Le chercheur (H/F) effectuera des études expérimentales et des simulations numériques sur les phénomènes physiques et physico-chimiques des jets émis par electrospinning, afin d'envisager la production de matériaux nanofibreux à l’échelle industrielle.
Activités
- Réaliser une étude bibliographique visant à comparer les stratégies de production de matériaux nanofibreux par electrospinning..
- Adapter un pilote d’electrospinning permettant l’étude de différents systèmes d’émission de jets.
- Étudier l’influence des paramètres de procédé (géométrie du système d’émission des jets, tension…) sur le débit de production.
- Modéliser par la méthode des éléments finis les phénomènes électro-hydrodynamiques induits lors de la mise en œuvre.
- Caractériser la membrane fibreuse (MEB principalement, épaisseur, masse déposée)
- Rédiger des publications et brevets.
Compétences
- Le candidat (H/F) devra posséder un doctorat et aura des compétences en physique (mécanique des fluides et/ou électrostatique) et science des matériaux polymères ainsi qu’en modélisation.
- Un très bon niveau de français et d’anglais est requis (indiquer le niveau TOEIC ou équivalent).
- Un très bon niveau de communication est requis.
Contexte de travail
Les travaux seront réalisés pour grande partie à l’Institut de Chimie et Procédés pour l’Energie, l’Environnement et la Santé (ICPEES UMR7515) dans le cadre d’un projet collaboratif avec la société MICHELIN. Des périodes courtes chez MICHELIN seront aussi envisagées.
Contexte ICPEES
L’ICPEES est une unité mixte de recherche entre le CNRS et l’Université de Strasbourg composée de 150 personnes travaillant dans les domaines de la chimie, des matériaux et procédés pour des applications liées à l’énergie, l’environnement et la santé. L’équipe de recherche de l’ICPEES impliquée dans le projet développe depuis plus de 15 ans une expertise dans la synthèse et la caractérisation de matériaux nanofibreux via le procédé d’electrospinning. Les recherches visent à i) contrôler la structuration des membranes fibreuses, ii) développer des stratégies de mise en œuvre éco-efficiente n’utilisant que l’eau comme solvant et enfin iii) à fonctionnaliser les nanofibres pour diverses applications telles que le biomédical, la filtration ou encore l’énergie. L’ICPEES dispose d’une plateforme unique d’electrospinning qui a été mise en place grâce au partenariat très fort avec MICHELIN. Par ailleurs, l’ICPEES possède tous les moyens nécessaires pour caractériser les matériaux (MEB, XPS, rhéologie, essais mécaniques, caractérisations électriques, mesures des propriétés de surfaces, BET…)
Contexte Michelin
Michelin place l’innovation au cœur de sa stratégie avec un budget R&D 2020 proche de 646 M€, 10700 brevets actifs, et 6000 personnes actives dans le domaine dont 3400 sur le site de Ladoux (France). Le Groupe Michelin vit une transformation majeure pour contribuer à l’innovation dans le domaine des matériaux à faible empreinte environnementale et les matériaux de haute technologie. Les objectifs sont de rendre les offres et la mobilité plus performantes et durables avec de nouvelles technologies, des matériaux biosourcés et recyclés, des solutions zéro émission ainsi que de prendre position sur de nouveaux marchés de croissance rentable à fort potentiel tels que les composites flexibles, les applications médicales, l’impression 3D métal, et la mobilité hydrogène.
Contexte projet
L’electrospinning est un procédé de mise en œuvre d’une solution de polymère soumise à l’action d’un champ électrique intense qui permet l’obtention de matériaux nanofibreux. Plus précisément, à l’échelle du laboratoire, une solution de polymère est acheminée vers une électrode d’émission en forme d’aiguille soumise à un potentiel électrique de plusieurs dizaines de kV. Un jet liquide de la solution est émis sous l’action du champ électrique induit entre l’électrode d’émission et une contre-électrode, appelée collecteur. Lors de son trajet dans l’air, le jet subit des mouvements d’instabilités électro-hydro-dynamiques qui favorisent l’étirement du jet, l’évaporation du solvant et, in fine, le dépôt pseudo-aléatoire sur le collecteur d’une fibre de polymère. En jouant sur les paramètres de la solution de polymère (viscosité, nature des solvants…) et les paramètres de procédés (potentiel électrique, distance émetteur-collecteur…) il est possible d’ajuster le diamètre des fibres typiquement entre 100 nm et 1 micron. Ce procédé est à un niveau de maturité qui permet aujourd’hui d’envisager la production de matériau nanostructurés à l’échelle industrielle pour des applications aussi diverses que les membranes nanofibreuses pour les piles à combustible, les matériaux composites à haute valeur ajoutée ou encore les biomatériaux. Intuitivement, pour augmenter le débit de production, une voie consiste à multiplier le nombre d’aiguilles émettrices. Toutefois, à cause des interactions électrostatiques, le débit n’augmente pas proportionnellement au nombre d’aiguilles.
