Description

La lévitation – électromagnétique (EM), acoustique, aérodynamique, etc – est un environnement permettant de manipuler un échantillon, solide ou liquide, sans contact. Au sein d’une atmosphère inerte contrôlée, cet environnement permet d’éviter la contamination des échantillons. En particulier, la lévitation EM est utilisée pour la synthèse des matériaux, pour les mesures des propriétés thermochimiques ou dans les études de transitions de phases qui sont réalisées en microgravité ou dans les conditions terrestres. Or, dans les conditions terrestres, la force de Lorentz, qui permet la lévitation, crée aussi un écoulement assez intense au sein de l’échantillon liquide. D’un côté, ce brassage électromagnétique peut être favorable car il intensifie le transport des espèces chimiques et/ou de la chaleur dans l’échantillon et peut quasiment homogénéiser la distribution de ces derniers. De l’autre, les conditions diffusives, qui sont souvent souhaitées pour réaliser certaines études ou faire preuve d’une théorie, ne sont pas atteintes à cause du brassage EM. Cependant, un moyen assez connu pour freiner l’écoulement d’un liquide conducteur électrique est l’application d’un champ magnétique continu (champ magnétique DC). Ainsi, l’idée principale du projet est portée sur les études de la solidification des échantillons de métaux liquides en état de lévitation EM et sous un champ magnétique DC. Nous allons effectuer la comparaison de la structure et de la composition des échantillons d’alliages métalliques solidifiés de façon contrôlable sans et avec l’application d’un champ DC afin d’identifier l’effet de l’écoulement de fluide et de comprendre s’il y a un effet de freinage de la part de champ DC. Le dispositif EML, d’ores et déjà disponible, peut être mis sous un champ magnétique continu orienté horizontalement ou verticalement ; des aimants permanents capables de créer ces deux types de champs sont accessibles à l’Institut Néel. Il est possible qu’une force Magneto-Thermoélectrique apparaisse quand le champ DC est utilisé. Cette force peut créer un mouvement du liquide à petit échelle, comme l’espacement dendritique secondaire, et aussi agir directement sur la phase solide en alternant de façon significative la microstructure de l’échantillon solidifié. Par ailleurs, au cours de cette thèse, nous souhaitons étudier l’effet d’un champ continu sur de petites inclusions (affineurs), introduites intentionnellement dans le liquide ou précipitées lors de la solidification.

Compétences requises

Profil en science des matériaux et/ou ingénierie des procédés, avec des notions de base en méthodes numériques. Le candidat doit démontrer une aptitude au montage des dispositifs, à l'instrumentation et à l'expérimentation. Des connaissances de base de la théorie du transfert de processus (chaleur, masse) et de l'électromagnétisme seraient utiles.

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Mots clés

Lévitation électromagnétique, solidification des alliages, champ magnétique continue (DC), force magnéto-thermoélectrique, brassage électromagnétique, ségrégation