Durabilité des matériaux réfractaires en conditions extrêmes : approche expérimentale et modélisation thermomécanique pour les procédés décarbonés // Durability of Refractory Materials in Extreme Conditions: Experimental Investigation and Thermomechanical

La décarbonation des procédés industriels à haute température constitue un enjeu majeur de la transition énergétique, en particulier pour les secteurs fortement émetteurs de gaz à effet de serre. Le recours à des sources de chaleur décarbonées, telles que l'électrification ou l'hydrogène, modifie profondément les conditions de fonctionnement (flux thermiques, modes de chauffage, gradients), avec un impact direct sur la durabilité des matériaux réfractaires utilisés dans ces installations.

Dans ce contexte, le projet de thèse vise à comprendre et prédire le comportement des matériaux réfractaires soumis à des conditions thermomécaniques extrêmes. Les mécanismes de dégradation (fissuration, endommagement, transformations microstructurales) restent aujourd'hui mal compris, notamment en raison du manque de données expérimentales fiables en conditions représentatives et de modèles prédictifs validés.

La thèse repose sur une approche interdisciplinaire combinant expérimentation avancée, caractérisation des matériaux et modélisation thermomécanique. Des essais seront réalisés sous flux thermique élevé à l'aide d'un simulateur solaire, avec des mesures couplées de champs de température (thermographie infrarouge) et de déformation (corrélation d'images numériques). Ces données permettront d'observer in situ les mécanismes d'endommagement.

En parallèle, des matériaux réfractaires (carbure de silicium, alumine) seront caractérisés à différentes échelles (microstructure, propriétés thermophysiques et mécaniques). Ces résultats alimenteront le développement de modèles thermomécaniques avancés (non locaux, micromorphes) capables de décrire les phénomènes de fissuration et d'endommagement sous gradients thermiques sévères.

Une analyse intégrée des données expérimentales et des simulations permettra de valider les modèles et de proposer un cadre prédictif du comportement des matériaux en conditions extrêmes. À terme, ce travail contribuera à améliorer la durabilité des matériaux et la fiabilité des procédés industriels décarbonés.

La thèse s'inscrit dans une collaboration entre l'ITheMM (URCA) et le LASMIS (UTT), s'appuyant sur des plateformes expérimentales de pointe et une expertise reconnue en modélisation. Elle s'intègre dans une dynamique structurante en lien avec les enjeux matériaux-énergie à l'échelle régionale et nationale.
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The decarbonization of high-temperature industrial processes is a major challenge in the energy transition, particularly for energy-intensive sectors with high greenhouse gas emissions. The use of decarbonized heat sources, such as electrification or hydrogen, significantly modifies operating conditions (heat fluxes, heating modes, thermal gradients), directly impacting the durability of refractory materials used in these systems.

In this context, the EXTREME-MAT PhD project aims to understand and predict the behavior of refractory materials subjected to extreme thermomechanical conditions. Degradation mechanisms (cracking, damage, microstructural transformations) remain insufficiently understood, mainly due to the lack of reliable experimental data under representative conditions and the absence of validated predictive models.

The project is based on an interdisciplinary approach combining advanced experimentation, material characterization, and thermomechanical modeling. Experiments will be conducted under high heat flux using a solar simulator, with coupled measurements of temperature fields (infrared thermography) and strain fields (digital image correlation). These measurements will enable in situ observation of damage mechanisms.

In parallel, refractory materials (silicon carbide, alumina) will be characterized at different scales (microstructure, thermophysical and mechanical properties). These results will feed the development of advanced thermomechanical models (nonlocal and micromorphic approaches) capable of describing cracking and damage under severe thermal gradients.

An integrated analysis of experimental data and simulations will allow model validation and the development of a predictive framework for material behavior under extreme conditions. Ultimately, this work will contribute to improving material durability and the reliability of decarbonized industrial processes.

The PhD is conducted in collaboration between ITheMM (URCA) and LASMIS (UTT), relying on state-of-the-art experimental facilities and recognized expertise in modeling. It is part of a broader structuring dynamic aligned with materials and energy challenges at both regional and national levels.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Financement d'un établissement public Français

Université de technologie de Troyes

361 Sciences Pour l'Ingénieur

- Ingénieur d'une grande école ou Master 2 dans le domaine Mécanique ou Matériaux - Connaissance sur la construction des modèles numériques par éléments finis - Connaissance en programmation (Python, Matlab ou fortran). - Goût pour l'expérimentation - Esprit d'initiative, adaptabilité et bon relation - Capacité à lire et écrire des articles en anglais
Engineering degree (Grande École) or Master's degree (MSc) in Mechanics or Materials Science Knowledge of finite element modeling and numerical methods Programming skills (Python, MATLAB, or Fortran) Interest in experimental work Initiative, adaptability, and good interpersonal skills Ability to read and write scientific articles in English