De la physicochimie des matériaux aux applications industrielles
Le département Interfaces réunit physico-chimistes et spécialistes des capteurs, experts en réactivité des interfaces solide/gaz, solide/liquide, et solide/solide. Les recherches portent sur l’adsorption, le transport, l’électrochimie, ainsi que les mécanismes de dissolution, de nucléation/croissance, et de solidification.
L’étude des interfaces combine expériences et simulations à toutes les échelles. Les techniques employées incluent l’adsorption, la spectroscopie (IR, rayons X), la calorimétrie, la rhéométrie, l’analyse chimique, et des méthodes locales telles que l’analyse de surface (XPS, AES, SIMS), la spectroscopie micro-Raman, et l’imagerie (AFM, SEM, TEM, STM). Les simulations utilisent diverses approches (ab-initio, dynamique moléculaire, Monte Carlo, FEM) pour des études multi-échelles.
Les applications concernent la gestion des déchets, les revêtements, les ciments, la corrosion, la synthèse de nanomatériaux, ainsi que les capteurs microondes. Les axes de recherche incluent l’adsorption et les matériaux microporeux, la réactivité des matériaux cimentaires et colloïdaux, l’électrochimie appliquée à la corrosion et aux microsystèmes, les applications micro-ondes pour les nanomatériaux et les capteurs, ainsi que les films (ultra)minces d’oxydes métalliques.
Le département possède également un Centre d’Analyse Chimique (CAC) offrant un éventail de services analytiques aux communautés scientifique et industrielle.
Thématiques de recherche
Adsorption et Matériaux Microporeux
Les activités de recherche de l’équipe ASP (Adsorption sur Solides Poreux) s’articulent autour de l’élaboration des solides poreux et de l’étude des phénomènes à l’interface gaz/solide ou liquide/solide afin de comprendre les mécanismes physico-chimiques à l’échelle moléculaire. Actuellement trois axes de recherche peuvent être distingués :
1) Réactivité des différents types de solides poreux (zéolithes, MOFs, silices …) en phase gazeuse ou liquide.
– Compétences : mesure des isothermes et isobares d’adsorption en conditions statiques ; détermination des paramètres diffusionnels en conditions dynamiques (courbes de percée) ; mesures de co-adsorption en modes statique et dynamique.
– Applications : adsorption et séparation des gaz (y compris dans les conditions cryogéniques à < 77,4 K) ; dépollution en phase gazeuse ou liquide ; captage des COV.
2) Synthèse, caractérisation et contrôle de la chimie de surface des matériaux mésoporeux et microporeux.
– Compétences : formulation de nanoparticules micro- et mésoporeuses ; modification de la surface par co-condensation ou post-greffage ; caractérisation des propriétés colloïdales des nanoparticules.
– Applications : nanoparticules pour la théranostique (thérapie + diagnostic) ; silices mésoporeuses modifiées pour la séparation ou la dépollution.
3) Modélisation moléculaire pour la compréhension des processus d’adsorption, d’interaction de petites molécules avec la glace, de formation clathrates et solides poreux, de solubilisation.
– Compétences : méthode Monte-Carlo (GCMC) ; dynamique moléculaire ; DFT ; approches à l’équilibre et en dehors de l’équilibre ; thermodynamique statistique ; nanothermodynamique ; intégrales de Kirkwood-Buff ; thermodynamique irréversible ; application de l’adsorption dans le contexte astrochimique.
– Applications : séparation des isotopes d’hydrogène par adsorption sur solides poreux ; description thermodynamique de la formation des clathrates ; prédiction ab initio des équilibres liquide/vapeur (y compris dans les conditions cryogéniques).
Contact
Igor.Bezverkhy@u-bourgogne.fr
Tél. +33 3 80 39 60 38
Études et Recherches sur les Microondes (GERM)
Les recherches menées se concentrent sur la maîtrise des microondes pour développer des outils de métrologie, des applicateurs haute puissance et des procédés innovants d’élaboration de matériaux et nanomatériaux. Ses objectifs principaux sont :
– Concevoir des réacteurs microondes performants pour des procédés écoresponsables, réduisant les étapes coûteuses en énergie et en déchets.
– Développer des capteurs et imageurs microondes originaux, pour des applications variées comme la détection de polluants ou la compatibilité électromagnétique.
Contact
Didier.Stuerga@u-bourgogne.fr
Tél. +33 3 80 39 61 82
Surfaces et Interfaces d’Oxydes Métalliques
Cette thématique se décompose en 4 thèmes :
– Films minces nanostructurés : Synthèse innovante de films TiO₂ hautement poreux via gabarits de polystyrène éliminés par calcination, donnant des structures d’opale inverse. Incorporation de nanoparticules (Au, Au-Pd) pour créer des nanocomposites amplifiant les performances photocatalytiques grâce aux effets plasmoniques.
– Micro-capteurs Janus : Développement de capteurs basés sur des couches sensibles à deux oxydes métalliques en collaboration avec FEMTO-ST.
– Photocatalyse avancée : Étude des mécanismes d’oxydoréduction à l’échelle atomique grâce à des surfaces modèles et des calculs DFT, avec deux axes principaux :
1. Matériaux hybrides multicouches pour un transfert de charge optimisé.
2. Hétérojonctions épitaxiées oxyde/oxyde pour synergies et durabilité.
– Caractérisation et simulation : Analyse approfondie par microscopies, spectroscopies (Raman, photoémission), tomographie électronique et couplages innovants (électrochimie/spectroscopie, DFT).
Contact
Bruno.Domenichini@u-bourgogne.fr
Tél. +33 3 80 39 39 40
Milieux cimentaires et colloïdaux
Investigation de la réactivité et des propriétés des liants minéraux pour maîtriser leurs phénomènes d’hydratation et de prise.
Les recherches portent sur les matériaux de construction, principalement le béton de ciment Portland, le matériau le plus utilisé au monde. L’hydratation englobe les processus physico-chimiques liés à la dissolution des constituants du ciment dans l’eau, suivie par la formation et la maturation des phases hydratées, responsables de la cohésion du béton.
La prise, propre au ciment, résulte de l’évolution chimique et de l’agrégation des hydrates nanométriques. Ces interactions déterminent également la rhéologie du ciment frais et peuvent être modulées par des adjuvants tels que superplastifiants, accélérateurs ou retardateurs.
Nous analysons ces processus à l’échelle macro et microscopique grâce à des approches expérimentales et de simulation, adaptées à la complexité des systèmes étudiés (solides polyphasés, solutions alcalines concentrées). Notre méthode, qui combine modèles expérimentaux contrôlés et modèles théoriques, est reconnue à l’échelle internationale sous le nom d’« école de Dijon », favorisant une forte intégration dans les réseaux scientifiques.
Contact
Christophe.Labbez@u-bourgogne.fr
Tél. +33 3 80 39 39 40
