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L'Institut Jean Lamour est un laboratoire de recherche en Science des Matériaux : matériaux, métallurgie, plasmas, surface, électronique, nanomatériaux. C'est une unité mixte de recherche (7198) de l'Université de Lorraine et du CNRS.


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Article A la Une

Catégorie : A la Une

Zoom sur les 6 projets de l’IJL retenus par l’ANR en 2017

En 2017, l’Agence Nationale pour la Recherche (ANR) a sélectionné 6 des 45 projets déposés par des équipes de l’IJL.

Ces 6 projets que nous vous présentons ici portent sur :

    L’exploration de nouvelles architectures tridimensionnelles pour la conversion thermoélectrique
•    de nouveaux paradigmes pour le traitement de l’information et le calcul numérique
•    le design de surfaces anti-encrassantes pour les industries agroalimentaires
•    de nouveaux dispositifs magnétiques bio-inspirés dédiés à la reconnaissance de forme
•    le développement d’une cellule solaire photovoltaïque à haut rendement et faible empreinte écologique
•    la structuration submicronique de l’acier par gravure plasma


Projet 3D ThermoNano - Elaboration et étude des propriétés thermoélectriques de nanomatériaux thermoélectriques tri-dimensionnels

Ce projet est consacré à la fabrication et à la caractérisation de matériaux nanostructurés tridimensionnels et, ce, pour des applications à température ambiante.

Ce travail s’inscrit dans une démarche d’innovation visant à améliorer le rendement énergétique des éléments thermoélectriques par leur nanostructuration.

L’avantage des nanostructures 3D réside à la fois dans la diminution de la conductivité thermique par rapport à leurs homologues massifs, mais aussi dans leur manipulation aisée due à leurs dimensions externes macroscopiques et à leurs stabilités mécaniques, sans perte de performances.

L'approche expérimentale est basée sur les compétences complémentaires de trois laboratoires partenaires et se concentrera sur l'élaboration de structures 3D via deux approches : la lithographie colloïdale et la lithographie 2 photons, chacune étant combinée avec la synthèse électrochimique.

Porteur : Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine) : Nicolas Stein, équipe « Chimie et électrochimie des matériaux »
Partenaires :
Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée - LEMTA (CNRS - Université de Lorraine)
Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche  - EMPA (Suisse).

  

Figure de gauche : 3D Thermoelectric materials obtained by two photons lithography (3DTEmat-2L). All the segments of the host polymer material are covered by a thin electroplated thermoelectric material    
Figure de droite : 3D thermoelectric nanomaterial obtained by colloidal lithography (3DTEmat-CL)


Projet Bio-Ice - Bio-inspired computation based on artificial spin Ice architectures

Ce projet a pour objectif de réaliser des dispositifs magnétiques bio-inspirés dédiés à la reconnaissance de forme.

Le fonctionnement de ces dispositifs bio-inspirés est basé sur le retournement par avalanches d’éléments magnétiques constituant une glace de spin artificielle de géométrie dite Kagomé.

Le contrôle de ces avalanches dote ce dispositif de capacités d’apprentissage qui seront mises à profit.
Un consortium regroupant expérimentateurs et théoriciens possédant les compétences complémentaires que sont la science des matériaux, la nano-fabrication, la mesure, la caractérisation mènera à bien ce projet aux applications multiples.

Porteur : Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine) : Daniel Lacour, équipe « Nanomagnétisme et électronique de spin »
Partenaires :
Unité Mixte de Physique CNRS/THALES
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS - Université Paris-Saclay - Université Paris Sud)
Institut Néel (CNRS – Université Grenoble Alpes)


Projet ECONOMICS  - Design de surfaces anti-encrassantes pour les industries agroalimentaires

Le projet ECONOMICS vient répondre au problème d’encrassement des surfaces des échangeurs de chaleur par des dérivés laitiers et ovo-produits, qui constitue un risque sanitaire sévère.

La modification de l'état de surface des échangeurs devrait permettre de limiter l'encrassement, mais aucune solution satisfaisante n'a été mise au point pour le moment. Le challenge d’ECONOMICS est d'élaborer des surfaces et matériaux qui présentent à la fois une bonne compatibilité alimentaire, des propriétés anti-encrassantes et qui résistent aux procédures de nettoyage.

Trois voies sont envisagées :
- fonctionnaliser l'acier inox par des revêtements de faible rugosité et faible énergie de surface adhérents à l'acier inoxydable
- remplacer l'acier inox par des matériaux hydrophobes à base de carbone
- utiliser les matériaux hydrophobes poreux développés dans les deux autres approches pour mettre au point des surfaces biomimétiques "SLIPS" (Slippery Liquid Infused Porous Surface) à faible hystérèse d'angle de contact, qui présentent un fort potentiel pour des applications anti-encrassement.

