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Hydroxyde de nickel
Hydroxyde de nickel

Action Carnot M.I.N.E.S. « Nanostructures »

Peu d'équipes de recherche dans le domaine des nanomatériaux réunissent les compétences pluridisciplinaires nécessaires pour traiter dans un même projet les étapes suivantes : élaboration de nanomatériaux en phase liquide (précipitation, sol-gel) et en phase gaz plasma), caractérisation (microstructure, propriétés à plusieurs échelles), modélisation (dynamique moléculaire, milieux aléatoires, modèle nano-micro de comportement) et tests applicatifs. Ces expertises sont présentes et réparties sur plusieurs Centres des Écoles des Mines, qu'il conviendrait de fédérer pour rendre lisible, attractif, et hautement compétitif ce domaine d'activités de l'École. C'est à cet effet que l'on se propose, sur un type de matériau précis (nanocomposites à matrice polymère), d'établir les synergies intercentres nécessaires à cet objectif. Les domaines potentiels d'application industrielle liés à ce projet sont assez larges (entre autres sont visés, les composites multifonctionnels, les matériaux pour l'énergétique pour assurer à terme aux équipes concernées des retombées significatives en terme de recherche contractuelle.
Sur la thématique « Nanostructures » s'est constitué en 2006 le groupe de réflexion Nano-Mines (une cinquantaine de chercheurs des Écoles des Mines). Ce dernier permet de coordonner les travaux des équipes impliquées dans le domaine des Nanostructures, de mettre en commun et d'échanger des ressources entre Centres des Écoles (24 mois de post-doctorants ont été utilisés sur la période 2006-2007), et de leur donner les moyens de faire reconnaître leur offre consolidée à un niveau international sur ce thème porteur et pluridisciplinaire. Ainsi le Groupe Nano-Mines a organisé le 24 Janvier 2008 une Journée Industrielle de l'Institut Carnot M.I.N.E.S sur le thème des Nanomatériaux, accueillant plus de 100 participants. À terme, les Écoles des Mines seront en mesure de répondre de manière plus forte aux appels à projets en nanomatériaux (ANR, RNMP, PCRD, NSF...) et d'élargir leur potentiel de recherche contractuelle en partenariat avec l'industrie. Étant donné le nombre d'équipes impliquées dans ce projet, seule une action de ressourcement scientifique dans la durée permettra de couvrir le champ très vaste couvert par le domaine des Nanostructures.
 
Oxyde de zinc
Oxyde de zinc
À son démarrage, le projet « Nanostructures » a réuni dans le domaine des nanomatériaux des compétences pluridisciplinaires. Il est piloté par des chercheurs de plusieurs Centres de l'École des Mines de Paris : CEP : J.F. HOCHEPIED et A. RIGACCI ; CEMEF : B. VERGNES ; MAT : A. THOREL ; CMM : D. JEULIN ; Musée : A. DJEMAI. Pour 2006-2007, l'Institut Carnot M.I.N.E.S. a attribué 24 mois de Post-docs, répartis comme suit :
  • Élaboration de nanocomposites au CEP et au CEMEF. Synthèse de nanostructures de carbone (NC et NT) par plasma et sol-gel suivi de pyrolyse CEP ; mise en œuvre dans matrice polymère au CEMEF (Postdoc de Olivier Oddes (6 mois), encadré par Bruno Vergnes et Alain Burr). Nanohybrides modèles comportant des nanofibres de sépiolite, pour membrane à base de Nafion, en vue d'application è Pile à Combustible au CEP (Postdoc de Hanane BOUAYAD (6 mois) dirigée par Christian Beauger). Mesures des propriétés physiques d'application.
  • Caractérisations structurales (Microscopies optique MEB, MET, AFM), au CEMEF, MAT et CMM : examen de la charge hors matrice et in situ, des interfaces, de la distribution spatiale de la charge. Mise en place d'outils de reconstruction 3D par analyse nanotomographique en MET (Postdoc de Maxime Moreaud (3 mois), encadré par Dominique Jeulin et Alain Thorel).
  • Modélisation de la microstructure et du comportement aux MAT, CEMEF et CMM, pour prédire (puis optimiser) les propriétés d'usage.
    • Modélisation moléculaire du comportement des charges et de l'interface dans un système composé d'une matrice environnant une ou des particules (Postdoc de 6 mois avec Bernard Monasse (CEMEF) prévu en 2008).
    • Postdoc de François Willot (octobre 2007- avril 2008), dirigé par Dominique Jeulin (CMM) : Distribution spatiale des charges dans la matrice ; analyse morphologique et modélisation probabiliste multi-échelle (traitement d'images de nanostructures en microscopie électronique). Changement d'échelle Nano-Micro-Macro des propriétés physiques par simulation numérique sur des images de la microstructure.
   
Ce projet associe depuis le début 2008 les autres Écoles des Mines de l'Institut Carnot M.I.N.E.S. (Albi, Alès, Douai, Nantes, Saint-Ètienne). Une Journée Industrielle de l'Institut Carnot M.I.N.E.S. sur le thème « Nanomatériaux », organisée à l'École des Mines de Paris le 24 janvier 2008 a réuni plus de 100 participants, dont une quarantaine du monde industriel. L'avancement des travaux a été présenté à l'occasion de l'évaluation de l'Institut Carnot M.I.N.E.S. à mi-parcours le 26 mai 2008. Les transparents de la présentation sont accessibles ici.