CSPEC : un spectromètre à temps de vol à neutrons froids pour l’ESS

Une nouvelle source Européenne de neutrons (ESS – European SpallationSource) est en cours de construction à Lund en Suède, juste en face de la ville de Copenhague. Cette source à spallation a vocation à devenir la source la plus intense au monde. Elle est réalisée par un consortium réunissant 15 pays européens. La contribution française à la construction des instruments est portée par le laboratoire Léon Brillouin (LLB) qui est impliqué, en collaboration avec d’autres équipes européennes, dans la construction de 5 instruments. Parmi ceux-ci, CSPEC est un spectromètre à temps de vol à géométrie directe, construit à parité avec l’Université Technique de Munich (TUM).

Schéma d’ensemble de l’instrument CSPEC..

Il s’agit d’un instrument de 160 m de long, dont le LLB a principalement en charge la fourniture du système de « hacheur de faisceau » et du spectromètre secondaire. La construction devrait se terminer fin 2023 de sorte que le spectromètre sera opérationnel dès la production des premiers neutrons par la source (2024-2025). La très haute brillance de CSPEC devrait permette d’ouvrir de nouvelles perspectives, de réaliser des études nouvelles, par exemple sur des échantillons beaucoup plus petits, et de réaliser également des expériences in-situ ou sur des systèmes « in operando ». Cet instrument permettra d’étudier les propriétés d’une grande variété de matériaux, comme des matériaux quantiques, des matériaux magnétiques pour la spintronique, de la matière molle, des macromolécules biologiques, ou encore des matériaux pour les nouvelles technologies de l’énergie (matériaux pour les batteries par exemple).

Contact : Stéphane Longeville (LLB/MMB).

Des liquides pour récupérer la chaleur perdue

Michel Beaughon (SPEC/SPHYNX)

Les matériaux thermoélectriques sont capables de transformer un flux de chaleur en électricité, et peuvent ainsi être utilisés à des fins de récupération de chaleur pour, notamment, améliorer l’efficacité des systèmes énergétiques. Les principaux dispositifs thermoélectriques étudiés, à base de semiconducteurs, sont limités par leur faible densité de puissance, leur coût important et la présence de matériaux rares et toxiques. Des dispositifs alternatifs, basés sur des cellules thermo-électrochimiques liquides, ont récemment montré des résultats prometteurs, du fait de l’abondance de leurs matériaux et de leur faible empreinte écologique.

Mesure expérimentale du coefficient Seebeck Se de nanoparticules dissoutes dans un électrolyte : un flux de chaleur induit entre deux électrodes une tension thermoélectrique V proportionnelle à la différence de température ΔT appliquée. La valeur de V résulte de plusieurs mécanismes dans les systèmes fluides complexes : le potentiel d’oxydo-réduction dépendant de la température (Red-Ox) aux électrodes ; la thermo-diffusion des particules colloïdales chargées (générant un champ électrique interne, E_int, caractérisé par le coefficient Seebeck interne Se_int) ; et l’adsorption de particules à la surface des électrodes.

Le groupe SPHYNX du SPEC étudie deux types de cellules :

Le premier type de cellule repose sur le comportement de couples rédox dissous en solution (solvants organiques, liquides ioniques et leurs mélanges). Du fait de la dépendance du potentiel rédox avec la température, deux électrodes à des températures différentes induisent une tension proportionnelle au coefficient thermoélectrique (ou Seebeck) de l’électrolyte. La couche de solvatation qui entoure les molécules du couple rédox joue un rôle clé dans le coefficient Seebeck des ions métalliques.
Le deuxième système étudié est constitué de suspensions colloïdales telles que des ferrofluides. La présence de nanoparticules, particulièrement sensibles à une différence de température, fait varier le coefficient Seebeck (Se) du fait de leurs importantes charges électriques et entropies de transfert, et induit un champ électrique interne au liquide par thermodiffusion (ou effet Soret).

Dans ces fluides complexes, nous avons identifiés plusieurs interactions physico-chimiques et électrochimiques à l’origine des importants coefficients Seebeck mesurés.

Contact : Michel Beaughon (SPEC/SPHYNX).

Bienvenue à Konstantin Romanenko !

Konstantin Romanenko (NIMBE/LSDRM)

Après un doctorat en chimie physique (Académie des sciences de Russie) et en physicochimie (Université Pierre et Marie Curie, Paris VI) sur la RMN en 2006, Konstantin a développé son expertise dans plusieurs Universités de renommée internationale aux USA (Montana State, New York), au Canada (New Brunswick) et en Australie (Deakin, Sydney). Il a travaillé sur les applications de l’IRM et de la RMN à divers projets dans les domaines de la science des matériaux, du pétrole et du génie chimique.

Ces dernières années, ses principaux intérêts de recherche ont porté sur les systèmes électrochimiques et sur le diagnostic des cellules Li-ion commerciales. Il vient de rejoindre le LSDRM, où ses activités de recherche, toujours autour de la RMN, vont porter sur les matériaux pour batteries.