Porteur : Unité Matériaux et Transformations (UMET-Université de Lille 1 - CNRS - INRA)
Partenaires :
Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine) : Alain Celzard, équipe « Matériaux bio-sourcés »
Institut Chevreul (CNRS - Université de Lille 1)
Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - IEMN (CNRS - Université des Sciences et Technologies de Lille-Lille 1)
Laboratoire des Matériaux Céramiques et Procédés Associés -LMCPA (Université de Valenciennes)
Institut National de la Recherche Agronomique - Centre Rennes (INRA)
Institut National de la Recherche Agronomique - Unité Matériaux et Transformations (INRA-URAMET, UMR INRA-Centre Lille)


Illustration d'un échangeur à plaques (à gauche) et d'une canalisation agroalimentaire (à droite), encrassés par des dérivés laitiers


Projet CHIPMuNCS - Chaos-based information processing with magnetic nano-oscillators

CHIPMuNCS est un projet de recherche à l'interface entre le nanomagnétisme, l’électronique de spin et l’étude de la dynamique non linéaire.

Ce projet est motivé par la richesse de comportement des systèmes non linéaires, en particulier dans le cas des systèmes chaotiques, qui peut être exploitée afin d’établir des paradigmes alternatifs pour le traitement de l'information et le calcul numérique.

L’objectif du projet CHIPMuNCS est de démontrer que les nano-oscillateurs à couple de transfert de spin et, plus particulièrement, ceux utilisant la giration d’un Vortex Magnétique (NCVO), dispositifs de l’électronique de spin à l'échelle nanométrique, peuvent être la pierre angulaire du traitement de l'information basé sur le chaos.

En effet, les partenaires du projet ont montré que les NCVOs peuvent présenter une variété d'états anormaux, commensurables (auto-phase-locked) et incommensurables, ces derniers correspondant à une dynamique chaotique. Le projet repose ainsi sur trois propriétés fondamentales des NCVOs : la richesse et la complexité du signal de l'oscillateur dans son état chaotique, leur dynamique transitoire complexe lors des transitions commensurables-chaotiques et leur capacité de synchronisation par couplage avec d'autres oscillateurs.


A gauche : schéma de principe de l'oscillateur à vortex magnétique (© Joo-Von Kim, C2N)
A droite : papillon de Lorentz traduisant la sensibilité de la trajectoire d'un système chaotique aux conditions initiales


Porteur : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS - Université Paris-Saclay - Université Paris Sud)
Partenaires :
Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine) : Sébastien Petit-Watelot, équipe « Nanomagnétisme et électronique de spin »
Laboratoire Matériaux Optiques, Photonique et Systèmes - LMOPS (Université de Lorraine)
Unité Mixte de Physique CNRS/THALES


Projet OPERA - Nouveaux matériaux absorbeurs pour cellules solaires en couches minces à base d’éléments Abondants et à faible empreinte écologique.

OPERA vise à développer les briques de base d’une cellule solaire photovoltaïque à haut rendement et à faible empreinte écologique.

Il s’agit notamment d’évaluer le potentiel de nouveaux matériaux en couches minces constitués d’éléments non toxiques, abondants et recyclables.

L’ambition finale est la réalisation d’une cellule test élaborée via des techniques compatibles avec des réalisations à grande échelle.

L’introduction de matériaux à faible empreinte écologique et constitués d’éléments abondants pour la réalisation d’architectures multi-jonctions à haut rendement constituerait une avancée importante pour l’accélération du développement des énergies solaires.

Porteur : Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine) : Patrice Miska, équipe « Elaboration et fonctionnalités de couches minces »
Partenaires :
Institut d'Electronique Microélectronique et de Nanotechnologie (Université de Lille, CNRS)
Institut National de l'Energie Solaire - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Laboratoire de Génie Electrique de Paris (CentraleSupelec, CNRS)


Projet SPOT -  Structuration submicronique de l’acier par gravure Plasma pour applications Optiques et optimisation Tribologique

SPOT vise à mettre au point des procédés de gravure par plasma réactif pour modifier les propriétés de surface de pièces en acier en y créant des réseaux de motifs aux formes variées : trous à bords circulaires ou carrés, lignes continues parallèles ou se croisant, formes à géométrie plus complexe.

Les dimensions de ces structures couvrent les échelles microniques (10-6 m) et submicroniques (quelques centaines de nanomètres).

En combinant les propriétés intrinsèques ou chimiques des surfaces avec les propriétés physiques générées par les motifs créés, des fonctionnalités nouvelles ou optimisées seront produites afin de répondre aux attentes de nombreux secteurs industriels.

Cette fonctionnalisation des surfaces permettra ainsi de valoriser les aciers utilisés dans une large gamme d’applications : soit pour la fabrication de nouveaux outils (usinage, décolletage, estampage, moules, etc.), soit comme pièces finies utilisées en micromécanique, horlogerie, dans le domaine bio-médical (lutte contre les bactéries).

Les fonctions de surfaces apportées peuvent concerner l’optique (anti-contrefaçon, décoration, etc.) ou les aspects tribologiques (anti-traces de doigt, gestion des frottements, etc.).

Porteur : Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine) : Grégory Marcos, équipe « ESPRITS »
Partenaires :
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS - Université Paris-Saclay - Université Paris Sud)
Institut des Matériaux Jean Rouxel - IMN (CNRS – Université de Nantes)
SILSEF (PME)


Figure 1 : (a) gravure ICP/RIE pendant 15 minutes de l’acier en mélange Cl2/Ar entre des plots en silice (le masque de silice n’est pas visible, consommé pendant la gravure). (b) tranchée gravée dans l’acier AISI 316L par voie humide puis gravure plasma Cl2/Ar de 10 mn (c). Le masque de surface a été retiré après la gravure humide.