Suivi multi-échelle du vieillissement de matériaux composites et revêtements recyclables en milieu marin : design de sondes de fluorescence adaptées au suivi in-situ

Sujet : Cette thèse s’inscrit dans une thématique très dynamique autour de nouvelles matrices polymériques tridimensionnelles recyclables par des méthodes douces ou peu énergivore applicables aux structures marines telles que le naval ou l’éolien off-shore. Il s'agira de résines de types vitrimères

Il s’agit d’identifier les mécanismes de vieillissement en milieu humide (diffusion d’eau, dégradation UV,..) de ces nouvelles matrices polymères de type vitrimères et de leurs composites à fibres longues par une stratégie de caractérisations multi-échelles allant de l’échelle moléculaire à l’échelle macro dont le laboratoire MAPIEM possède l’expertise et les moyens de caractérisations (spectroscopiques (FT-IR, Raman, RMN, fluorescence), thermo-mécaniques (DMA et AFM). Des méthodes avancées à l’échelle nanométrique seront réalisées en association avec le laboratoire LPNE de l’université de Mons du Pr Philippe Leclère qui pourra accueillir le (la) doctorant(e) durant la thèse grâce à des bourses de mobilité.

L’objectif principal de la thèse est de consolider ou développer des modèles analytiques robustes de cinétique de vieillissement en milieu marin, intégrant des couplages physiques, chimiques et mécaniques. Ces modèles permettront ainsi de concevoir des matériaux plus résistants à cet environnement grâce à l’identification de l’origine, du mécanisme et à la localisation des points faibles de ces matériaux. L’originalité scientifique de cette thèse résidera dans l’intégration de sondes de fluorescence conçues pour être sensibles respectivement aux contraintes mécaniques internes, aux changements de polarité ou de mobilité macromoléculaire afin d’être des traceurs quantitatifs des conséquences du vieillissement humide. Le laboratoire MAPIEM a identifié et maîtrise la synthèse de sondes de fluorescence aptes à répondre à certains de ces paramètres physico-chimiques.

Cette thèse a trait à la science et à l'ingénierie des réseaux de polymères avec une forte transversalité allant de la synthèse des sondes de fluorescence à la caractérisation chimiques, physico-chimiques, mécaniques et thermiques des matériaux polymériques et composites.

Ce travail de doctorat pourra aller jusqu’à l’application avec notamment des aspects de développement en fluorescence pour permettre le suivi à distance de l’état de santé des revêtements et composites qui intéressent notamment les industriels de l’éolien.

Contexte : Le financement du doctorat est assuré par un contrat doctoral de l’université de Toulon. Le travail de recherche sera encadré par Pascal Carriere, Armand Fahs et Annie Praud qui ont des compétences dans les domaines des matériaux polymères, du vieillissement humide, des interphases et de leurs caractérisations et de la synthèse organique afin d’assurer un bon déroulement de la thèse et une excellente disponibilité pour les échanges.

Sélection : La sélection se fera par un premier entretien avant le 13 juin 2025 avec l’équipe d’encadrement de la thèse puis les candidats pré-sélectionnés seront auditionnés par l’Ecole Doctorale Mer et Sciences, le 27 juin 2025. Le démarrage de la thèse est prévu au 1er Octobre 2025.

La thèse sera réalisée au sein du groupe Matériaux durables pour le développement de structure dont la thématique centrale est directement en lien avec la proposition de thèse et le groupe consacré au vieillissement des revêtements et composites.

Le laboratoire MAPIEM est reconnu pour ses activités de recherche sur les matériaux composites et revêtements à matrice polymère pour des applications en milieu agressifs et marin.

Il possède une expertise approfondie dans le développement de solutions innovantes visant à améliorer les performances et la durabilité des matériaux (revêtements, composites et nano-composites, modification de surface des charges, etc) et autour des méthodes de suivi et de compréhension des mécanismes de vieillissement.

Thématiques scientifiques : The understanding of the mechanics behind the durability of cross-linked coatings and composite materials must be supplemented by an end-of-life plan or integration into the circular economy through thermoset material recycling or shaping. Vitrimers embody these principles, combining the mechanical properties of thermosets in operation with the malleability of thermoplastics, which is necessary for recycling and self-repair. In the marine sector, interest is focused on epoxy or polyurethane vitrimers, whose chemistries have proven their durability. The network engineering implemented thanks to the selected chemistries is aimed at controlling the activation of dynamic covalent bonds as a function of temperature, mechanical stress and environment. Specifically, we develop expertise in fluorescence and Raman spectroscopies to investigate the kinetics of reversible covalent bonding with molecular and macromolecular dynamics.

Le/la candidat(e) devra avoir une formation et de solides connaissances dans le domaine de la science des polymères (caractérisations) ainsi qu’une affinité et une certaine maîtrise de la synthèse organique. Des connaissances dans le domaine du vieillissement seraient un plus.

Il/elle devra faire preuve de sérieux, d’implication, d’autonomie et d’enthousiasme dans son travail ainsi que des qualités relationnelles et d’aisance de communication. Il/elle sera régulièrement amené(e) à rédiger des rapports, des articles et présenter ses résultats.