Synthèse de nanomatériaux (géomatériaux) (F. Martin, C. Le Roux, P. Micoud, P. de Parseval)
Cette thématique s’inscrit dans la continuité des travaux initiés depuis plus de 15 ans au sein de l’ancienne Équipe de Recherche Technologique « Géomatériaux ». Le but visé concerne l’élaboration de matériaux composites ou hybrides pluri-fonctionnels originaux, incluant des géomatériaux comme charges minérales ou comme support, capables de fortement faire varier leurs caractéristiques techniques et de conférer de nouvelles propriétés et/ou fonctionnalités à ces matériaux composites ou hybrides.
La base principale de nos travaux est le développement de phyllominéraux (minéraux en feuillets) synthétiques dont la taille submicronique à nanométrique permet d’améliorer les propriétés des matériaux composites. Nos travaux sont en particulier focalisés sur le talc synthétique, mais aussi le mica et la kaolinite synthétiques. Ils sont complémentaires de leurs homologues naturels, pour lesquels les possibilités de diminution de taille sont limitées. Il est aussi possible de jouer sur la chimie des minéraux synthétiques (par exemple remplacer le magnésium par d’autres cations comme le nickel ou le cobalt), là où celle des minéraux naturels est fixée par la nature. La taille de ces minéraux synthétiques leur permet également de servir de support pour le développement de matériaux hybrides, notamment en offrant une grande quantité de sites réactifs en surface pour permettre des fonctionnalisations par des groupements organiques. Ainsi, il est par exemple possible de rendre ces minéraux synthétiques fluorescents.
Image: Talc synthétique vu au MEB-FEG
Cette recherche appliquée est couplée à une recherche fondamentale. Les études réalisées lors des thèses menées dans l’équipe ont portées notamment sur la structure et la caractérisation physico-chimique de ces minéraux synthétiques. Leurs évolutions en fonction des paramètres de synthèse (P, T, durée, …) permettent de comprendre les processus qui entrent en jeu lors de la synthèse minérale. Les résultats obtenus montrent en particulier des différences dans les mécanismes de croissance selon l’état de l’eau (le milieu réactionnel), le passage en état supercritique apportant des variations notables. Cet état supercritique permet alors d’augmenter la cristallinité et ainsi de diminuer fortement les durées de synthèse, débouchant alors vers une industrialisation possible des procédés.
Plus de 100 brevets ont été déposés (regroupés en 22 familles) autour de ces travaux. Ils concernent les phyllominéraux synthétisés, les procédés de synthèse, mais aussi les matériaux composites et hybrides. Ils intéressent en particulier des industriels, pour la production mais aussi pour les applications (voir Partie Valorisation).
Image: Préparation d’un précurseur de talc synthétique au nickel
Projets en cours :
Après avoir testé l’incorporation de ces charges minérales dans les polyuréthanes (voir publications), l’utilisation de ces phyllominéraux comme support de capture de CO2 est étudiée en collaboration avec l’Université pontificale catholique de Rio Grande do Sul (PUCRS, Porto Alegre, Brésil – cofinancement Petrobras). Nous travaillons également sur les synthèses poly-minérales, qui pourraient par exemple mener à la reproduction de sols latéritiques (complexité minéralogique et géochimique). En parallèle, un développement est réalisé en vue de trouver des supports de catalyse de réactions nucléaires à basse énergie (financement européen). Enfin, une étude est également menée actuellement en collaboration avec le laboratoire SPCMIB (UMR 5068) sur l’utilisation de ces phyllominéraux comme support de catalyse photochimique (financement CNRS).