La mise en commun des diverses compétences a permis à ce groupe de renforcer les sujets de recherche déjà reconnus au niveau international et de faire germer de nouveaux sujets à la frontière entre des sujets déjà existants (hydrogène et fabrication additive par exemple). Les activités scientifiques de ce groupe ont ainsi été regroupées autour de 3 axes principaux que sont : 1) Intermétalliques et hydrures 2) Métallurgie numérique et 3) Métallurgie des Poudres et composites.
La métallurgie numérique est réorganisée autour du couplage entre la modélisation à bases physiques, la science des données (IA) et les expériences combinatoires par fabrication additive appliqué aux matériaux métalliques fonctionnels et structuraux. L’axe intermétallique et hydrure se focalise sur la catalyse et la recherche de nouveaux supraconducteurs. Enfin, pour l’axe Métallurgie des Poudres et composites, la fabrication additive de type SLM et FDM est implantée à l’ICMCB afin de développer de nouveaux procédés de synthèse de métalliques et composites à matrice inorganique et organique.
Compétences et intérêts scientifiques
- Métallurgie des Poudres, Composites et Céramiques
L’activité de cet axe est centrée autour de la métallurgie des poudres (frittage), comme méthode rationnelle d’élaboration de matériaux composites et céramiques à propriétés fonctionnelles. Il s’agit d’une approche de type sciences des matériaux mais avec une volonté de s’ouvrir à d’autres disciplines telles que la physique (conductivité thermique, ondes radioélectriques), tout en s’appuyant sur le socle historique de chimie du solide du laboratoire et les compétences existantes dans ce domaine au sein du groupe.
Nous nous intéressons d’une part, à l’étude et à la modélisation du frittage (phénomènes de dé-densification, frittage rapide) pour des applications dans le domaine des combustibles nucléaires et des céramiques pour l’optique. D’autre part, cette voie a été largement développée tant du point de vue de la compréhension des phénomènes de densification et de réactivité chimique que pour l’élaboration de matériaux composites à matrice métallique et à microstructure contrôlée (évolutions chimiques dans les composites Cu/C, rôle de la microstructure sur les propriétés fonctionnelles des composites).
Ces divers travaux ont donné lieu au développement de nouvelles activités de recherche concernant l’élaboration de matériaux composites par fabrication additive. Cela concerne aussi bien des composites à matrice polymère dans lesquels des charges inorganiques frittées de tailles et caractéristiques données doivent être incorporées, que de l’impression de composites à matrice métallique de type Cu/C, par des techniques de fabrication additive de type SLM (Fusion sélective par laser).
- Intermétalliques et hydrures
L’activité de l’axe « intermétallique et hydrures » s’inscrit dans une démarche de chimie du solide. Elle vise à synthétiser de nouvelles phases ternaires et quaternaires contenant essentiellement une terre rare (TR), un métal de transition et un métal p ou du magnésium. De plus nous nous intéressons à l’insertion, dans ces phases, d’hydrogène mais également d’autres éléments légers comme par exemple le carbone, l’azote ou le fluor. L’activité autour de l’hydrogène est à la fois fondamentale et applicative. En effet, nous étudions la modification des propriétés physiques (magnétique, effet Kondo, supraconductivité) par hydrogénation, en étroite collaboration avec les théoriciens (calcul DFT), les physiciens du LOMA (thèse pluridisciplinaire) et les physiciens de l’Institut Néel (projet ANR). Nous développons également une nouvelle activité autour de la synthèse catalytique de l’ammoniac.
Par ailleurs les autres applications visées sont le stockage de l’hydrogène, l’allègement de matériaux de structure (phase riche en Mg) et la production d’hydrogène par hydrolyse. Si les deux premières applications sont assez classiques, la dernière l’est beaucoup moins. Un prototype destiné à l’alimentation électrique d’un vélo a ainsi été développé. Plus récemment nous cherchons à développer un système de génération d’hydrogène sous haute pression (quelques centaines de bars).
- Métallurgie numérique
L’activité de l’axe « Métallurgie numérique » repose sur des fondements propres à la métallurgie physique. Elle s’inscrit dans une meilleure compréhension du triptyque procédés/microstructures/propriétés. Plus particulièrement, Il s’agit de :
– contrôler les processus de transformation de phases à l’état liquide et/ou solide afin de développer des matériaux métalliques possédant des propriétés structurales et/ou fonctionnelles inusitées. Pour ce faire, on s’intéresse à l’influence de procédés thermomécaniques, de solidification rapide mais également ceux de la fabrication additive (fusion laser sélective),
– de mieux cerner le lien qui existe entre les paramètres microstructuraux et les propriétés structurales tels que l’allègement dans le domaine du transport et/ou les propriétés fonctionnelles tels que le stockage et la conversion de l’énergie,
– de développer des méthodes innovantes (i) de caractérisation des interfaces de transformation en couplant la sonde atomique tomographique 3D et l’EBSD) (ii) de caractérisation à haut débit dans l’espace des compositions à l’aide de la technique d’impression 3D dite de fusion multi-jet.
Notre démarche est appuyée par des approches de modélisation physique en champ moyen à l’échelle mésoscopique. Les systèmes étudiés sont très variés : les bases Fer, les bases Titane, les alliages à haute entropie mais également des hétéro-matériaux composites à base de polymère(s), de céramique(s) et de métaux.