Introduction aux nanomatériaux

Objectifs

Ce cours privilégie les aspects applicatifs et présente largement les avancées spectaculaires dont les nanomatériaux sont (et seront) à l’origine dans la sphère industrielle, et donc dans notre vie de tous les jours. Au-delà des effets de mode, l'accent sera mis sur l'exploitation de phénomènes physiques spécifiques à l'échelle ""nano"" dans des applications concernant pratiquement toutes les filières industrielles. On abordera l'élaboration des nanomatériaux, leur caractérisation, la modélisation de leurs propriétés et l’on présentera les applications les plus remarquables. Toutefois la révolution ""nano"" s'accompagne d'inquiétudes sociétales, alimentées par la difficulté même de définir les nanomatériaux et les controverses concernant leur toxicité, qui seront également traitées dans ce cours. A la fin de la formation les participants auront acquis des connaissances sur:
•     La diversité des nanomatériaux (de 0D à 3D) en termes de nature de matériaux, dimensions, morphologies, architectures.
•     Les propriétés spécifiques (optiques, magnétiques, électriques, thermiques, mécaniques...) à l'échelle nano pour divers types de matériaux.
•     Les méthodes d'élaboration (voies chimiques ou voies physiques) appropriées pour produire différents types de nanomatériaux.
•     La façon d'exploiter les effets bénéfiques de l'échelle nano dans des produits innovants.
•     Les problèmes spécifiques à l'exploitation des nanomatériaux, aussi bien techniques que liés à la sécurité.

Evaluation

TP du jeudi + rapport bibliographique en binôme à rendre 4 semaines après le cours.

Programme

Programme prévisionnel (susceptible de réorganisation/aménagements).

Lundi 7 mars: journée d'introduction
Matin: présentation générale des nouvelles propriétés physiques des matériaux à l'échelle nanométrique et des applications qui cherchent à les exploiter.
Après-midi: méthodes d'élaboration et de caractérisation des nanomatériaux.

Mardi 8 mars:
Matin: élaboration et intérêt des nanocomposites
Après-midi: inspiration biomimétique

Mercredi 9 mars:
Matin: apport des nanomatériaux dans les batteries ; tenue au feu des composites nanochargés.
Après-midi: apport des nanomatériaux pour les piles à combustible et la production d'hydrogène; matériaux nanoporeux pour l'isolation thermique.

Jeudi 10 mars:
Matin: nanodispositifs à base de graphène en métrologie électrique quantique; spintronique
Après-midi: travaux pratiques sur la modélisation de propriétés physiques de nanocomposites

Vendredi 11 mars:
Matin: nanomédecine
Après-midi: nanotoxicité et enjeux sociétaux.

Pré-requis

Les connaissances nécessaires en physique et chimie pour suivre le cours sont basiques, les étudiants sont juste invités à rafraîchir leur mémoire sur les bases de la physique du solide avant d'aborder la journée du jeudi, et sur la biologie (notamment les cellules) avant d'aborder la journée du vendredi.

Equipe enseignante

Responsable : HOCHEPIED Jean-Francois

Marie-Hélène Berger (Mines ParisTech); Edit Peuvrel-Disdier (Mines ParisTech); Alain Burr (Mines ParisTech); José-Marie Lopez Cuesta (IMT Mines Alès); Arnaud Rigacci (Mines ParisTech); Christian Beauger (Mines ParisTech); Nicolas Feltin (LNE); Félicien Schopfer (LNE); François Willot (Mines ParisTech); Jérémie Pourchez (Mines Saint-Etienne); Vincent Cros (CNRS/Thalès)