Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 15-12-2017

13 sujets IRAMIS/NIMBE

• Chimie

• Chimie analytique

• Chimie physique et électrochimie

• Interactions rayonnement-matière

• Matière molle et fluides complexes

• Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux

• Physique du solide, surfaces et interfaces

 

Nouvelle génération de batteries Li-air basées sur l’utilisation de MOFs (Metal Organic Frameworks)

SL-DRF-18-0302

Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire d'étude des éléments légers (LEEL)

Saclay

Contact :

Suzy SURBLE

Hicham KHODJA

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

Contact :

Suzy SURBLE

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

+ 33 1 69 08 81 90

Directeur de thèse :

Hicham KHODJA

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

01 69 08 28 95

Page perso : http://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/suzy.surble/

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

Dans un contexte de demande croissante en stockage mobile d’énergie, les recherches se concentrent pour trouver une alternative aux problèmes énergétiques. Les batteries Li-ion sont ainsi devenues les batteries de référence notamment pour les appareils électroniques grand public. Cependant, leurs performances en termes de capacité et d’énergie spécifiques semblent atteindre leurs limites et seront insuffisantes pour les besoins à long terme de notre société. Il s’avère donc nécessaire de développer une nouvelle technologie de batteries offrant de nouvelles perspectives en matière de capacité de stockage et de sécurité en particulier dans le domaine de l’automobile. La technologie Li-air offre des perspectives très prometteuses (densité énergétique de 1700 Wh/kg vs 160 Wh/kg pour les batteries Li-ion actuelles). Cependant, un certain nombre de verrous doit encore être levé, le plus important étant la perte rapide des performances après seulement quelques cycles de charge/recharge. L’utilisation de solides de type MOF (Metal Organic Framework) apparait par ailleurs comme une percée dans le domaine de l’électrochimie. Ces derniers composés présentent une faible densité, une grande surface spécifique et une forte porosité. Leur structure avec une charpente ouverte fournit non seulement un réseau hôte pour la diffusion des ions lithium et une bonne diffusion de l’oxygène, mais aussi un espace suffisant pour le dépôt des produits de décharge.

L’objectif de la thèse sera de synthétiser de nouveaux matériaux de type MOFs susceptibles d’avoir de bonnes performances électrochimiques. Des techniques classiques telles que la diffraction des rayons X, des mesures électrochimiques et d’impédance seront utilisées pour caractériser ces matériaux. Pour les structures les plus prometteuses, un travail d’optimisation de la formulation de l’électrode sera mené afin d’obtenir un assemblage complet de batterie Li-air.

Mots clés : batterie lithium-air, MOFs (Metal Organic Frameworks), caractérisations structurale et électrochimiques

Matériaux poreux innovants pour l’analyse glycomique en milieu hospitalier.

SL-DRF-18-0235

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Laurent MUGHERLI

Martine Mayne

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

Contact :

Laurent MUGHERLI

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169089427

Directeur de thèse :

Martine Mayne

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

01 69 08 48 47

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

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

Voir aussi : http://joliot.cea.fr/drf/joliot/Pages/Entites_de_recherche/medicaments_technologies_sante/spi.aspx

La structure et la fonction des protéines peuvent être modulées par de nombreuses modifications structurales. La glycosylation est une des principales modifications post-traductionnelles, car on estime qu’environ 50% des protéines eucaryotes sont glycosylées, cette proportion pouvant atteindre 70% pour les protéines humaines. La glycosylation d’une protéine correspond à l’attachement d’un monosaccharide ou d’une chaîne oligosaccharidique à un ou plusieurs acides aminés constitutifs d’une protéine donnée. Il est désormais bien établi que la glycosylation des protéines est fortement modifiée lors de diverses pathologies comme le cancer ou la polyarthrite rhumatoïde. Ainsi, la nature et les proportions relatives des oligosaccharides liés aux protéines pourraient être utilisées comme paramètres déterminants pour diagnostiquer, pronostiquer voire suivre le développement de pathologies.



