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Univ. Paris-Saclay

Les sujets de thèses

7 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour : 22-07-2019


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• Chimie physique et électrochimie

 

Activité électrocatalytique de nano-objets individuels carbonés

SL-DRF-19-0958

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Renaud CORNUT

Bruno JOUSSELME

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Renaud CORNUT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01 69 08 65 88

Directeur de thèse :

Bruno JOUSSELME

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0169 08 91 91

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/renaud.cornut/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

L’avenir de notre approvisionnement en énergie dépend de notre capacité à innover dans la mise au point de systèmes de conversion et de stockage de l’énergie. Dans ce domaine, les matériaux électrocatalytiques sont la pierre angulaire de nombreux défis -en particulier pour les piles à combustible- car ils offrent des solutions adaptées pour effectuer efficacement des réactions chimiques complexes. Le projet introduit et met en œuvre une nouvelle stratégie s’appuyant sur la microscopie électrochimique et la simulation numérique pour trouver de nouvelles briques élémentaires à bas coût : l’analyse combinée de nano-objets doit permettre d'identifier de nouvelles espèces électro-catalytiques, ce qui permettra au final de proposer des dispositifs ayant des performances améliorées.



En ce qui concerne le développement des véhicules électriques, la PEMFC (pile à combustible à membrane échangeuse de protons) est une alternative prometteuse et non polluante au moteur thermique classique. De nombreux constructeurs automobiles développent des véhicules commerciaux à hydrogène utilisant la technologie PEMFC, mais une production de masse nécessitera une réduction de leur coût, par une réduction de la dépendance au platine (Pt). Le Pt étant un métal très coûteux, le développement de couches actives efficaces et sans platine est aujourd'hui le principal défi de la réduction des coûts de la PEMFC.



Le projet comprend ainsi des études par microscopie à sonde électrochimique pour cartographier l'activité électro-catalytique de particules de catalyseurs individuelles, interprétée grâce à la modélisation par méthode des éléments finis. L'accent sera mis sur la catalyse de la réaction de réduction de l'oxygène dans les milieux acides de nanomatériaux sans Pt.

Analyse et modélisation de l’évolution de nouveaux matériaux actifs, lors des premiers cycles charge-décarge d’un accumulateur Li-Ion

SL-DRF-19-0490

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Benoit MATHIEU

Nathalie HERLIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Benoit MATHIEU

CEA - DRT/LITEN/DEHT/LMP

04 38 78 18 44

Directeur de thèse :

Nathalie HERLIN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169083684

Page perso : http://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=herlin

Labo : http://iramis-i.cea.fr/nimbe/ledna/

Voir aussi : https://www.researchgate.net/profile/Benoit_Mathieu

Dans le cadre de la transition énergétique, le stockage de l’énergie est un enjeu majeur. Il apparait cependant nécessaire d’augmenter la capacité de stockage des batteries et une voie pourrait être l'utilisation du silicium en complément du graphite pour l'électrode négative des accumulateurs Li-ion. Le développement des accumulateurs basés sur ces matériaux est cependant freiné par leur instabilité, liée au gonflement du silicium lors de l'insertion du lithium. La compréhension des phénomènes se produisant au cours des premiers cycles de fonctionnement apparaissent ainsi fondamentaux pour maitriser le fonctionnement sur le long terme.



Ce projet de thèse a pour objectif la compréhension et la modélisation du comportement mécanique de ces nouvelles électrodes silicium-graphite. Il repose sur 3 équipes : à Saclay, on synthétisera des matériaux à façon : nanoparticules de silicium, alliages silicium/germanium, cœur@coquille où la coquille sera du carbone. On utilisera aussi comme référence des matériaux de type silicium/graphite commerciaux. Le comportement des matériaux sera étudié à Grenoble à l’aide d’un diffractomètre de laboratoire permettant des analyses in-situ et operando et des grands instruments tels que ESRF ou SOLEIL. Ces mesures fourniront des informations sur la contrainte à l’intérieur du silicium mais aussi sur l’état de lithiation du graphite et permettront la modélisation de l’électrochimie de l’insertion du lithium dans le silicium, notamment la dépendance en temps de l’hystérésis, encore mal comprise. L’objectif de la thèse est de construire un modèle de batterie basé sur la physique qui permette, à partir d’expériences "simples" de mesures de gonflement, de mesures de performances électriques des cellules et de cyclages en début de vie et de modélisation numérique, de déduire le comportement mécanique et électrochimique des cellules à l’échelle des grains et des agglomérats. Ceci afin de pouvoir prédire le vieillissement des cellules à long terme, en lien avec leurs propriétés mécanique.

