Malgré ses nombreux effets positifs, la production de panneaux photovoltaïques est confrontée à la menace d'une croissance durable en termes de matières premières, d'énergie et d'environnement. L'industrie photovoltaïque est très dépendante des matières premières essentielles et cette dépendance s'aggrave à mesure que la production et la consommation de panneaux solaires augmentent considérablement.

L'objectif principal de ce projet est de développer la prochaine génération de couches conductrices transparentes/non-transparentes basées sur des matières premières non critiques. Ces couches seront utilisées comme contact, interconnexions dans des panneaux solaires innovants. Le principe directeur de ce projet est de construire une ligne conductrice compétitive de haute qualité et à faible coût pour remplacer les contacts en argent. Grâce à ses propriétés exceptionnelles, le graphène pourrait jouer un rôle essentiel dans le remplacement des matériaux critiques et l'amélioration de la conductivité électrique. Ce projet de doctorat sera consacré au développement d'encres au graphène conductrices à basse et haute température. Ces encres seront conçues pour la sérigraphie, le jet d'encre ou toute autre technique d'impression à faible coût permettant d'imprimer des contacts et des interconnexions. i) Les propriétés des encres en termes de composition et de viscosité seront ajustées. ii) Le comportement de l'encre conductrice imprimée sera étudié après exposition à différentes contraintes (mécanique, température, humidité, électrique, lumière, oxygène....). iii) Enfin, l'accent sera mis sur la caractérisation de la conductivité en fonction de la morphologie de l'électrode (épaisseur, porosité, ...) et de la résistance mécanique. L'objectif global est d'optimiser la conductivité, la résistance mécanique et la durabilité et d'incorporer ces avancées dans des cellules solaires pérovskites

La glycomique consiste à identifier les oligosaccharides (OS) présents dans un fluide biologique en tant que source de biomarqueurs en vue de diagnostiquer diverses pathologies (cancers, maladie d’Alzheimer, etc.). Pour étudier ces OS, la préparation d’échantillon comporte 2 phases clés, le clivage enzymatique (coupure de la liaison entre les OS et les protéines) suivi d’une purification et extraction (séparation des OS et des protéines). Cependant, les matériaux actuellement utilisés dans les protocoles imposent de nombreuses étapes manuelles et chronophages, incompatibles avec une analyse à haut débit.

Dans ce contexte, le LEDNA, laboratoire spécialisée dans le domaine des matériaux a récemment développé un procédé sol-gel de fabrication de Monolithes à Porosité Hiérarchisée (HPMs) dans des dispositifs miniaturisés. Ces matériaux ont permis d’obtenir une preuve de concept démontrant leur intérêt pour la seconde étape de l’analyse glycomique, i.e. la purification et l’extraction des oligosaccharides. Le LEDNA souhaite désormais améliorer la première étape correspondant à la coupure enzymatique devenue limitante dans le processus d’analyse glycomique. La fonctionnalisation de matériaux poreux, notamment d’HPMs avec de l’enzyme rendrait ainsi possible une préparation d’échantillon simple en à peine quelques heures avec une unique étape.

L’objectif de cette thèse est donc de montrer que l’utilisation de matériaux poreux présentant une fonction double, catalytique et de filtration, appliqués à la préparation d’échantillons pour l’analyse glycomique constitue un moyen pertinent pour simplifier et accélérer l’analyse glycomique, ainsi que de les employer dans des études en lien avec le milieu hospitalier afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs de pathologies.

Le projet de recherche consistera à élaborer un dispositif intégrant des matériaux poreux présentant une fonction catalytique et de filtration. Pour ce faire, plusieurs aspects seront traités, allant de la synthèse et de la mise en forme de ces matériaux jusqu’à leur caractérisation de leurs propriétés texturales et physico-chimique. Un travail important sera porté sur l’immobilisation de l’enzyme. Le(s) prototype(s) les plus prometteurs seront évaluées dans un protocole d’analyse glycomique en vérifiant l’obtention de profils oligosaccharidiques de biofluides humain (plasma, lait). Les caractérisations physico-chimiques seront l’occasion de pratiquer des techniques variées (MEB, MET, etc.) ou encore la caractérisation des paramètres de porosité (adsorption d’azote, porosimètre Hg). 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 sera effectuée dans deux laboratoires, le LEDNA pour la partie matériaux et le LI-MS pour l’utilisation des matériaux en analyse glycomique. L’activité de recherche sera menée dans le centre de recherche de Saclay (91).

