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 :
- 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,
- Développer des approches expérimentales pour valider l’approche in-silico.
- 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.
Contacts de la recherche à l'UTC
Plaquette de la recherche à l'UTC