STAGE - Caractérisation de matériaux hiérarchiques d'extraction du lithium par imagerie LIBS H/F
Stage Saclay (Essonne) Conception / Génie civil / Génie industriel
Description de l'offre
Détail de l'offre
Informations générales
Entité de rattachement
Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.
Implanté au cœur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.
Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :
• La conscience des responsabilités
• La coopération
• La curiosité
Référence
2024-33374Description de l'unité
Le Département de Recherche sur les Matériaux et la Physico-chimie (DRMP) est chargé de la compréhension des processus physico-chimiques, du développement des connaissances en science et génie des matériaux, et notamment des mécanismes couplés intervenant dans les lois de comportement des matériaux. Le DRMP a pour objectif de valoriser ces connaissances pour répondre aux besoins des partenaires industriels dans le domaine des énergies bas carbone, notamment nucléaire.
Le Laboratoire de développement analytique, nucléaire et élémentaire (LANIE) développe des techniques d'analyse par laser, en particulier la LIBS (laser-induced breakdown spectroscopy) pour l'analyse élémentaire directe des solides. Il a un savoir-faire historique en imagerie élémentaire des surfaces par LIBS à l'échelle micrométrique (1-10 µm de résolution latérale) pour la caractérisation de matériaux. Les développements récents concernent notamment l'analyse du lithium pour des applications liées aux énergies.
Description du poste
Domaine
Matériaux, physique du solide
Contrat
Stage
Intitulé de l'offre
STAGE - Caractérisation de matériaux hiérarchiques d'extraction du lithium par imagerie LIBS H/F
Sujet de stage
Caractérisation de matériaux hiérarchiques d'extraction du lithium de saumures par imagerie LIBS et traitement de données
Les saumures issues de lacs salés ou d'origine géothermale constituent un gisement majeur à l'échelle mondiale de lithium, un élément stratégique essentiel pour la fabrication de batteries. Leur exploitation est amenée à s'intensifier pour répondre à la hausse de la demande en dispositifs de stockage accompagnant le développement des énergies renouvelables. L'extraction du lithium de saumures repose actuellement sur le pompage des eaux géothermales, le traitement chimique de la solution, et l'évaporation. Ces procédés présentent un impact environnemental élevé. Une alternative est l'extraction par procédé colonne consistant à faire circuler la saumure à travers un dispositif capable de piéger le lithium par filtration ou par adsorption, et ne nécessitant pas d'étapes de chimie ni d'évaporation.
Durée du contrat (en mois)
4-6
Description de l'offre
La mise au point de matériaux d’extraction performants fait l’objet de recherches au CEA. Les matériaux hiérarchiques sont particulièrement prometteurs. Ils comportent une phase active microporeuse permettant l’adsorption/désorption du lithium, et une phase méso- ou macroporeuse accueillant la phase adsorbante. Leur caractérisation n’est cependant pas aisée car elle suppose de faire différents types de mesures (structurale, cristalline, chimique) à des échelles allant du nanomètre pour l’étude des interfaces, au millimètre pour la caractérisation macroscopique du système. Les techniques de microscopie électronique, de tomographie X, de diffraction des rayons X, et de spectroscopie (XPS, IR, Raman, RMN) sont ainsi couramment employées. La caractérisation chimique à haute résolution spatiale peut quant à elle être effectuée par SIMS ou MEB-EDX. Une approche complémentaire repose sur l’ablation laser et la spectroscopie optique : c’est la technique LIBS (laser-induced breakdown spectroscopy), qui permet de faire l’imagerie élémentaire rapide des surfaces avec une résolution latérale de quelques µm.
L’objectif du stage est donc d’évaluer les potentialités de la LIBS pour la caractérisation de matériaux hiérarchiques d’extraction du lithium à l’échelle micrométrique. Il est en lien avec une thèse sur ces matériaux, dont les échantillons étudiés seront utilisés pour le stage. La démarche sera la suivante :
1. Sélection des échantillons les plus propices à la caractérisation par LIBS.
2. Essais d’imagerie élémentaire du lithium dans ces échantillons.
3. Exploitation des données d’imagerie LIBS par des méthodes de traitement avancées combinant techniques de traitement d’image et de chimiométrie.
4. Comparaison des résultats à ceux obtenus par d’autres MEB et SIMS dans le cadre de la thèse et exploration de l’analyse corrélative multi-techniques pour combiner les informations obtenues par les différentes techniques.
Le travail proposé a donc une dimension expérimentale essentielle, mais comporte aussi un volet important sur le traitement des données.
Le stage sera réalisé au CEA/LANIE, laboratoire expert sur la technique LIBS, en collaboration avec le CEA/LCAE, laboratoire expert sur la caractérisation de matériaux pour l’énergie, et le CEA/LPSD, laboratoire expert sur les procédés d’extraction.
Moyens / Méthodes / Logiciels
Caractérisation d'échantillons ; imagerie LIBS ; analyse corrélative multi-techniques
Profil recherché
Profil du candidat
Bac+5 en sciences analytiques et/ou matériaux et/ou optique
Goût pour l’expérimentation indispensable.
Esprit d’équipe.