Thèse Aimants Permanents sans Terre-Rares Basés sur le Couplage d'Échange H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering
Laboratoire de recherche : Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie
Direction de la thèse : Frederic MAZALEYRAT ORCID 0000000185444599
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59

La transition énergétique favorise la croissance de la demande en machines électriques, notamment destinées aux véhicules électriques et aux éoliennes. Ces machines électriques reposent sur des aimants permanents (durs) à haute densité énergétique. C'est pourquoi, aujourd'hui, ce sont principalement les alliages NdFeB qui sont utilisés comme aimants, car ce sont les aimants les plus puissants actuellement disponibles. L'utilisation de terres rares (Nd et autres) dans ces aimants pose de nombreux problèmes, notamment en ce qui concerne la disponibilité des ressources, les fortes fluctuations des prix et la dépendance géopolitique vis-à-vis des pays qui détiennent ces ressources (et qui ont la capacité de les raffiner). Il existe deux solutions pour contourner ces problèmes : (i) développer une filière de recyclage des terres rares ou (ii) utiliser des aimants alternatifs qui ne reposent pas sur les terres rares. Parmi ces alternatives, on peut citer le Fe16N2, les alliages de Mn et les hexaferrites (MFeO ; M = Sr, Ba, etc.). Ce projet de thèse portera sur les hexaferrites. Les hexaferrites sont utilisées à des fins commerciales depuis longtemps, mais elles présentent l'inconvénient d'avoir une faible aimantation, ce qui se traduit par une faible densité énergétique. En revanche, le fer et le cobalt, ou leurs alliages, possèdent une aimantation très élevée, mais ils sont magnétiquement doux. La théorie prévoit que si un aimant dur et un aimant doux sont mélangés à l'échelle nanométrique, leurs propriétés magnétiques se couplent (couplage d'échange), ce qui peut transformer la composante douce en composante dure. Un tel nanocomposite à couplage magnétique constitue un objectif de conception très intéressant, mais l'architecture nanométrique souhaitée est difficile à réaliser dans la pratique. L'objectif de ce projet de thèse est de mettre au point des méthodes de synthèse efficaces permettant d'obtenir des composites nanostructurés se rapprochant de l'optimum prévu par la théorie. Il associe donc les domaines de la chimie (synthèse de nanoparticules) et de la physique (caractérisation des propriétés magnétiques). Des méthodes de caractérisation de pointe (notamment des expériences au synchrotron) seront utilisées pour suivre les synthèses et analyser les propriétés physico-chimiques des nanocomposites préparés, afin de comprendre et d'expliquer les mécanismes physico-chimiques intervenant lors de la formation et de l'utilisation de ces nano-aimants.

Depuis la théorisation du concept par Coey et Skomski dans les années 2000, des expériences ont démontré la faisabilité du principe par des empilement de couches minces (couplage 1D), mais les expériences dans un matériau massif ont été peu probantes soit que l'effet ne soit pas observé, soit que les propriétés n'ont pas sensiblement augmentées. Une maîtrise plus fine de l'architecture doit permettre d'augmenter significativement le champ coercitif.

Réaliser un matériau nanostructuré doux/dur présentatant des propriétés de couplage d'échange et un produit d'énergie supérieur à celui des hexaferrites.

Master en chimie, physique ou science des matériaux

• Chimie