L’analyse glycomique consiste à établir le profil des oligosaccharides présents sur l’ensemble des glycoprotéines présentes dans un fluide biologique d’intérêt. Des techniques modernes et pointues sont indispensables pour l’analyse à haut débit et le traitement des données, mais la préparation des échantillons, tout aussi importante, se fait encore avec des méthodes souvent très chronophages. L’objectif de cette thèse est de montrer que l’utilisation de matériaux innovants appliqués à la préparation d’échantillons pour l’analyse glycomique constitue un moyen pertinent pour accélérer significativement le débit des analyses, et d’employer ces matériaux dans des études en lien avec le milieu hospitalier afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs de pathologies.



Le projet de recherche consistera en l'élaboration et la caractérisation de deux types de matériaux, l’un présentant une fonction catalytique, l’autre une fonction de filtration. Plusieurs aspects seront traités, allant de la synthèse des matériaux à la caractérisation de leurs propriétés texturales et physico-chimique. Les matériaux biohybrides nanoporeux seront synthétisés par le procédé Sol-Gel, selon différentes formulations et mises en forme. Les fonctions des matériaux mis au point seront évaluées dans un protocole d’analyse glycomique en vérifiant l’obtention de profils oligosaccharidiques de biofluides (e.g. plasma, liquide céphalorachidien). La caractérisation physique sera l’occasion de pratiquer des techniques variées, telles que la profilométrie, le MEB/MET, ou la caractérisation des paramètres de porosité par l’établissement d’isothermes d’adsorption de gaz. L’analyse des oligosaccharides sera réalisée par spectrométrie de masse à haute résolution (essentiellement MALDI-TOF).



Pour ce projet de thèse pluridisciplinaire, nous recherchons un(e) étudiant(e) chimiste ou physico-chimiste, intéressé(e) par la chimie des matériaux et motivé(e) par les applications de la recherche fondamentale dans le domaine des nouvelles technologies pour la santé. La thèse devra idéalement débuter en octobre 2018 et sera effectuée dans deux laboratoires, le laboratoire édifices nanométriques pour la partie matériaux et le laboratoire d’étude du métabolisme et du médicament pour l’utilisation des matériaux en analyse glycomique. L’activité de recherche sera menée dans le centre de recherche de Saclay (91).

Réducteurs renouvelables à base de bore et de silicium pour la reduction du CO2

SL-DRF-18-0444

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire de Chimie Moléculaire et de Catalyse pour l'Energie (LCMCE)

Saclay

Contact :

Thibault CANTAT

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

Contact :

Thibault CANTAT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 43 38

Directeur de thèse :

Thibault CANTAT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 43 38

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/thibault.cantat/index.html

Labo : http://iramis.cea.fr/Pisp/thibault.cantat/index.html

La valorisation de ressources carbonées renouvelables, telles que CO2 et la biomasse, nécessite l'utilisation de réducteurs réactifs, recyclables et efficaces en énergie. Le dihydrogène ne répond pas complètement à ce cahier des charges du fait de sa faible réactivité et de son potentiel rédox limité. Pour contourner ces limitations, l'utilisation des hydrures de bore et de silicium est une voie attrayante mais qui nécessite de développer des méthodes d'accès à ces réactifs qui soient énergétiquement viables. Tandis que ces composés sont actuellement produits via des procédés énergivores, le présent projet doctoral vise les premières méthodes de synthèse des hydrures de bore et de silicium par voie électrocatalytique.

Analyse in situ d’une batterie à flux redox organique par résonance magnétique et fabrication additive

SL-DRF-18-0330

Domaine de recherche : Chimie analytique
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 :

Lionel DUBOIS

Patrick BERTHAULT

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

Contact :

Lionel DUBOIS

CEA - DSM/INAC/SyMMES/CAMPE

04 38 78 92 57

Directeur de thèse :

Patrick BERTHAULT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

+33 1 69 08 42 45

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/patrick.berthault/

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

Dans le projet de thèse nous souhaitons mettre à profit nos avancées récentes en impression 3D combinée au développement de systèmes intégrés dynamiques en résonance magnétique nucléaire pour étudier par RMN des systèmes en fonctionnement et réaliser des expériences in situ ou operando. Nous souhaitons appliquer ces développements selon un axe de recherche important du domaine de l’énergie : l’identification et l’étude des migrations de différentes espèces moléculaires générées lors du fonctionnement d’une batterie à flux redox organique (RFBO).