Ainsi, dans le cadre de ce projet, différentes stratégies d’émission simultanée de jets seront envisagées. Les phénomènes physiques et physico-chimiques favorisant l’émission simultanée et denses de jets d’electrospinning seront étudiés expérimentalement avec l’appui de simulations numériques avec, pour objectif final d’augmenter le débit de production.
Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.
Les travaux seront réalisés pour grande partie à l’Institut de Chimie et Procédés pour l’Energie, l’Environnement et la Santé (ICPEES UMR7515) dans le cadre d’un projet collaboratif avec la société MICHELIN. Des périodes courtes chez MICHELIN seront aussi envisagées.
Contexte ICPEES
L’ICPEES est une unité mixte de recherche entre le CNRS et l’Université de Strasbourg composée de 150 personnes travaillant dans les domaines de la chimie, des matériaux et procédés pour des applications liées à l’énergie, l’environnement et la santé. L’équipe de recherche de l’ICPEES impliquée dans le projet développe depuis plus de 15 ans une expertise dans la synthèse et la caractérisation de matériaux nanofibreux via le procédé d’electrospinning. Les recherches visent à i) contrôler la structuration des membranes fibreuses, ii) développer des stratégies de mise en œuvre éco-efficiente n’utilisant que l’eau comme solvant et enfin iii) à fonctionnaliser les nanofibres pour diverses applications telles que le biomédical, la filtration ou encore l’énergie. L’ICPEES dispose d’une plateforme unique d’electrospinning qui a été mise en place grâce au partenariat très fort avec MICHELIN. Par ailleurs, l’ICPEES possède tous les moyens nécessaires pour caractériser les matériaux (MEB, XPS, rhéologie, essais mécaniques, caractérisations électriques, mesures des propriétés de surfaces, BET…)
Contexte Michelin
Michelin place l’innovation au cœur de sa stratégie avec un budget R&D 2020 proche de 646 M€, 10700 brevets actifs, et 6000 personnes actives dans le domaine dont 3400 sur le site de Ladoux (France). Le Groupe Michelin vit une transformation majeure pour contribuer à l’innovation dans le domaine des matériaux à faible empreinte environnementale et les matériaux de haute technologie. Les objectifs sont de rendre les offres et la mobilité plus performantes et durables avec de nouvelles technologies, des matériaux biosourcés et recyclés, des solutions zéro émission ainsi que de prendre position sur de nouveaux marchés de croissance rentable à fort potentiel tels que les composites flexibles, les applications médicales, l’impression 3D métal, et la mobilité hydrogène.
Contexte projet
L’electrospinning est un procédé de mise en œuvre d’une solution de polymère soumise à l’action d’un champ électrique intense qui permet l’obtention de matériaux nanofibreux. Plus précisément, à l’échelle du laboratoire, une solution de polymère est acheminée vers une électrode d’émission en forme d’aiguille soumise à un potentiel électrique de plusieurs dizaines de kV. Un jet liquide de la solution est émis sous l’action du champ électrique induit entre l’électrode d’émission et une contre-électrode, appelée collecteur. Lors de son trajet dans l’air, le jet subit des mouvements d’instabilités électro-hydro-dynamiques qui favorisent l’étirement du jet, l’évaporation du solvant et, in fine, le dépôt pseudo-aléatoire sur le collecteur d’une fibre de polymère. En jouant sur les paramètres de la solution de polymère (viscosité, nature des solvants…) et les paramètres de procédés (potentiel électrique, distance émetteur-collecteur…) il est possible d’ajuster le diamètre des fibres typiquement entre 100 nm et 1 micron. Ce procédé est à un niveau de maturité qui permet aujourd’hui d’envisager la production de matériau nanostructurés à l’échelle industrielle pour des applications aussi diverses que les membranes nanofibreuses pour les piles à combustible, les matériaux composites à haute valeur ajoutée ou encore les biomatériaux. Intuitivement, pour augmenter le débit de production, une voie consiste à multiplier le nombre d’aiguilles émettrices. Toutefois, à cause des interactions électrostatiques, le débit n’augmente pas proportionnellement au nombre d’aiguilles.
Ainsi, dans le cadre de ce projet, différentes stratégies d’émission simultanée de jets seront envisagées. Les phénomènes physiques et physico-chimiques favorisant l’émission simultanée et denses de jets d’electrospinning seront étudiés expérimentalement avec l’appui de simulations numériques avec, pour objectif final d’augmenter le débit de production.
Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.
Contraintes et risques
Pas de contrainte particulière
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