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  • Une chaire sur les matériaux nanostructurés

    Chaire LEEGO: chal­LEnges and oppor­tu­ni­ties in connec­ting lenGth and time scales in nanO-struc­tu­red mate­rials: the case of nano-rein­for­ced polymers.

    Présentation

    Ensei­gnant res­pon­sable de la chaire : Fah­mi BEDOUI ; Pro­fes­seur des Uni­ver­si­tés, Labo­ra­toire Rober­val.

    Par­te­naires : Mate­rials and Pro­cess Simu­la­tion Cen­ter – Cali­for­nia Ins­ti­tute of Tech­no­lo­gy, USA ;  MONARIS SU-CNRS UMR-8233 Sor­bonne Uni­ver­si­té, IMAT, Ins­ti­tut des Maté­riaux de l’Alliance Sor­bonne Uni­ver­si­té et BMBI UTC-CNRS UMR 7338.

    L’objectif de la chaire LEEGO est de pro­po­ser à la fois des démarches expé­ri­men­tales et de modé­li­sa­tions ori­gi­nales pour la com­pré­hen­sion des pro­prié­tés méca­nique, phy­sique, chi­mique, bio­lo­gique…, induites par une nano-struc­tu­ra­tion d’un matériau. 

    Pour cette classe de maté­riaux les liens hié­rar­chiques entres les échelles sont très fortes. Les pro­prié­tés qui inté­ressent les usa­gers sont mesu­rables à des échelles acces­sibles aux ingé­nieurs, cepen­dant ces pro­prié­tés sont une consé­quence de phé­no­mènes qui prennent nais­sance à des échelles beau­coup plus faibles. Elles démarrent à l’échelle des atomes gou­ver­nés par la méca­nique quan­tique, en tra­ver­sant les échelles plus larges gou­ver­nées par la micro­struc­ture jusqu’aux échelles plus éle­vées gou­ver­nées par dif­fé­rentes lois : méca­nique, élec­trique, ther­mique… De ce fait, l’optimisation de ces sys­tèmes ne peut se faire sans la prise en compte des inter­ac­tions entre toutes ces échelles. 

    Dans ce contexte, l’objectif de la chaire LEEGO est de construire des démarches de modé­li­sa­tion et de pro­to­coles expé­ri­men­taux capables de lier toutes les échelles pré­sentes dans un maté­riau nano­struc­tu­ré. Cela a pour but de com­prendre le com­por­te­ment de cette classe spé­ci­fique de maté­riaux, être capable de pré­dire leurs com­por­te­ments et fina­le­ment déve­lop­per de nou­veaux maté­riaux tout en limi­tant le coût de déve­lop­pe­ment expé­ri­men­tal itératif.

    Actions de recherche et d'enseignement

    La chaire LEEGO se fixe comme objec­tif de déve­lop­per des acti­vi­tés de recherche de à la pointe de ce qui se fait dans le domaine des maté­riaux nano­struc­tu­rés tout en pro­po­sant à nos étu­diants des pro­grammes de for­ma­tion par la recherche du meilleur niveau aca­dé­mique. Dans la suite un aper­çu du pro­gramme de recherche et des ses­sions de for­ma­tions qui seront pro­po­sées cou­rant le dérou­le­ment de la chaire.

    Recherche

    La chaire com­bi­ne­ra des actions de recherche amont pour déve­lop­per de nou­veaux outils de modé­li­sa­tion in-sili­co et de carac­té­ri­sa­tion expé­ri­men­tale qui par­courent les échelles spé­ci­fiques aux maté­riaux d’intérêts.

    On s’intéressera à déve­lop­per des méthodes in-sili­co qui intègrent les avan­cées les plus récentes en ato­mis­tique tout en étant les plus ver­sa­tiles pour être uti­li­sées par un public expert en science des matériaux. 

