Thèse - Stabilisation des phases secondaires dans les aciers ferritiques nanorenforcés : Approche par criblage à haut débit de compositions chimiques

Contexte et enjeux :
Les aciers ferritiques renforcés par dispersion de nano-oxydes (Oxide Dispersion Strengthened, ODS) sont des alliages à haute performance envisagés pour les réacteurs nucléaires de 4ème génération et de fusion. Ils combinent une excellente stabilité sous irradiation, en température et sous chargement mécanique grâce à la présence d'oxydes nanométriques d'yttrium et titane.
Cependant, les performances des aciers ODS sont aujourd'hui limités par la fragilisation induite par des phases secondaires (carbures, oxydes grossiers, nitrures), dues à un apport inévitable d'éléments interstitiels (C, N, O) lors de leur élaboration. La stratégie proposée dans cette thèse consiste à stabiliser les interstitiels par l’ajout d’éléments d'alliage mineurs afin de contrôler la nature, la taille et l'évolution de ces phases délétères. La compréhension et l'optimisation des effets de ces éléments d'alliage (tels que Nb, Zr, V…) sont essentielles pour la conception d’aciers ODS de nouvelle génération aux performances améliorées.

Approche et méthodes :
Traditionnellement, les études métallurgiques reposent sur des essais expérimentaux itératifs, longs et coûteux. En combinant des techniques de synthèse rapide, de caractérisation et d’analyses de données avancées, le criblage à haut débit accélère la découverte de compositions optimisées en réduisant le temps et les ressources nécessaires.

Le(la) doctorant(e) devra, dans un premier temps, sélectionner les éléments d'alliage les plus pertinents à étudier. Il/elle élaborera les poudres ODS de composition définie en petites quantités (≈100 à 200 g), puis les consolidera au laboratoire par SPS (frittage flash). Le(la) doctorant(e) mènera les caractérisations microstructurales (diffraction et diffusion des rayons X), chimiques (fluorescence X) et mécaniques (indentation, traction et/ou compression). Les corrélations entre élaboration, composition chimique, microstructure et comportement mécanique seront ensuite établies et discutées.
Dans un second temps, des élaborations en plus grandes quantités (≈2000 g) et des caractérisations complémentaires seront réalisées pour les nuances les plus prometteuses : MEB, EBSD, MET, essais de résilience et de fluage. Afin de tester la stabilité et l’évolution des phases formées, des traitements thermiques sont également envisagés.


Résultats attendus :
Cette étude contribuera de manière décisive à définir les spécifications chimiques des nuances ODS du CEA. Elle participera aussi de manière concrète et innovante à la mise en place d’une méthodologie de caractérisation à fort débit de matériaux innovants. Enfin, les données expérimentales collectées au cours de cette thèse, propices à une analyse automatisée, pourront alimenter des algorithmes de sélection des matériaux.