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Nano-ingénierie

par webmaster - publié le

Action coordonnée « Nano-ingénierie »


Rédactrices : E. Deleporte, S. Benrezzak

Cette action s’articule autour de problématiques scientifiques et techniques, concernant la matière diluée, molle et condensée.
Les équipes du LAC travaillent sur des systèmes constitués d’atomes, de molécules, de matériaux, et de combinaisons de toutes ces entités élémentaires. Etant donné la taille des entités, les assemblages sont nécessairement effectués à l’échelle nanométrique. Le nano-assemblage permet à toutes ces équipes de façonner à volonté leurs systèmes, pour s’adapter à de nouveaux défis expérimentaux ou aux évolutions d’un contexte fondamental ou applicatif. Ainsi, le nano-assemblage consiste à ajouter une fonction, optimiser une fonction, combiner des fonctions pour en créer une nouvelle. Il permet de combiner des propriétés physiques au sein même du système ou de la matière, de déclencher des propriétés par des sollicitations extérieures chimiques, biologiques, électriques, lumineuses......), ou encore de mesurer des propriétés.
Les problématiques scientifiques liées à ces études vont de l’élaboration de nanomatériaux innovants à leur utilisation pour des études sur les modes lasers très focalisés, en passant par des travaux sur l’interaction entre les différentes entités élémentaires. Une animation permettant de coordonner, au sein du Laboratoire Aimé Cotton, les actions tournées vers ces problématiques scientifiques paraît donc être nécessaire. Cette action coordonnée pourra également servir de lien vers les laboratoires du CPMR travaillant sur des thématiques connexes.
D’autre part, les travaux à l’échelle nanométrique nécessitent des équipements communs adaptés. Une des tâches de cette action sera donc de coordonner le développement des capacités expérimentales dans le domaine de la nano-ingénierie. Des détails seront donnés dans la suite du document, mais on peut d’ores et déjà identifier des besoins communs en chimie des matériaux, en caractérisation structurale et en spectroscopie optique.
• Problématiques scientifiques
Des problématiques liées à la nano-ingénierie ont d’ores et déjà été identifiées au sein du laboratoire Aimé Cotton. L’action coordonnée servira à mettre en commun les connaissances scientifiques et techniques des différentes équipes impliquées, mais également à aider au développement de nouvelles thématiques communes.
Cinq problématiques ont été identifiées :
• L’élaboration de nano-matériaux innovants : Les équipes du LAC maîtrisent la fabrication d’agrégats et nanoparticules en phase gazeuse. Le dépôt d’agrégats préformés en phase vapeur permet de proposer une approche alternative pour l’élaboration de nanomatériaux innovants ainsi que pour la fonctionnalisation et/ou la caractérisation de surface. De nombreux travaux ont été menés ou seront menés sur la matière carbonée, notamment HOPG, graphène et nanotubes. Le LAC développe également la synthèse de nanoparticules de diamants fluorescentes.
• La fonctionnalisation des nano-matériaux : Comme son nom l’indique, la fonctionnalisation consiste à ajouter une nouvelle fonction à un matériau. Cette nouvelle fonction est généralement obtenue lui en adjoignant une molécule fonctionnelle. Par exemple, dans le contexte du photovoltaïque, une molécule absorbant fortement la lumière visible peut être collée à la surface d’un nanotube de carbone. Un autre exemple, pour des applications en biologie, est la fonctionnalisation des nanoparticules pour faciliter leur internalisation dans des cellules.
• Etude des propriétés d’émission de lumière : Il s’agit ici d’étudier les propriétés d’émission de lumière de nanoobjets en faisant notamment le lien avec leurs caractéristiques structurales. Par exemple, il semble que les nanomatériaux obtenus par la synthèse bottom-up, à partir de la matière diluée, aient des propriétés optiques et notamment de fluorescence très prometteuses. Des études sont également menées sur l’émission de lumière des nanotubes de carbone, des nanodiamants ou encore des puits quantiques moléculaires.
• Interaction entre éléments élémentaires : Concernant les agrégats et nanoparticules fabriquées en phase gazeuse, l’équipe AGNANO s’intéresse à leur stabilité, réactivité et thermodynamique. L’équipe NANOPHOT étudie des phénomènes de transfert d’énergie entre des molécules et des structures plasmoniques ou encore des nanotubes de carbone, et entre la barrière et le puits d’une structure de puits quantiques moléculaires de pérovskites.
• Utilisation des nano-matériaux : Il s’agit ici d’utiliser les nano-matériaux pour d’autres études. On peut par exemple utiliser leurs propriétés d’émission de lumière pour des études d’optique quantique, de magnétométrie ou pour des applications en bio-imagerie. On peut utiliser leur taille pour l’étude de modes lasers très focalisés et la maîtrise des modes au niveau submicronique.
L’animation scientifique de l’action coordonnée reste encore à définir. Dans un premier temps, un séminaire interne sera mis en place de manière à exposer un problème scientifique permettant ainsi l’apport des différentes équipes impliquées dans l’action pour la résolution du problème. L’objectif est également que l’enrichissement mutuel né de ces discussions scientifiques fasse naître de nouvelles problématiques scientifiques. L’action coordonnée pourra également servir à coordonner une veille bibliographique dans ces domaines où la production scientifique mondiale ne cesse de croître. Enfin, cette action permettra également la mise en commun du tissu de collaborations nouées par chaque équipe dans plusieurs domaines scientifiques : chimie, biologie, mécanique, microfluidique... L’animation scientifique de l’action coordonnée sera amenée à évoluer de manière à la rendre la plus efficace possible.