Pour cela il sera nécessaire de construire une mini batterie qui puisse être intégrée au sein d’un aimant classique de RMN. Le flux de chacun des compartiments sera géré au moyen de notre approche de mini-pompe à bulle breveté. Ici la modularité de notre système nous permettra à faible coût de suivre par spectroscopie et imagerie différentes espèces moléculaires en plusieurs positions de la batterie. Les composants et la géométrie seront adaptés aux cellules d'écoulement organique, le but principal étant de comprendre et d'analyser le mécanisme de dégradation et les produits de la molécule redox (dérivés anthraquinones) sur le cycle redox.



Les travaux demandés au doctorant iront d'une forte implication dans la conception de la mini-batterie, à sa construction et aux études de résonance magnétique. Dans ce domaine, des protocoles dédiés et des séquences nouvelles, utilisant à la fois les techniques spectroscopiques et d'IRM récentes, devront être développés.

Couplage microfluidique digitale - ICPMS : étude d’un système d’introduction en gouttes monodisperses

SL-DRF-18-0452

Domaine de recherche : Chimie analytique
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 :

Valérie GEERTSEN

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

Contact :

Valérie GEERTSEN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0169084798

Directeur de thèse :

Valérie GEERTSEN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0169084798

Page perso : http://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/valerie.geertsen/

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

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=projets&id_ast=2800

Dans le cadre du projet CEA transverse de compétences d’instrumentation et détection, est mis au point un nouveau moyen d’introduction d’échantillons pour la spectrométrie de masse couplée à un plasma inductif (ICPMS : Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry - projet Cleverest).



L’échantillon est introduit sous la forme d’un train de gouttes monodisperses dont la taille et la vitesse sont contrôlés. Ces gouttes sont obtenues au sein d’une émulsion par microfluidique digitale. Chaque goutte est analysée par ICPMS. Cette introduction en gouttes monodisperses constitue une opportunité unique de mieux comprendre les phénomènes qui gouvernent l’ionisation dans la source plasma des spectromètres ICP en particulier par le contrôle de la taille et du nombre de goutte.



Le travail de thèse consistera à préparer et étudier des géométries de systèmes microfluidiques digitaux destinés à produire des gouttes de taille définie. Le couplage de ces microsystèmes avec la spectrométrie ICP constituera le cœur du sujet et doit permettre de proposer des voies d’optimisation de l’ionisation ICP afin d’accroitre la sensibilité des instruments. L’étude s’attachera dans un premier temps aux échantillons homogènes avant d’aborder l’encapsulation de nanoparticules uniques dans les gouttes et l’analyse séquentielle de celles-ci (Single Particle ICPMS).



Ce travail très interdisciplinaire implique un goût du travail en équipe ainsi qu’une importante curiosité scientifique et un esprit d’ouverture. L’aspect fortement instrumental de la thématique nécessite un goût de l’expérience et de l’instrumentation. Une compétence du candidat en microfabrication, impression 3D ou chimie analytique serait fortement appréciée.

Etude par microscopie électrochimique du transport multiphase dans une couche électrocatalytique.

SL-DRF-18-0442

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 : 01-09-2018

Contact :

Renaud CORNUT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01 69 08 91 91

Directeur de thèse :

Bruno JOUSSELME

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0169089191

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 électroanalytique 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.

Etude par radiolyse des processus de vieillissement dans les batteries lithium-ion

SL-DRF-18-0424

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
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 :

Sophie LE CAER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Sophie LE CAER

CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 58

Directeur de thèse :

Sophie LE CAER

CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 58

Page perso : iramis.cea.fr/Pisp/sophie.le-caer

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=50

Les questions de vieillissement et de sécurité constituent un défi majeur dans le domaine des batteries lithium-ion. Récemment et pour la première fois, nous avons montré que la radiolyse (i.e. la réactivité induite par l'interaction entre les rayonnements ionisants et la matière) est un outil puissant pour l'identification rapide (minutes, jours) des produits formés lors de la dégradation de l'électrolyte d'une batterie lithium-ion après plusieurs semaines, voire plusieurs mois de cyclage. L'objectif de ce travail de thèse est d'étendre l'approche radiolyse :

* au criblage d'électrolytes et de combinaisons électrolytes/matériaux pour identifier les plus robustes. Les mécanismes réactionnels induits par les rayonnements ionisants seront étudiés en détails dans le cas des électrolytes les plus prometteurs;

* à l'étude détaillée des processus interfaciaux (électrode/électrolyte) pour des électrodes positives et négatives dans le cas des systèmes les plus intéressants précédemment identifiés.