Caractérisation in situ de batteries métal-O2 par spectroscopie RMN solide

SL-DRF-19-0495

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM)

Saclay

Contact :

Alan WONG

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Alan WONG

CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

+33 1 69 08 41 05

Directeur de thèse :

Alan WONG

CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

+33 1 69 08 41 05

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/alan.wong/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lsdrm/index.php

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/magali.gauthier/

Les batteries métal-oxygène apparaissent ces dernières années comme une alternative possible aux batteries Li-ion. En particulier, l’intérêt pour les batteries lithium ou sodium-oxygène (M-O2) provient de leur potentielle forte densité d'énergie théorique. Cependant, de nombreux verrous restent à lever et de nombreux efforts à fournir pour comprendre les mécanismes sous-jacents dans les batteries M-O2. L'élucidation des processus électrochimiques de décharge et de leurs produits (MO2 ou M2O2), et de la réactivité de l'électrolyte, est cruciale. L'objectif de la thèse est d'étudier les réactions électrochimiques et chimiques dans les batteries M-O2 au cours du cyclage en temps réel en utilisant la spectroscopie NMR à l'état solide in situ. La thèse consistera à (1) optimiser l’installation de spectroscopie NMR à l’état solide in situ au LSDRM développée récemment pour l'étude des batteries métal-O2; (2) comprendre les mécanismes réactionnels dans les systèmes M-O2; et (3) explorer de nouvelles voies pour améliorer les performances de la batterie au LEEL.

Dynamique de relaxation électronique résolue en conformation et multi-échelle de molécules flexibles

SL-DRF-19-0512

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Lionel POISSON

Eric GLOAGUEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Lionel POISSON

CNRS-UMR9222 - DSM/IRAMIS/LIDYL/DYR

01 69 08 51 61

Directeur de thèse :

Eric GLOAGUEN

CNRS - DSM/IRAMIS/LIDyL/SBM

01 69 08 35 82

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/34/lionel.poisson.html

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/index.php

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/70/eric.gloaguen.html

Les molécules flexibles sont omniprésentes dans la Nature (protéines, sucres, ...) et sont sources de nombreuses applications (médicaments, machines moléculaires, ...). Par définition, ces molécules existent sous plusieurs conformations qui possèdent chacune des propriétés physiques, chimiques ou biologiques pouvant varier grandement d'une conformation à l'autre. Parmi celles-ci, la photoexcitation et la relaxation des états électroniques sont particulièrement sensibles à la conformation: la durée de vie du premier état électronique excité peut, par exemple, varier de plusieurs ordres de grandeurs suivant la conformation adoptée. Toutefois, la mise en évidence expérimentale de tels effets conformationnels sur les états excités reste rare en raison de la difficulté à étudier spécifiquement une conformation présente dans un mélange conformationnel. Cette thématique reste donc encore peu documentée malgré un besoin de résultats expérimentaux pour aider au développement des modèles théoriques, et un manque de compréhension dans un domaine où les enjeux fondamentaux (intersections coniques, phénomènes ultrarapides) et applicatifs (photostabilité, transfert d'énergie) sont importants.



Dans ce contexte, le laboratoire LIDYL réunit plusieurs dispositifs expérimentaux permettant une étude originale multi-échelle (ns-fs) et résolue en conformation de la dynamique de relaxation électronique de systèmes moléculaires flexibles. Le programme de recherche portera principalement sur des systèmes d'intérêt biologiques et des complexes moléculaires, et consistera à :



- Mettre en évidence des processus dynamiques dépendant de la conformation afin de rationaliser les observations

- Caractériser des espèces jusque-là inaccessibles aux techniques de détection classiques.

Etude par microscopie électrochimique du transport multiphase au sein des matériaux composites d’une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC)

SL-DRF-19-0493

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Renaud CORNUT

Bruno JOUSSELME

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Renaud CORNUT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01 69 08 65 88

Directeur de thèse :

Bruno JOUSSELME

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0169 08 91 91

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/renaud.cornut/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

L'émergence de l'hydrogène comme vecteur d'énergie doit contribuer à stopper la pollution due à l'usage de sources d'énergie carbonées dans les transports. Dans les véhicules la conversion en électricité est obtenue par des piles à combustible à membrane échangeuse de proton.



