Sujet :

Etude in situ des mécanismes d’adsorption de molécules gazeuses et d’apparition de produits de corrosion sur matériaux métalliques par PM-IRRAS (spectroscopie infrarouge de réflexion-absorption par modulation de polarisation)

Contexte :

La compréhension des mécanismes de corrosion des matériaux métalliques constitue un enjeu majeur pour l’industrie nucléaire.
Les mécanismes de corrosion gaz-métal mettant en jeu des interactions entre les molécules gazeuses et la surface du matériau métallique ne sont pas intégralement élucidés.
La spectroscopie infrarouge permet l’analyse in situ de mélanges gazeux ou de la surface de matériaux métalliques. Cette technique physico-chimique, non-destructive et non intrusive, sonde les niveaux vibrationnels caractéristiques des liaisons et des groupements chimiques présents dans un milieu. Ceci permet notamment une analyse qualitative des espèces adsorbées et des liaisons constituées avec la surface.
Le laboratoire est équipé depuis mi-2016 d’un dispositif PM-IRRAS (Polarization Modulation InfraRed Reflection Absorption Spectroscopy ou spectroscopie infrarouge de réflexion-absorption par modulation de polarisation), dispositif permettant d’obtenir, séparément et simultanément, les signatures vibrationnelles des espèces de la phase gazeuse et celles des espèces en surface, et ainsi de suivre les évolutions conjointes de l’atmosphère gazeuse et de la surface de l’échantillon au cours des réactions de corrosion.
Après une phase de qualification hors boîte à gants, ce dispositif a été installé en BàG début 2017 pour pouvoir y étudier des matériaux toxiques ou très réactifs. Une étude préliminaire a été effectuée sur le cérium, matériau inflammable.

Objectif :

Le but principal du post-doctorat sera de poursuivre l’étude du comportement du cérium sous différents gaz. Sera considérée l’influence : de la nature des gaz (gaz pur ou en mélange), de la pression, et de la température sur les interactions gaz-cérium.
Les suivis par PM-IRRAS de :

• l’évolution de la composition gazeuse au cours de la réaction,
• et l’évolution de l’état chimique de la surface (identification des espèces gazeuses adsorbées, identification des produits de corrosion formés),

aideront à mieux comprendre le comportement du cérium sous différents gaz, et à en déduire des schémas réactionnels.
Des couplages avec des analyses par XPS, par DRX (Diffraction des Rayons X) ou en modules « vidéo » (permettant la visualisation de la surface de l’échantillon) aideront à affiner la compréhension des phénomènes en jeu.
Ce stage post-doctoral permettra au(à la) candidat(e) de travailler sur un matériau, le cérium, largement étudié dans la littérature pour son oxyde CeO2, très souvent utilisé dans le domaine de la catalyse hétérogène avec des applications dans l’industrie automobile et dans l’industrie chimique notamment. Plus de 26000 articles ont ainsi été publiés entre 1950 et 2015. Ils sont en nombre croissant depuis une vingtaine d’années, avec plus de 2300 articles diffusés en 2015. Ceci permettra au(à la) candidat(e) d’échanger avec la communauté scientifique spécialiste du domaine.
Il lui permettra également, en travaillant sur un dispositif expérimental original, d’accroître ses compétences concernant la spectroscopie infrarouge. Le service dans lequel est situé le laboratoire est un service de recherche, dédié à la métallurgie et aux analyses de surfaces. Il dispose de nombreux autres moyens d’expertises : DRX, MEB, XPS, Microsonde de Castaing, AFM/STM (Microscopie à Force Atomique/Microscopie à Effet Tunnel), ce qui permettra au(à la) candidat(e) d’approfondir ses connaissances sur la caractérisation de surface des matériaux métalliques. Enfin, l’intégration du(de la) candidat(e) au sein d’une équipe d’ingénieurs et de techniciens lui permettra d’enrichir son expérience et d’acquérir les bases pour gérer une équipe dans la suite de sa carrière.

Contact :

WEULERSSE Katia
CEA/Centre de Valduc – 21120 Is-Sur-Tille
Tél. : 03.80.23.40.00 – katia.weulersse@cea.fr