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18 févr. 2020

Offre de stage de Master II ou PFE: Optimisation d’un procédé de synthèse de nanomatériaux originaux sous très forte concentration solaire.


Sujet du stage : Optimisation d’un procédé de synthèse de nanomatériaux originaux sous très forte concentration solaire.

Laboratoire PROMES (Procédés, Matériaux et Energie Solaire)

Début (à partir de Mars 2020)

L’objectif de ce stage est de développer une méthode innovante, basée sur l’utilisation du rayonnement solaire à des concentrations très élevées (10 000 soleils), pour synthétiser des nanostructures originales et à haute valeur ajoutée. Ce type d’approche de synthèse est très peu étudiée à ce jour et le laboratoire PROMES est l’un des seuls sites au monde possédant les instruments expérimentaux le permettant. Du point de vue des matériaux, on étudiera plus particulièrement le disulfure de molybdène (MoS2), qui à l’instar du graphène, est un matériau possédant une structure bidimensionnelle (agencement en feuillets monoatomiques) et qui possède des propriétés optoélectroniques, catalytiques et tribologiques remarquables. De par sa structure spécifique, ce matériau permet d’envisager la formation de nanostructures de type « nanotube » ou même « fullerène ». La synthèse de telles nanostructures est cependant très difficile et nécessite notamment l’utilisation de très hautes températures difficilement atteignables par les méthodes usuelles. Le principe de la méthode étudiée ici est d’utiliser un rayonnement solaire concentré par une parabole de 2 m de diamètre pour faire monter à très haute température (>1800°C) une cible de MoS2. La réaction se fait dans un réacteur (ballon en pyrex laissant passer le rayonnement) de manière à pouvoir travailler en atmosphère contrôlée et à pouvoir collecter les nanostructures qui se forment en phase gazeuse suite à la décomposition thermique du matériau. Le réacteur est illustré à la Fig.1.

optimisation
Figure 1 : Photo du réacteur solaire (à gauche) et schéma illustrant le principe de concentration de la lumière à partir d’un héliostat (à droite)

Le stagiaire sera donc invité à réaliser les tâches suivantes :

  • Prendre en main le réacteur solaire et effectuer une campagne de synthèse en faisant varier les paramètres pertinents (Flux solaire, pression, durée d’irradiation).
  • Analyser les nanostructures obtenues du point vue de leur composition chimique et cristalline (EDX et DRX).
  • Etudier leur morphologie à l’échelle nano par microscopie électronique à transmission (TEM).

Ce stage, qui vient en complément d’une thèse en cours, pourra donner lieu à une publication dans une revue à comité de lecture.

Compétences attendues (dans l’idéal) :

  • Background solide de physique des matériaux
  • Formation en mécanique des fluides et en thermique
  • Caractérisations de nanostructures (DRX, Microscopie électronique)

Il s’agit d’un sujet fortement pluridisciplinaire, novateur et à forte composante expérimentale. Nous sommes donc à la recherche d’un étudiant compétent, curieux et motivé par l’idée de réaliser des expériences ambitieuses sur des réacteurs de synthèse uniques au monde. Un intérêt pour la recherche serait également bienvenu.

Le cadre

Le stage se déroulera au Laboratoire PROMES qui est bi-localisé sur 2 sites (Le grand Four solaire d’Odeillo, près de Font Romeu, et le site de Perpignan, à tecnosud. Le stagiaire passera la majorité de son temps sur le site d’Odeillo pour réaliser les synthèses (cadre de montagne, idéal pour rando et vélo à la belle saison). Des séjours à Perpignan seront également envisagés pour la caractérisation des matériaux et éventuellement des synthèses complémentaires seront réalisées dans des fours classiques. Des sessions de Microcopie Electroniques seront effectuées au centre Raymond Castaing à Toulouse.

Encadrement :

Elie Nadal, MCF, Université de Perpignan (Site de Perpignan, elie.nadal_at_univ-perp.fr)

Alexis Vossier, CR CNRS, (Site d’Odeillo, alexis.vossier_at_promes.cnrs.fr)