Etude des phénomènes de dégradation des réseaux d’eau potable en PVC

Dans le cadre de la gestion durable des réseaux d’eau potable en France, la compréhension et la maîtrise du vieillissement des conduites en PVC représentent un enjeu majeur pour les collectivités et les exploitants. En effet, ces conduites, largement utilisées pour leur légèreté et leur facilité de pose, sont soumises à des conditions d’exploitation variées (pression, température, qualité de l’eau, sollicitations mécaniques) susceptibles d’induire, à long terme, des mécanismes de dégradation complexes. Or, leur vieillissement progressif peut entraîner des pertes de performance, des ruptures, voire des fuites, impactant directement la qualité du service et la préservation de la ressource en eau. Pour anticiper ces phénomènes et optimiser les stratégies de maintenance ou de renouvellement, il est essentiel de mieux comprendre les mécanismes physico-chimiques et mécaniques impliqués dans la dégradation du PVC, et de développer des modèles prédictifs robustes de leur évolution dans le temps. Pour répondre à ces enjeux scientifiques et opérationnels, cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet porté par le centre de recherche de SUEZ (CIRSEE), en lien avec l’ENSAM (Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers). L’objectif est de combiner les analyses expérimentales et la modélisation numérique afin de décrire et prédire les cinétiques de dégradation des conduites en PVC utilisées dans les réseaux d’eau potable.

C’est dans ce cadre que l’équipe Patrimoine du CIRSEE propose une thèse portant sur la modélisation de la dégradation des conduites en PVC, avec les objectifs suivants :

1. Identifier les facteurs de vieillissement des conduites en PVC : comprendre et décrire les phénomènes physico-chimiques responsables du vieillissement des conduites ;
2. Formaliser les mécanismes de dégradation sous forme d’équations ;
3. Évaluer l’impact du vieillissement sur les propriétés mécaniques du matériau ;
4. Développer un modèle couplé décrivant les aspects chimiques, physiques et mécaniques de la dégradation des conduites en PVC.

Les missions du ou de la doctorant(e) comprendront :

• Une revue bibliographique approfondie et le développement/amélioration des méthodes de qualification ;
• La réalisation d’essais de vieillissement accéléré et de tests physico-chimiques et mécaniques ;
• L’analyse et l’interprétation des résultats expérimentaux ;
• L’étude des lois mécaniques et de l’influence du vieillissement sur leur évolution ;
• L’établissement de liens entre les évolutions chimiques du matériau et ses propriétés mécaniques ;
• La modélisation des processus de dégradation à la fois chimiques et mécaniques ;
• La rédaction du mémoire de thèse.

Cette thèse SUEZ est en partenariat avec l’ENSAM. La thèse aura lieu principalement sur le site du CIRSEE-SUEZ à Croissy-sur-Seine et au laboratoire PIMM de l’ENSAM à Paris.

Le laboratoire PIMM (Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux) est une unité mixte de recherche avec trois tutelles : ENSAM, CNRS, Cnam. Il développe des activités autour des matériaux industriels (alliages métalliques, polymères et composites) et de nouveaux matériaux – de la conception (dont bio-inspirée) à la fabrication – architecturés, multi-fonctionnels, bio-sourcés, recyclés. Ses activités s’inscrivent dans la chaîne allant des procédés de mise en forme dont les procédés laser et la mise en oeuvre des polymères jusqu’au structures. Les travaux du PIMM s’attachent en particulier aux conséquences des procédés sur les propriétés d’emploi et leur durabilité (vieillissement chimique et fatigue), via les défauts et les modifications de microstructures engendrées. Ils visent à répondre aux enjeux de l’industrie du futur et du développement durable dans les secteurs du transport et de l’énergie majoritairement mais aussi de l’emballage et de la santé.
Le laboratoire PIMM est structurée en 4 équipes de recherche : Polymères et Composites, Comportement et Microstructure des Métaux, Procédés Laser, Dynamique Structures Système et Contrôle. L’effectif du laboratoire s’élève à 150 membres (~60-70 doctorants et ~15 post-doctorants).
Polymères et Composites : Cette équipe s’intéresse aux mécanismes multiphysiques (diffusion, réaction chimique, dégradation, thermique, mécanique) qui interviennent lors des procédés de mise en oeuvre ou du vieillissement dans différentes conditions d’environnement. Elle développe des nouvelles architecturations de polymères et composites à différentes échelles pour améliorer les performances mécaniques ou de propriétés barrière. Elle établit des analyses expérimentales et des modèles multi-échelles pour prédire le comportement mécanique et la durabilité des matériaux
Comportement et Microstructure des Métaux : Cette équipe s’intéresse aux analyses expérimentales des champs mécaniques et en particulier des contraintes à l’échelle micrométrique par diffraction des Rayons X. Elle développe des modèles micromécaniques en champ complet ou en champ moyen pour faire le lien entre les mécanismes de déformation et d’endommagement, les microstructures, et le comportement effectif du matériau. Elle vise à prédire le comportement d’alliages métalliques dans le domaine de la fatigue gigagcylique.
Procédés Laser : Cette équipe s’intéresse aux procédés laser thermiques (mise en fusion puis solidification du matériau) comme le perçage, le soudage, la texturation de surface, la fabrication additive. En fabrication additive, sur lit de poudres ou dépôt de poudres, elle s’intéresse aux phénomènes d’instabilités du bain liquide et l’optimisation du procédé selon l’alliage élaboré. Elle L’équipe s’intéresse également aux procédés laser mécaniques comme le grenaillage photonique, le test d’adhésion) eu au comportement dynamique sous choc.
Dynamique Structures Système et Contrôle : Cette équipe s’intéresse aux à la simulation numérique de systèmes de grande taille comme des machines de fabrication (usinage, fabrication additive…) ou des structures industrielles (rails ou pantographe de chemin de fer, voiture, nacelles d’avion...). Elle s’intéresse notamment à la propagation d’ondes et aux phénomènes vibratoires. Elle développe des algorithmes de traitement de signal en vue d’établir des diagnostiques de la santé interne (SHM) ou d’optimiser le comportement vibratoire des structures. Elle développe des jumeaux numériques hybrides fondées sur la réduction de modèle, des modèles paramétriques et l’utilisation des données via des outils de l’Intelligence Artificielle.
Ces 4 équipes travaillent ensemble sur 4 actions phares : la fabrication additive laser, les matériaux architecturés métal/polymère, le dynamique et l’interaction ondes/interfaces, la simulation numérique multiphysique : approche intégrée et data driven.

Profil recherché : Diplômé(e) d’une école d’ingénieur ou titulaire d’un Master 2, le/la candidat(e) devra posséder de solides connaissances en physico-chimie et mécanique des matériaux, en techniques de caractérisation des matériaux, ainsi qu’en modélisation cinétique. Une aisance rédactionnelle, un goût prononcé pour les travaux expérimentaux et la modélisation numérique (notamment sous Python®), ainsi qu’un esprit d’initiative et un fort intérêt pour la recherche appliquée en environnement industriel sont indispensables.