Une vision globale et détaillée des mécanismes à l'œuvre dans les batteries lithium-ion en fonctionnement sera donc obtenue et les systèmes les plus résistants au rayonnement, donc à l'électrolyse, seront identifiés et étudiés.

Etude biophysique de la dynamique de la conformation de la chromatine au cours de la réplication du génome

SL-DRF-18-0276

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
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 :

Frédéric GOBEAUX

Patrick GUENOUN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-11-2017

Contact :

Frédéric GOBEAUX

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 24 74

Directeur de thèse :

Patrick GUENOUN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01-69-08-74-33

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/frederic.gobeaux/

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

L’organisation tridimensionnelle du génome et sa dynamique dans des cellules vivantes sont déterminantes pour ses fonctions. Il est crucial de les comprendre et d’identifier les paramètres qui la contrôlent. L’état de l’art actuel permet d’appréhender l’organisation à courte portée (<10 nm) et à longue portée (>250 nm) de la chromatine dans le noyau. Cependant, il existe une zone intermédiaire (10-250 nm) où l’organisation spatiale de la chromatine est mal identifiée. Cette zone correspond précisément à la taille des complexes protéiques qui modifient la chromatine pour permettre la duplication du génome.



Nous étudierons par diffusion des rayons X des cultures cellulaires au cours de la duplication du génome. Grâce à un montage expérimental adapté nous mesurerons la dynamique de la conformation de la chromatine lors de la duplication du génome et compléterons cette analyse par des simulations numériques (dynamique moléculaire) afin de corréler la dynamique de la chromatine avec celle de la duplication du génome. Nous étudierons différents types cellulaires pour tester la généralité de nos observations.



Ce projet est en collaboration entre une équipe de physique et une équipe de biologie et comportera pour l'étudiant des aspects des deux disciplines.

Métamateriaux auto-assemblés à base de copolymères à blocs

SL-DRF-18-0245

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
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 :

Patrick GUENOUN

Virginie PONSINET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-11-2017

Contact :

Patrick GUENOUN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01-69-08-74-33

Directeur de thèse :

Virginie PONSINET

CNRS - Centre de Recherche Paul Pascal (CRPP)

+33(0)5 56 84 56 25

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/patrick.guenoun/index.html

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

Les métamatériaux sont des matériaux "artificiels" qui sont créés pour atteindre des propriétés inaccessibles aux matériaux homogènes naturels. Ainsi en est-il de propriétés optiques comme des indices de réfraction négatifs qui peuvent être atteints par une structuration des métamatériaux à une échelle inférieure à celle de la longueur d’onde de la lumière. Dans ce travail de thèse, nous atteindrons une telle structuration (nanostructuration) en combinant l’auto-assemblage de copolymères sur des surfaces et l’insertion dans cet auto-assemblage de nanoparticules d’or. La matrice de copolymères fournit la nanostructuration à l’échelle et la géométrie voulue tandis que la présence d’or confère les propriétés optiques attendues. Cette thèse en collaboration entre le LIONS au CEA Saclay et le Centre de recherche Paul Pascal à Bordeaux bénéficiera des deux environnements pour mener une étude expérimentale qui consistera à préparer des surfaces, où des phases cylindriques ou bicontinues de copolymères seront orientées perpendiculairement au substrat. Après synthèse au laboratoire et insertion des nanoparticules d’or dans les structures, les propriétés optiques du matériau obtenu seront mesurées et analysées en vue de les modéliser.

