis de la construction durable, de la gestion efficace des ressources et du changement climatique.

Avec un chiffre d’affaires de 42,6 milliards d’euros en 2019, Saint-Gobain est présent dans 68 pays avec plus de 170 000 collaborateurs.

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Saint-Gobain Research Paris, est l’un des 8 grands centres de recherche de Saint-Gobain. Pour en savoir plus : www.sgr-paris.saint-gobain.com

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