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24 oct.

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A la découverte des labos

"Nous avons adopté une approche durable: utiliser des matériaux que l'on trouve en abondance pour des applications performantes"

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Créé en 2007, le Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO) vient d’inaugurer son tout nouveau bâtiment. Les cinq équipes associées sont désormais regroupées pour une collaboration toujours plus étroite. Décryptage des travaux avec son directeur, Bruno Chaudret.

Bruno Chaudret

Bruno Chaudret

Le Laboratoire de physique et chimie des nano-objets est récent, puisque sa naissance date de 2007. Quelles sont les raisons de cette création ?
Nous nous sommes lancés dans cette aventure essentiellement pour deux raisons. D’abord parce qu’un groupe de chimistes du Laboratoire de chimie de coordination dont j’assurais l’animation travaillait avec un groupe de magnétisme du laboratoire de physique des solides de Toulouse. Comme notre collaboration était étroite, il est apparu judicieux de nous rapprocher davantage pour partager nos idées. Au même moment, le secteur de la physique de Toulouse vivait une restructuration. Nous avons saisi l’opportunité de lancer un nouveau laboratoire de recherche, dont font partie 80 membres, dont 35 permanents, répartis en cinq équipes.

Qui sont vos équipes?
C’est l’originalité de ce laboratoire que d’être composé d’équipes très différentes : trois équipes de physique / optoélectronique, magnétisme, nanotechnologie et deux équipes de chimie / chimie expérimentale et équipe de modélisation physique et chimique. Nous ne sommes pas un laboratoire interdisciplinaire mais multidisciplinaire, au sein duquel nous partageons un langage commun : un chimiste n’est pas un physicien, mais il dispose ainsi de bases lui permettant de comprendre les préoccupations de son collègue de physique. C’est de cette façon qu’on pratique de la « bonne » recherche.

Quelle est votre ambition ?
Notre ambition est triple : être à la fois dans la recherche et dans l’enseignement, dans la théorie et dans l’expérience, faire de la recherche la plus fondamentale et concevoir de vraies applications. C’est ce qui nous motive. Chacun dans nos métiers, nous développons une culture et un langage communs, malgré toutes nos disparités. Nous nous ouvrons aux langages et aux problématiques des autres pour réussir à développer des projets qui réunissent deux, trois voire quatre équipes. J’ajouterai que le LPCNO est une petite structure qui n’a pas vocation à être en compétition avec les grands laboratoires, ce qui nous permet de collaborer avec tout l’environnement.

Concrètement, quels sont vos travaux ?

Chaque équipe a sa propre dynamique, avec des recherches très fondamentales et des recherches très appliquées. Les physiciens d’optoélectronique s’intéressent par exemple à la valley tronic, soit l’étude des nouveaux semi-conducteurs. Ce sont des composés très prometteurs qui laissent envisager des applications inédites en photovoltaïque. Du côté de la recherche appliquée, cette même équipe travaille sur le maintien des fibres optiques dans l’internet à haut débit.

L’équipe dédiée au nanomagnétisme travaille sur le magnétisme des nanoparticules individuelles et l’étude des propriétés des nanoparticules fondamentales, le transport d’électrons entre les nanoparticules, l’utilisation de champs magnétiques pour chauffer les particules magnétiques par un phénomène d’hyperthermie. Il y a de multiples applications à ces techniques, comme le stockage de l’énergie électrique.

L’équipe de nanotechnologies travaille quant à elle sur l’influence de l’organisation des particules, qui a d’ailleurs conduit à la création de deux start-up. Elle a mis au point des jauges de contraintes, ultra sensibles, avec des applications dans le domaine des écrans tactiles ou de QR codes rendant les objets inviolables.

En chimie, l’équipe travaille sur les méthodes de synthèses de nouvelles nanoparticules très variées : des métaux nobles pour des applications en catalyse, les particules des semi-conducteurs pour leurs propriétés de luminescence,  les particules magnétiques dures pour faire des aimants permanents dédiés au stockage d’informations et des éléments magnétiques doux pour des applications microélectroniques, pour du chauffage magnétique et des applications de stockage chimique des énergies intermittentes.

Du côté modélisation physique et chimique, l’équipe s’intéresse au mécanisme de réaction catalytique, la chimie à la surface des nanoparticules.


Qu’est-ce que ces équipes ont en commun ?

Malgré la grande diversité des équipes, il y a des problématiques communes. Et toujours l’idée que c’est en faisant de la bonne recherche fondamentale que l’on trouvera de vraies applications.

Qu’est-ce qui vous motive, personnellement ?
Les nanoparticules sont de gros objets organométalliques ; comprendre leur chimie de la surface nous a permis de mettre au point des méthodes de synthèse d’objets parfaitement définies. Je commence à utiliser les propriétés physiques fondamentales des particules pour faire de la chimie, en particulier le magnétisme pour faire de nouveaux catalyseurs. Comparé au procédé actuel où on mélange le catalyseur avec un support, dans un réacteur, et où on chauffe l’ensemble, là, seul le catalyseur serait chauffé par une induction magnétique extérieure. Le principe est presque le même que celui de la plaque à induction mais à échelle nanométrique : transformer du CO2 en méthane avec un procédé nouveau, très efficace du point de vue énergétique.

Quelles pourraient être les applications ?

Ce principe peut être utilisé pour le stockage des énergies intermittentes. Aujourd’hui, la preuve de concept est effectuée. Nous sommes techniquement assez proches de la solution. Notre défi est de convaincre le monde industriel que le modèle économique pour ces applications est viable !

Quel est l’avantage de cette technologie ?
Transformation directe en gaz de ville, en fuel, … sans utiliser de batterie ! C’est plus simple d’utilisation, avec un cycle du carbone théoriquement neutre, puisqu’on transforme du CO2 en méthane et qu’on récupère du CO2 en fin de cycle, sans production de carbone.

C’est une solution idéale ?

Aucune solution n’est idéale. On ne réussira la transition énergétique qu’en explorant toutes les pistes. Il n’est pas question d’opposer les méthodes de stockage mais de développer en parallèle des méthodes de stockage chimique, de stockage électrique… qui seront utilisées dans des contextes différents. Il faut réfléchir à des solutions réellement durables.

Quelles sont les autres solutions durables sur lesquelles vous travaillez ?
Nous travaillons sur des objets non pas pour en créer de nouveaux mais pour contrôler leurs propriétés. Nous sommes lancés sur plusieurs pistes : travaux sur des matériaux peu onéreux et non toxiques pour développer le photovoltaïque, développement d’aimants permanents sans terres rares, ou encore utilisation de matériaux performants permettant de consommer moins d’énergie, par exemple des matériaux magnétiques doux en micro-électronique.

Diriez-vous que vous avez une approche de chimie verte ?
Je dirais plutôt que nous avons une approche de chimie durable, c’est-à-dire aller vers des matériaux que l’on trouve en abondance pour des applications performantes. Nous ne sommes pas dans les principes de la chimie verte de manière absolue, mais on s’en inspire. Nous avons une bonne marge de progression vers des particules « green » !
 
 
  • Pour en savoir plus
Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets (Unité mixte de recherche INSA / CNRS / Université Toulouse III – Paul Sabatier)
Lien vers la page de Bruno Chaudret sur le site de l’Académie des sciences


Dates
le 10 juillet 2015

Date de mise à jour 28 janvier 2016


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