Le but du projet est de rendre celles-ci compatibles avec le marché de masse en surmontant les verrous associés aux cathodes par l’utilisation de nano-objets catalytiques sans métaux nobles. Dans cette approche, il existe une grande diversité de nano-objets, d’additif, et de conditions de mise en forme si bien que la stratégie optimale est très difficile à trouver. Nous allons mettre en place une plateforme électro-analytique pour évaluer en routine les propriétés électrochimiques effectives de matériaux multifonctionnels utilisés dans les piles à combustible, puis produire différents matériaux de manière combinatoire dont l'analyse va permettre de rationaliser les différentes étapes de synthèse des matériaux et d'optimiser leurs performances avec une attention particulière au vieillissement.

Rrecyclage du dioxyde de carbone par des nanohybrides photocatalytiques dans des puces microfluidiques

SL-DRF-19-0507

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Florent Malloggi

Eric DORIS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Florent Malloggi

CEA - DSM/IRAMIS/NIMBE/LIONS

33.(0)1.69.08.23.55

Directeur de thèse :

Eric DORIS

CEA - DRF/JOLIOT/SCBM/LMT / Tritium

+33-169 08 80 71

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/florent.malloggi/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Notre société basée sur les combustibles fossiles est confrontée à deux problèmes majeurs et interdépendants:

i) l'épuisement progressif des combustibles fossiles et

ii) l'impact de leur combustion sur la pollution de l'air et le réchauffement de la planète provoqués par l'émission à grande échelle de dioxyde de carbone (CO2).



Pour éviter les conséquences évidentes sur les changements climatiques, la concentration de ce gaz à effet de serre dans l'atmosphère doit être stabilisée mais, à mesure que la population croît et que les économies se développent, la demande en combustibles fossiles des pays en développement augmente. La réduction photocatalytique du CO2 est considérée comme une stratégie très prometteuse pour la production de carburants à base d'hydrocarbures tout en résolvant la crise énergétique et l'effet de serre.



L’objectif de cette thèse est de répondre aux principes d’un cycle intégré d’oxydation / réduction de H2O, pour un stockage efficace de l’énergie solaire et la remise en état de l’environnement. L’objectif ultime est d’amener la photo-réduction du CO2 aux carburants liquides tels que le méthanol, le méthane ou les hydrocarbures légers tout en utilisant H2O comme source primaire, renouvelable, sans carbone, d’équivalents réducteurs (par exemple, des électrons). Cette stratégie va au-delà de la photosynthèse artificielle par fractionnement de l’eau à partir de l’énergie solaire, produisant du H2 moléculaire. Au lieu de cela, ce projet s'intéresse à la réduction directe du CO2 d'origine anthropique afin de produire des hydrocarbures classiques par cycle photocatalytique renouvelable.

Spectroscopie résolue en conformation de paires d’ions isolées

SL-DRF-19-0868

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Eric GLOAGUEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Eric GLOAGUEN

CNRS - DSM/IRAMIS/LIDyL/SBM

01 69 08 35 82

Directeur de thèse :

Eric GLOAGUEN

CNRS - DSM/IRAMIS/LIDyL/SBM

01 69 08 35 82

Page perso : http://iramis.cea.fr/LIDYL/Pisp/eric.gloaguen/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=601

Voir aussi : https://www.universite-paris-saclay.fr/fr/education/doctorate/chemical-sciences-molecules-materials-instrumentation-and-biosystems-2mib#concours-mesri-2019

Les paires d’ions sont des objets omniprésents dans la nature, depuis l’eau de mer, les aérosols, jusqu’aux organismes vivants. Le programme de recherche développé par le doctorant visera à étudier à l’échelle microscopique des paires d’ions globalement neutres, isolées ou microsolvatées en phase gazeuse, par une approche conjointe théorie-expérience combinant spectroscopie laser IR et UV résolues en conformation, simulations de dynamique moléculaire et calculs de chimie quantique. Trois axes de recherches seront suivis:

- La caractérisation spectroscopique des différents types de paires d’ions et son application à l’étude du pouvoir dissociant du solvant.

- La description des premières étapes de la cristallisation des composés ioniques.

- L’analyse du rôle des contre-ions sur la structure de biomolécules chargées.



Le dossier de candidature comportera un CV, une lettre de motivation et les coordonnées des responsables de stage de Master. Les candidats peuvent postuler jusqu'au 22 avril 2019. Le candidat retenu sera présenté au concours de l'école doctorale 2MIB de l'Université Paris-Saclay.

 

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