Ce projet de thèse vise à exfolier de nouvelles architectures nanostructurées à bases de phases inorganiques bidimensionnelles. Ces nanostructures seront conçues pour des dispositifs de filtration et testées sur notre plateforme microfluidique. L'application visée est la purification de l'eau et la séparation sélectives des ions métalliques. Le doctorant interagira avec des chimistes, des physiciens et des électrochimistes dans un véritable environnement pluridisciplinaire, sur un sujet de recherche fondamentale directement connecté à des besoins applicatifs. Ainsi, lors de sa thèse l’étudiant sera exposé à un environnement pluridisciplinaire et amené à réaliser des expériences dans des domaines variés tels que la chimie inorganique, la physico-chimie, la micro/nano-fabrication et les méthodes de nano-caractérisation. Dans ce contexte, ce projet devrait potentiellement aboutir à des retombées sociétales significatives.

Pour la réalisation de ces dernières, il aura accès à une gamme très large et variée d’équipements allant du microscope optique au synchrotron de dernière génération (ESRF), en passant par les microscopes à effet de champs ou électroniques et les galvanostats.

Cette thèse est donc une excellente opportunité de croissance professionnelle tant d’un point de vue de vos connaissances, que de vos savoir-faire.

La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une robuste technique d'analyse, non invasive. Elle apporte de précieuses informations sur les réactions chimiques, qui sont ainsi mieux caractérisées et donc optimisées. Cependant la RMN est peu sensible, et les solutés peu concentrés, comme des intermédiaires de réaction, peuvent être inobservables par RMN classique. Une des méthodes connues pour augmenter drastiquement mais temporairement la sensibilité de la RMN consiste à créer un état d'hyperpolarisation dans le système de spins nucléaires, c'est-à-dire une polarisation bien supérieure à celle accessible avec les champs magnétiques dont on dispose. Une méthode d'hyperpolarisation emploie les propriétés particulières du parahydrogène. Elle nécessite l'emploi d'un catalyseur visant à ajouter le parahydrogène sur une liaison multiple ou un métal.

Le sujet de thèse consiste à investiguer l'apport conjoint de (i) l'hyperpolarisation à base de parahydrogène [1], (ii) un greffage du catalyseur adéquat sur des nanoparticules [2], et (iii) un mode d’analyse en continu [3] pour détecter et identifier des intermédiaires de réaction, des thématiques pour lesquels le laboratoire a acquis de l'expérience. Ce sujet implique un fort investissement en instrumentation, mais aussi des compétences en chimie de synthèse et en RMN.

La thèse se déroulera au sein du NIMBE, une unité mixte CEA/CNRS du CEA Saclay. La RMN hyperpolarisée et la synthèse auront lieu sous la responsabilité respective de de Gaspard HUBER, du LSDRM, et de Stéphane CAMPIDELLI, du LICSEN. Ces deux laboratoires du NIMBE sont situés dans des bâtiment très proches.

Reférences :
[1] Barskiy et al, Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 2019, 33, 114-115,.
[2] Hijazi et al., Org. Biomol. Chem., 2018, 16, 6767-6772.
[3] Carret et al., Anal. Chem. 2018, 90, 11169-11173.

Depuis sa découverte qui a valu le Prix Nobel de Physique à A. Geim et K. Novoselov en 2010, le graphène a provoqué l’engouement de la communauté scientifique. À cause de ces propriétés électroniques, le graphène est vu comme un matériau de choix pour de très nombreuses applications : électronique/optoélectronique rapide et flexible, électrode ou matériau actif dans le domaine des énergies renouvelables (photovoltaïque, piles à combustible, supercondensateurs).

Pour de nombreuses applications, il convient d’être capable de modifier et de contrôler les propriétés électroniques du graphène. Ceci peut être réalisé grâce à l’apport de la chimie organique. Dans ce sujet, nous proposons de synthétiser des motifs graphéniques en particulier des nanoparticules de graphène et d’étudier leurs propriétés d’absorption et d’émission dans l’IR. Nous nous attacherons particulièrement à rendre ces matériaux solubles dans l'eau afin de tester leurs propriétés en milieu biologique. Ce projet sera développé en collaboration avec des physiciens, le/la candidat(e) devra donc avoir un gout prononcé pour le travail pluridisciplinaire.

