Faits marquants scientifiques 2021

21 janvier 2021

Après le retraitement des combustibles nucléaires, le stockage des déchets radioactifs ultimes est une nécessité. L’étude du dispositif de stockage est activement menée par l’Andra dans le cadre de programmes de recherche ambitieux visant à déterminer l’évolution de chacun des matériaux choisis comme barrière successives à la migration des radionucléides : les matrices vitreuses où ils sont initialement piégés, les chemisages et surconteneurs métalliques en acier bas carbone, puis l’argilite du milieu argileux Callovo-oxfordien du site.

Le NIMBE/LAPA participe à ces programmes en étudiant des analogues archéologiques, sources uniques de données en retour d’expériences long terme, ainsi que des échantillons produits dans le cadre d’expérimentation de laboratoire. La poursuite en parallèle de ces deux voies d'études a permis au laboratoire d'acquérir de solides compétences, développées pour comprendre la phénoménologie des systèmes complexes étudiés, et par la mise en œuvre de techniques complémentaires multi-échelle (mm à nm).

Deux publications récentes de l'équipe LAPA [1,3], en collaboration avec d'autres laboratoires du CEA et du CNRS, présentent d’une part l’importance de la prise en compte de la formation d’une couche interfaciale nanostructurée de magnétite pour la corrosion des métaux ferreux en milieu silicate ; et d’autre part l’effet d’un coulis cimentaire bas pH injecté entre le chemisage et l’argilite dans le dispositif. La compréhension des mécanismes d’altération de ces systèmes est fondamentale pour cadrer la modélisation à des fins prédictives des phénomènes observés.

13 septembre 2021

Pour le stockage de l’énergie, les batteries lithium-oxygène (Li-O2) sont envisagées comme une alternative prometteuse aux batteries lithium-ion actuelles. Elles offrent en effet des énergies spécifiques théoriques bien plus élevées que les batteries actuelles (~ 3500 Wh/kg vs. 160 Wh/kg pour le Li-ion). Cette technologie pose cependant encore un certain nombre de défis, le plus important étant la perte rapide de performance après seulement quelques cycles de charge / décharge. Les verrous à lever pour développer cette technologie résident essentiellement dans la recherche de nouveaux matériaux d’électrode positive, souvent appelée "cathode à air".

Lors du fonctionnement de la batterie Li-O2, cette cathode à air est le siège de réactions électrochimiques avec la réduction de l’oxygène, lors de la décharge ou un dégagement d’oxygène lors de la charge. La cathode à air doit aussi être capable de stocker les produits formés lors de la décharge, comme le peroxyde de lithium Li2O2, insoluble dans l’électrolyte aprotique (sans ion H+) utilisé.

Parmi les matériaux de cathode à air envisagés, les solides poreux de type Metal-Organic Framework (MOFs) semblent de bons candidats. Les MOFs présentent en effet 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.

18 mai 2021

Les batteries d'accumulateurs rechargeables lithium-oxygène (Li-O2), ou lithium-air, sont des alternatives possibles aux batteries lithium-ion pour le stockage de l'énergie. Elles offrent en effet une énergie spécifique théoriquement élevée de l'ordre de ~ 3500 Wh kg-1, plus de dix fois supérieure à celle des accumulateurs Li-ion actuels. Les batteries Li-O2 sont cependant loin d'être matures et n'ont pas encore atteint leur plein potentiel de fonctionnement, du fait principalement de leur nombre de cycles de charge-décharge limité. De meilleures connaissances sur le fonctionnement de ce type de batteries sont ainsi nécessaires pour améliorer leurs performances.

Les études operando, où les données analytiques sont acquises sur une batterie en fonctionnement, sont essentielles pour obtenir une vision claire des mécanismes de réaction en jeu. C'est cependant un défi d'adapter ces techniques à une batterie de type métal-oxygène, puisqu'elle nécessite un apport continu en oxygène. Une équipe de l'IRAMIS a alors conçu une cellule avec un réservoir d'oxygène gazeux, permettant le fonctionnement d'une cellule Li-O2 à l'intérieur de l'aimant de résonance magnétique nucléaire (RMN) pendant l'acquisition de spectres. Les résultats permettent de détailler les mécanismes électrochimiques et de dégradation au sein d'une batterie Li-O2 opérationnelle.

10 juin 2021
Les équipes NIMBE/LIONS du CEA-Iramis et "Régulation transcriptionnelle des génomes" de CEA-Joliot/I2BC se sont associées pour développer et valider un système innovant d’automatisation de cultures de cellules. Basé sur la microfluidique, il permet de réaliser à grande échelle et avec un gain de temps considérable des expériences essentielles pour comprendre les mécanismes cellulaires mis en jeu lors d’événements de mutation de l’ADN.

 

12 mars 2021
Les imogolites sont des nanotubes d’aluminosilicate à forte courbure interne, dont l'architecture en fil nanométrique se prête à de multiples possibilités de fonctionnalisations chimiques. Par une série d'expériences de radiolyse pulsée, il est montré que la génération et la séparation de charge spontanée induite par la courbure dans ces nanotubes inorganiques en fait des photocatalyseurs aux propriétés intéressantes, et potentiellement utilisables pour le traitement de polluants ou la production d'hydrogène.

 

26 janvier 2021

La "corona" désigne l'enveloppe de protéines qui entoure spontanément toute nanoparticule plongée dans un milieu biologique. Elle joue un rôle important dans les mécanismes couramment en jeu en nanomédecine et nanotoxicologie. En étudiant un système modèle de nanoparticules de silice plongées dans une solution d'hémopotéines, il vient d'être montré que les mécanismes d'assemblage de cette corona est fonction de la taille des protéines, ce qui montre la nécessité d'intégrer ce facteur dans les études protéomiques et toxicologiques.

 

18 mai 2021

Les batteries d'accumulateurs rechargeables lithium-oxygène (Li-O2), ou lithium-air, sont des alternatives possibles aux batteries lithium-ion pour le stockage de l'énergie. Elles offrent en effet une énergie spécifique théoriquement élevée de l'ordre de ~ 3500 Wh kg-1, plus de dix fois supérieure à celle des accumulateurs Li-ion actuels. Les batteries Li-O2 sont cependant loin d'être matures et n'ont pas encore atteint leur plein potentiel de fonctionnement, du fait principalement de leur nombre de cycles de charge-décharge limité. De meilleures connaissances sur le fonctionnement de ce type de batteries sont ainsi nécessaires pour améliorer leurs performances.

Les études operando, où les données analytiques sont acquises sur une batterie en fonctionnement, sont essentielles pour obtenir une vision claire des mécanismes de réaction en jeu. C'est cependant un défi d'adapter ces techniques à une batterie de type métal-oxygène, puisqu'elle nécessite un apport continu en oxygène. Une équipe de l'IRAMIS a alors conçu une cellule avec un réservoir d'oxygène gazeux, permettant le fonctionnement d'une cellule Li-O2 à l'intérieur de l'aimant de résonance magnétique nucléaire (RMN) pendant l'acquisition de spectres. Les résultats permettent de détailler les mécanismes électrochimiques et de dégradation au sein d'une batterie Li-O2 opérationnelle.

 

 

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