Offre de thèse : Étude spectroscopique et microscopique in situ/operando de la carbonatation minérale

Post by: Xinping Zhu
9 novembre 2026
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Contexte : La carbonatation minérale constitue une voie naturellement stable de conversion du CO₂ en phases carbonatées solides. Elle présente un intérêt majeur pour la gestion du carbone, les processus géologiques et le développement de matériaux de construction durables. Cependant, la carbonatation est un processus complexe comportant plusieurs étapes, notamment la dissolution des minéraux, la spéciation chimique en solution aqueuse, les réactions interfaciales, la nucléation et la précipitation. Nombre de ces processus se produisent simultanément et évoluent de manière dynamique au cours de la réaction. Les techniques conventionnelles de caractérisation ex situ ne permettent donc d’obtenir qu’une vision partielle des mécanismes qui gouvernent la carbonatation. Dans le cadre du projet EXCARB, financé par l’Agence nationale de la recherche (ANR), nous recherchons un(e) doctorant(e) motivé(e) pour développer et mettre en œuvre des approches spectroscopiques avancées in situ/operando, afin d’étudier les mécanismes physicochimiques régissant la carbonatation des minéraux silicatés calciques.

Objectifs : L’objectif principal de cette thèse est d’identifier et de caractériser l’évolution des espèces chimiques et des phases minérales au cours de la carbonatation, dans des conditions physicochimiques contrôlées. Les travaux porteront notamment sur : 1) l’évolution des surfaces minérales au cours de la dissolution et de la carbonatation ; 2) la spéciation chimique en solution aqueuse et aux interfaces des espèces calciques, silicatées, carbonatées et autres espèces associées ; 3) la formation et l’évolution des intermédiaires réactionnels ; 4) la nucléation et la croissance des phases carbonatées ; 5) l’influence des conditions environnementales et physicochimiques sur les cinétiques et les mécanismes réactionnels. Une attention particulière sera accordée à l’obtention d’informations résolues en temps et, lorsque cela sera possible, résolues spatialement, en conditions operando. Cette approche permettra de distinguer les espèces transitoires et les états intermédiaires des produits finaux de la réaction.

Méthodologie : Le projet combinera plusieurs techniques expérimentales complémentaires : la spectroscopie Raman in situ/operando, la microscopie de fluorescence, la spectroscopie vibrationnelle par génération de fréquence somme (SFG) et la réflectométrie des rayons X in situ (XRR) utilisant le rayonnement synchrotron. Ces techniques seront mises en œuvre afin d’étudier l’évolution dynamique des interfaces wollastonite-eau au cours de la carbonatation. La spectroscopie Raman operando permettra de suivre en temps réel les transformations chimiques et minéralogiques, ainsi que la formation des intermédiaires réactionnels et des phases carbonatées. La microscopie de fluorescence fournira des informations résolues spatialement et temporellement sur les processus hétérogènes se produisant à la surface des minéraux en réaction et à leur proximité. La spectroscopie SFG, technique optique non linéaire intrinsèquement sélective aux interfaces, permettra d’étudier à l’échelle moléculaire l’organisation et l’évolution de l’eau et des autres espèces chimiques interfaciales. La réflectométrie des rayons X in situ permettra de caractériser quantitativement les variations de la densité électronique interfaciale et de la rugosité de surface, fournissant ainsi des informations sur la cinétique d’altération de la surface minérale et de formation des couches de carbonate dans des conditions contrôlées. Les informations complémentaires obtenues grâce à ces différentes techniques seront croisées afin d’établir des relations entre la structure moléculaire des interfaces, la dissolution minérale, l’évolution chimique et la formation des carbonates. Ces travaux seront menés en étroite interaction avec les activités de simulation moléculaire développées dans le cadre du projet EXCARB.

Profil recherché : Nous recherchons un(e) candidat(e) particulièrement motivé(e), titulaire d’un diplôme de Master (ou équivalent) en physicochimie, science des matériaux, spectroscopie, physique chimique, géochimie, minéralogie, science des matériaux cimentaires ou dans un domaine connexe. Le ou la candidat(e) devra manifester un vif intérêt pour la physicochimie expérimentale, la spectroscopie et les phénomènes interfaciaux. Une expérience préalable en spectroscopie Raman, en microscopie de fluorescence, en spectroscopie SFG ou dans d’autres techniques de spectroscopie vibrationnelle ou optique, ainsi qu’en caractérisation in situ ou operando, constituera un atout, sans toutefois être indispensable. Des compétences en analyse de données scientifiques et en programmation seront également appréciées. Le ou la candidat(e) devra faire preuve d’un réel intérêt pour la recherche expérimentale, être capable de travailler dans un environnement pluridisciplinaire et être disposé(e) à développer et à optimiser des protocoles expérimentaux avancés. Une bonne maîtrise de l’anglais, permettant de communiquer dans un environnement scientifique international, est requise.

Présentation du poste : Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche financé par l’Agence nationale de la recherche (ANR). Le ou la doctorant(e) sera inscrit(e) à l’école doctorale de l’Institut Polytechnique de Paris (IP Paris), classé au 43^e rang mondial et au 2^e rang français dans le classement QS World University Rankings 2027. Cet établissement bénéficie d’une forte reconnaissance internationale dans les domaines des sciences, des technologies et de l’employabilité de ses diplômés. Nous recherchons un(e) doctorant(e) d’excellent niveau pour rejoindre notre équipe et contribuer à ces recherches sur la carbonatation minérale.

Informations pratiques :

Équipe de recherche : Le ou la candidat(e) retenu(e) intégrera le Laboratoire Navier, un laboratoire de recherche pluridisciplinaire dont les activités se situent à l’interface de la mécanique, de la physique, de la science des matériaux et du génie civil. Le travail de thèse sera réalisé en collaboration avec Xinping Zhu (Laboratoire Navier, CNRS), Michel Bornert (Laboratoire Navier, ENPC), Florence Rouyer (Laboratoire Navier, UGE), Aimeric Ouvrard (Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay, CNRS, Université Paris-Saclay) et Chloé Fourdrin (Laboratoire Géomatériaux et Environnement, Université Gustave Eiffel).
Rémunération : 2 300 euros bruts par mois
Lieu de travail : 6 et 8, avenue Blaise-Pascal, Champs-sur-Marne, France, à environ 20 minutes du centre de Paris en RER.
Date de début : 1 octobre 2027
Durée : 36 mois
Date limite de candidature : 28 février 2027

Modalités de candidature

Les candidat(e)s intéressé(e)s sont invité(e)s à fournir les documents suivants :

Un curriculum vitae détaillé ;
Une lettre de motivation présentant leurs intérêts scientifiques et leurs expériences pertinentes ;
Les relevés de notes de Licence et de Master ;
Les coordonnées de deux à trois personnes de référence pouvant fournir une recommandation.

Les dossiers de candidature doivent être envoyés par courrier électronique aux personnes suivantes : Xinping ZHU (xinping.zhu@enpc.fr), Michel Bornert (michel.bornert@enpc.fr), Florence Rouyer (florence.rouyer@univ-eiffel.fr), Aimeric Ouvrard (aimeric.ouvrard@universite-paris-saclay.fr), Chloé Fourdrin (chloe.fourdrin@univ-eiffel.fr), Laurent Brochard (laurent.brochard@enpc.fr). Objet du courriel : « PhD EX application – Nom Prénom ».

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