Avec la décarbonation progressive de notre économie, seules quelques sources ponctuelles d'émission de CO2, comme les cimenteries, subsisteront. Cependant, notre dépendance à long terme à des produits carbonés, tels que les carburants pour l'aviation, le transport lourd, ainsi que divers produits chimiques et polymères, persistera. Pour produire ces molécules essentielles, il sera crucial de capturer le carbone sous forme de CO2dilué présent dans l'atmosphère et de le transformer en molécules utiles.

Actuellement, les technologies de captage direct du CO2 dans l'air (DAC) se développent séparément de celles de conversion du CO2, bien que leur intégration pourrait offrir des économies d'énergie significatives, notamment en évitant l'étape énergivore de désorption thermique. Le défi scientifique majeur réside dans l'élaboration de méthodes innovantes de conversion du CO2 capables de fonctionner avec des concentrations extrêmement faibles de CO2 et/ou de transformer le CO2 directement dans son milieu de captage ; par exemple sous des formes peu réactives telles que les carbonates ou les carbamates. Ce projet ambitionne de développer des catalyseurs moléculaires capables de convertir le CO2 dans des environnements très dilués, produisant ainsi des molécules et des carburants durables.

Les cellules solaires à pérovskite sont devenues une technologie prometteuse du fait de l’augmentation rapide des efficacités pour atteindre 25.5% en 2020, proche de la limite théorique de Shockley-Queisser de 30%. Les cellules tandem offrent une alternative pour aller au-delà mais la stabilité demeure un point de blocage.

Dans ce projet, nous nous appuierons sur nos expertises complémentaires en synthèse de matériaux moléculaire et macromoléculaire, en contrôle de la morphologie de films en couche mince et en assemblage de dispositifs photovoltaïques pour améliorer la stabilité de cellules pérovskites inverses. De nouveaux semi-conducteurs de type n sans fullerène seront préparées, pour développer des couches transportrices d’électrons (CTE) aux mobilités élevées. Ces CTEs seront stabilisés au moyen de groupes réticulables. L’efficacité et la stabilité de cellules solaires pérovskites inverses en configuration tandem incorporant ces CTEs seront évaluées.

Depuis les années 1950, le recours aux plastiques pétrosourcés a créé un monde moderne consumériste basé sur l’utilisation de produits jetables. La production mondiale de déchets plastiques est donc considérable et a presque doublé en seulement 20 ans, atteignant aujourd’hui les 350 millions de tonnes par an. Ces déchets plastiques, non biodégradables, engendrent de nombreuses pollutions environnementales (perturbations de la faune et de la flore, pollutions des eaux et des sols, etc.).. A peine 9% de ces déchets ont été recyclés, le reste étant brulé ou stocké en décharges. Les problèmes sanitaires, climatiques et sociétaux inhérents à cette économie linéaire imposent de créer une circularité de ces matières en développant des voies de recyclages efficaces et robustes. Alors que les voies actuelles de recyclage reposent en majorité sur des procédés mécaniques et se restreignent à des gisements particuliers de déchets (e.g. les bouteilles d’eau plastiques), le développement de méthodes chimiques de recyclage semble prometteur pour traiter des déchets dont les filières de recyclage sont inexistantes. De tels procédés chimiques permettent de récupérer la matière carbonée des plastiques pour en régénérer de nouveaux.
Dans cet objectif de circularité de la matière, le projet doctoral proposé vise à développer de nouvelles voies de recyclage chimique de déchets plastiques mixtes oxygénés/azotés tels que les polyuréthanes (mousses d’isolement, matelas, etc.) et les polyamides (fibres textiles, boîtiers disjoncteurs, etc.), dont les filières de recyclage sont quasi inexistantes. Ce projet repose
sur une stratégie de dépolymérisation de ces plastiques, par coupures sélectives des liaisons carbone-oxygène et/ou carbone-azote, pour former les monomères ou leurs dérivés correspondants. Pour ce faire, des systèmes catalytiques mettant en jeu des catalyseurs métalliques couplés à des réducteurs abondants et peu coûteux, comme les alcools et l’acide formique seront développés. L’utilisation du dihydrogène, réducteur industriel, sera également considérée. Dans le but d’optimiser ces systèmes catalytiques, nous chercherons à comprendre leur mode de fonctionnement et les mécanismes impliqués.