• Problématiques techniques :
Dans le domaine des nano-matériaux, il est crucial d’avoir les moyens de mettre en œuvre rapidement des assemblages originaux, car l’objectif scientifique dépend de la qualité et de la maîtrise de cet assemblage : avoir une politique cohérente de nano-ingénierie au niveau du laboratoire, articulée avec une politique plus générale de mise en commun d’équipements et de savoir-faire dans l’environnement du CPMR relève donc d’un souci d’efficacité. De ce point de vue, la position du LAC envers ses voisins sur le Plateau de Saclay est particulièrement favorable : notamment, les équipes du LPS et du futur C2N seront des collaborateurs de choix, à la fois sur le plan scientifique et sur le plan technique. A l’heure actuelle, les équipes du LAC ont déjà de nombreuses collaborations avec la Centrale de Technologie Universitaire de l’IEF, le LPN, le LPS, où se trouvent des outils indispensables de caractérisations optiques et électroniques ainsi que des outils de fabrication, pour des études ponctuelles ou des études régulières mais peu fréquentes. La proximité géographique aidant, ces collaborations vont se renforcer et s’étendre vers de nouveaux partenaires tels que l’ISMO ou le FAST.
Les problématiques techniques se déclinent en équipements mais aussi en savoir-faire (les « recettes »). Elles sont liées principalement à la fonctionnalisation chimique et à la mise en forme des nanomatériaux, ainsi qu’à la caractérisation des nano-assemblages réalisés. Une salle de chimie correctement équipée pour des synthèses et dépôts de nanomatériaux est indispensable. L’apport de la chimie à la nano-ingéniérie étant prépondérant dans le nano-assemblage, il est en effet nécessaire qu’un certain nombre d’étapes, de la synthèse à la caractérisation de base, puissent être réalisées dans nos murs afin de conserver la maîtrise d’oeuvre des nanostructures, de garantir de la souplesse dans la définition des protocoles et surtout de minimiser les temps de réalisation. La chimie étant aussi une affaire de savoir-faire, le recrutement d’un ingénieur d’étude chimiste est un point crucial pour le laboratoire. Il sera chargé entre autre de veiller sur les équipements, la sécurité des personnels, mais également d’apporter un soutien technique capital pour le développement de ces activités au LAC.
D’autre part, le LAC disposera à la fin des travaux prévus cette année d’une aile Nano Biolac avec une salle L2, des salles de préparations d’échantillons biologiques, de salles de microscopies confocaux dédiés à des études in vivo sur l’étude in vivo de cerveau de drosophiles. Elle dispose déjà de salles blanches dédiées à des expérimentations spécifiques.
L’action nano-ingénierie sera chargée de recenser les capacités expérimentales existantes mais également de coordonner leur développement en identifiant notamment les besoins en équipement commun.
Enfin, cette action coordonnée peut également être le lieu d’une capitalisation de l’expérience et d’une mutualisation des bonnes pratiques en matière de sécurité et de prévention. Une note concernant la prévention des risques dans les unités de recherche mettant en œuvre des nanomatériaux, qui a fait l’objet d’une présentation au CCHSCT lors de sa séance du 13 février 2013, propose des conseils pratiques pour la prévention des risques de l’utilisation des nanomatériaux qui ont été identifiés. Le CNRS doit d’ailleurs recenser annuellement tous les nanomatériaux utilisés dans tous les laboratoires et dans quelles conditions. Cet axe simplifiera grandement cette action en disposant d’un état des lieux des nanomatériaux utilisés et dans quelles conditions au sein du LAC et permettra d’être vigilant à la sécurité des utilisateurs et des membres du LAC en générale.