Synthèse et intégration de matériaux dans des capteurs pour la surveillance de la qualité de l'eau

SL-DRF-18-0286

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
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 :

Jean-Christophe GABRIEL

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

Contact :

Jean-Christophe GABRIEL

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0438780257

Directeur de thèse :

Jean-Christophe GABRIEL

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0438780257

Page perso : http://inac.cea.fr/Phocea/Pisp/index.php?nom=jean-christophe.gabriel

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

Voir aussi : https://www.linkedin.com/in/jcpgabriel

Ce sujet se situe dans le contexte d'un des deux seuls projets financés par l'ANR en 2017 sur la thématique des Capteurs pour l'environnement (projet 4WATER). La crise de l'eau constitue le risque n°1 quant à son impact sur la société d'après le « Forum de l'économie mondiale » (01/2015). Dans le projet 4WATER, nous proposons l'élaboration de nouveaux capteurs matriciels à bas coût et multi-cibles. Ces capteurs seront intégrés, à l'aide d'une approche microélectronique, sous forme de transistors MOSFETs sensibles à différents ions choisis en fonction de leur pertinence vis-à-vis de la potabilité de l'eau. Nous proposons ainsi à terme une solution de surveillance multianalytes permanente et peu onéreuse des ressources en eau douce de surface.



Lors de sa thèse, l'étudiant(e) aura à synthétiser des matériaux par diverses techniques de synthèses issues de la chimie et devra les mettre en solution (formulation d’encres). S’en suivra une intégration de ces composés dans des dispositifs actifs (capteurs pour la qualité de l’eau) ainsi que de tester des capteurs ainsi formés. Selon le temps restant et le dynamisme de l’étudiant(e), Il s’agira aussi d’étudier les propriétés physico-chimiques (structure, taille etc…) des fluides complexes obtenus ou alors il se fera en collaboration avec un collaborateur du projet. L’étudiant(e) sera exposé à un environnement pluridisciplinaire et amené(e) à réaliser des expériences dans des domaines variés tels que la chimie inorganique, la physico-chimie, la micro/nano-fabrication en salles blanches, les méthodes de nano-caractérisation et de tests électriques/électroniques. Cette thèse est donc une excellente opportunité de croissance professionnelle tant d'un point de vue des connaissances, que du savoir-faire et de la notoriété acquise dans la communauté scientifique, et offre d’autre part de bonnes perspectives via la collaboration industrielle entrant dans ce projet.

Etats intermédiaires amorphes lors de la précipitation de l'oxalate de cérium: vers un nouveau modèle de nucléation

SL-DRF-18-0111

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
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 :

Sophie CHARTON

David CARRIÈRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-11-2018

Contact :

Sophie CHARTON

CEA - DEN/DMRC

+33 (0)4.66.79.62.29

Directeur de thèse :

David CARRIÈRE

CEA - DSM/IRAMIS/NIMBE

0169085489

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/68/david.carriere.html

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

La formation de cristaux par réaction en voie liquide intervient dans d’innombrables processus naturels et artificiels, et en particulier dans les procédés de cristallisation réactive ou précipitation. La maîtrise de la cinétique de formation, de la taille et de la morphologie des précipités est un enjeu fort. C’est également une problématique importante du traitement-recyclage du combustible nucléaire irradié, où le plutonium est précipité sous forme d’oxalates, avant d’être converti en oxyde utilisé pour la fabrication du combustible MOX.

La théorie de référence pour prédire la cadence de production des cristaux, et modéliser les procédés, est la théorie classique de la nucléation (CNT), qui repose sur la description thermodynamique de l’équilibre liquide-vapeur proposée par Gibbs en 1876. Mais ce modèle est souvent gravement mis en échec, car il ignore tous les états intermédiaires désordonnés qui pourraient se former entre les ions en solution et le cristal final : clusters, séparations de phase liquide-liquide, particules ou réseaux amorphes etc. Ainsi, des états intermédiaires amorphes ont été observés dans la précipitation de l’oxalate de cérium, un des systèmes simulant de référence pour le plutonium, suggérant un processus de nucléation en deux étapes, en contradiction avec la CNT.

L’objectif général de cette thèse est de caractériser les états intermédiaires de la nucléation de l’oxalate de cérium, et leur impact sur les prédictions de la théorie classique. La thèse sera réalisée en collaboration étroite entre le CEA Marcoule (DEN/MAR/DMRC/SA2I) et le CEA à Saclay (DRF/IRAMIS/LIONS), ce qui permettra de combiner des techniques qui sont réputées pouvoir résoudre ce problème difficile : diffusion des rayons X en laboratoire et en synchrotron (SAXS/WAXS), microfluidique, et modélisations thermodynamiques et cinétiques.