    En paral­lèle, une atten­tion par­ti­cu­lière sera accor­dée au déve­lop­pe­ment d’approches expé­ri­men­tales pour carac­té­ri­ser fine­ment les maté­riaux explo­rés afin d’apporter les infor­ma­tions micro­struc­tu­rales les plus per­ti­nentes pour com­pa­rer et/ou vali­der avec les résul­tats théoriques.

    Pour cela, en se foca­li­sant sur le cas des poly­mères nano-ren­for­cés, les tra­vaux de la chaire LEEGO explo­re­ront prin­ci­pa­le­ment 3 axes ou pro­blé­ma­tiques scientifiques :

    1. Déve­lop­per des métho­do­lo­gies in-sili­co capables d’effectuer un « scree­ning » rapide dans un pool de maté­riaux (matrice et nano-charges) pou­vant avoir une com­bi­nai­son de pro­prié­tés opti­males mul­tiples : méca­nique, élec­trique, ther­mique, … etc,
    2. Déve­lop­per des approches expé­ri­men­tales pour vali­der l’approche in-silico.
    3. Déve­lop­per des démarches de trans­fert tech­no­lo­gique pour les cas prometteurs.

    La chaire, vise d’ores et déjà deux champs appli­ca­tifs au tra­vers des pro­jets déjà lan­cés. Ces champs couvrent les maté­riaux nano-struc­tu­rés pour l’énergie et le biomédical. 

    Enseignement

    À tra­vers la chaire LEEGO, des ensei­gne­ments inno­vants à la fois sur la forme et sur le conte­nu seront pro­po­sés aux étu­diants de l’UTC, l’Alliance Sor­bonne Uni­ver­si­té et aus­si des uni­ver­si­tés étrangères. 

    Le conte­nu de ces cours sera le fruit des résul­tats les plus récents issus de la recherche menée dans la chaire LEEGO, mais aus­si des acti­vi­tés de recherche qui sont menées déjà dans les labo­ra­toires partenaires. 

    Ce for­mat cible prin­ci­pa­le­ment les étu­diants en fin de par­cours ingé­nieur, mas­ter et des étu­diants en début de doctorat.

    Des cher­cheurs appar­te­nant aux labo­ra­toires par­te­naires de la chaire, par­ti­ci­pe­ront à la mise en place des cours pro­po­sés. Pour per­mettre cela, les cours seront pro­po­sés dans un for­mat d’école d’été et se dérou­le­ront cou­rant le mois de juillet sur une période de 3 à 4 semaines.

    • Nano­struc­tu­red mate­rials : chal­lenges and oppor­tu­ni­ty of connec­ting length and time scales, sum­mer 2023 at UC Ber­ke­ley SkyDeck.
    • Nano­struc­tu­red mate­rials and ener­gy appli­ca­tion: har­ves­ting and sto­rage sum­mer 2024 sur le cam­pus SU/UTC UTC
    • New fron­tiers in nano­struc­tu­red mate­rials and bio­me­di­cal engi­nee­ring sum­mer 2025 sur le cam­pus de l’université de Seoul ou Tokyo University,

    Mots clefs : maté­riaux nano­struc­tu­rés, poly­mère nano-ren­for­cés, in sili­co desi­gn, carac­té­ri­sa­tion mul­ti-échelles, nanotechnologie

    Moyens

    Il s’agit d’un pro­jet ambi­tieux, prin­ci­pa­le­ment finan­cé par l’Alliance Sor­bonne Uni­ver­si­té, UTC et Cal­Tech avec des moyens humains mis à dis­po­si­tion par l’ensemble des partenaires. 

    À son démar­rage, la chaire inclut et prévoit :

    • 4 labo­ra­toires, 3 par­te­naires aca­dé­miques, pour un total de plus de 8 per­sonnes impli­quées (cher­cheurs, ensei­gnants chercheurs…) ;
    • au moins 2 thèses finan­cées et deux thèses sup­por­tées, 1 postdoc ;
    • + de 4 stages mas­ters prévus ;
    • des invi­ta­tions de pro­fes­seurs et cher­cheurs étrangers.

           

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