Séparation de charge induite par la courbure dans des nanotubes d'aluminosilicate semiconducteurs: applications en photocatalyse

SL-DRF-18-0439

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
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 :

Sophie LE CAER

Antoine THILL

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

Contact :

Sophie LE CAER

CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 58

Directeur de thèse :

Antoine THILL

CEA - DSM/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 99 82

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/antoine.thill/thill_fr.html

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

L'imogolite est un nanominéral naturel en forme de nanotube de 2 nm de diamètre. Il est possible de synthétiser ce matériau et il est disponible au NIMBE facilement et en grande quantité grâce à l'installation pilote PRODIGE. Des calculs théoriques récents prédisent l'existence d'une densité surfacique de dipôle induite par la très forte courbure de la paroi des imogolites. Une telle polarisation à symétrie radiale serait très favorable à la séparation de charge électron/trou dans des processus photo-induits. Par différentes approches expérimentales complémentaires, nous proposons d'explorer l'existence et l'importance de cette polarisation de surface dans les imogolites et les imogolites hybrides éventuellement dopées.

Dispositifs opto-electroniques hybrides à base de nanotubes de carbone pour la photonique sur silicium

SL-DRF-18-0445

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
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 :

Arianna FILORAMO

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

Contact :

Arianna FILORAMO

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-86-35

Directeur de thèse :

Arianna FILORAMO

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-86-35

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

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

Les nanotubes de carbone mono-paroi présentent des propriétés électroniques remarquables, qui ont fait l’objet d’études intensives aussi bien en recherche fondamentale que pour leurs applications en nanoélectronique. Plus récemment, avec le développement d’une meilleure maitrise du matériau d’autres perspectives et champs d’applications se sont ouverts. C'est notamment le cas en optique et en optoélectronique où les nanotubes de carbone constituent un matériau de choix.



Les nanotubes de carbone présentent en effet des transitions optiques dont l'énergie varie en fonction de leur diamètre et de leur chiralité et qui se situent généralement dans le proche infrarouge [1, 2]. Cette caractéristique combinée à leurs propriétés électriques exceptionnelles fait que les dispositifs optoélectroniques à base de nanotubes de carbone suscitent beaucoup d’intérêt [3, 4, 5]. Ces dispositifs permettraient d’envisager une avancée décisive pour les futurs circuits intégrés en combinant des propriétés électriques et des propriétés optiques/optoélectroniques/opto-mécaniques dans un seul type de matériau. Dans ce projet associant le laboratoire LICSEN de la DRF et le laboratoire LCO de la DRT, nous comptons tout d’abord contribuer à cette thématique par l’étude des propriétés d’électroluminescence et de photo-courant de nanotubes triés en chiralité [6-14]. La compréhension de ces phénomènes est primordiale pour réaliser des photo-détecteurs et des LEDs performantes, voire des sources de type laser.



Nous considèrerons ensuite plus particulièrement les dispositifs hybrides opto-électro-mécaniques et nous les intégrerons dans une plateforme photonique silicium. Le LICSEN (DRF) est très bien positionné sur la thématique des nanotubes de carbone et le LCO (DRT) est un expert reconnu dans le domaine de l’électromécanique, de la photonique et plus récemment dans celui de l’opto-mécanique.



[1] S. M. Bachilo et al. Science 298, 2361 (2002) ;

[2] O’Connell M. J. et al., Science 297, 593 (2002) ;

[3] Freitag et al., NanoLetter 6, 1425 (2006) ;

[4] Mueller et al., NatureNanotech. 5, 27 (2010) ;

[5] S.Wang et al. Nano Letter 11, 23 (2011);

[6] Nish, A. et al. Nat. Nanotechnol. 2, 640 (2007) ;

[7] Chen, F. et al. Nano Lett. 7, 3013 (2007) ;

[8] Nish, A. et al. Nanotechnology 19, 095603 (2008) ;

[9] Hwang, J.-Y. et al., J. Am. Chem. Soc. 130, 3543-3553 (2008) ;

[10] Gaufrès E. et al., Appl. Phys. Lett. 96, 231105 (2010) ;

[11] Gao, J. et al. Carbon 49, 333 (2011);

[12] Tange M. et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 4, 6458 (2012)

[13] Sarti F. et al Nano Research 9, 2478 (2016)

[14] Balestrieri M. et al Advanced Functional Materials 1702341 (2017).

 

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