De la recherche fondamentale au partenariat industriel

Projet MINAMAS

Chapitres
  1. Bilan MINAMAS
  2. Projet MINAMAS

Projet MINAMAS

Enjeux sociétaux
L'attente actuelle vis-à-vis des nanosciences et des microsystèmes réside en l'apport de nouvelles solutions [e.g. mesurer afin de mieux connaître l'évolution des performances (santé, industrie), manipuler des nano-objets et des fluides (Lab-on-chip), fabriquer des micro-pièces] intégrant les contraintes technologiques et environnementales [e.g. substrat, niveau de tension, technologies « bas coûts » et peu ou pas polluantes]. Dans ce contexte, l'enjeu de nos recherches est d'augmenter le "champ des possibles" en proposant des matériaux et des surfaces avec des performances et des fonctionnalités accrues pour des solutions innovantes d'actionnement, de micromanipulation et de capteurs.
Enjeux scientifiques
Les mécanismes physiques à l'origine du comportement des matériaux interagissent fortement avec leur nano- et microstructure. On sait aujourd'hui avantageusement exploiter ces interactions et ces effets d'échelle pour obtenir une grande dureté, une couleur particulière, un magnétisme sans rémanence (le super paramagnétisme) ou une réactivité chimique exceptionnelle de nanoparticules.
- Les progrès récents dans l'élaboration de films minces permettent aujourd'hui de les nano- et micro-architecturer très facilement. Chercher une interaction entre un mécanisme physique et une architecture à l'échelle pertinente (comprise entre le nano- et le micromètre) d'un film mince devient un enjeu scientifique très actuel car de premier ordre. Avec ces nouvelles propriétés apportées par les matériaux nano-architecturés ou de dimension nanométrique (en film mince et surface), on peut ainsi espérer des innovations importantes et des ruptures technologiques en nombre pour des capteurs et des actionneurs dans les domaines de la mécanique, l'électricité, l'électronique, le magnétisme et/ou l'optique ;
- Aux « petites » échelles, les forces de surfaces deviennent prépondérantes et les comportements tribologiques sont très différents de ceux observés aux échelles macro. Du roulement au frottement en passant par la préhension et la manipulation de petits objets, la connaissance des mécanismes d'adhésion et de frottement aux interfaces dans les conditions réelles d'utilisation est indispensable pour fiabiliser les microsystèmes, prévoir leur durée de vie et, finalement, pour créer de nouveaux dispositifs. Maîtriser le frottement, l'adhésion et l'usure à l'échelle du nano- et micromètre reste ainsi un enjeu majeur pour progresser et innover dans le domaine des nano et microsystèmes.

Objectifs de recherche envisagés

Propriétés spécifiques de matériaux en films minces nano-architecturés ou non
monte carlo

Nous pensons jouer sur la nature et/ou sur l'architecture du matériau grâce à des structurations 0D (particules dans une matrice), 1D (multicouches), 2D (piliers, colonnes inclinés, zigzag comme illustré sur la figure ci-dessus) ou 3D (spirales) pour obtenir des propriétés multiphysiques étendues de films minces et de surfaces. Nous pensons aussi exploiter avantageusement les anisotropies liées à la forme, au gradient de propriétés des architectures et au comportement particulier des interfaces, pour des applications en optique, phononique, électromagnétisme et mécanique. Les techniques d'élaboration envisagées sont la mécano-synthèse pour produire des nanoparticules dans une phase déterminée, les procédés PVD, et, la combinaison des techniques "GLAD" avec les "gaz pulsés" (ou RGPP) pour produire une synergie entre des compositions ajustables et la structuration aux échelles micro et nanométriques.
Atouts, opportunité et positionnement
Ce groupe de chercheurs a une reconnaissance internationale sur la "relation entre procédé d'élaboration et propriétés" ainsi que sur les nanomatériaux élaborés par des techniques "GLAD" et de "gaz pulsé". Cet objectif s'inscrit en partie dans le cadre du PRES Bourgogne Franche-Comté où des projets sont en cours pour constituer un réseau autour d'une mise en commun de compétences et de moyens sur ces nouveaux nanomatériaux. Les techniques d'élaboration mises au point seront transférées à terme vers la centrale de technologie MIMENTO afin de les rendre accessibles à tous, mais aussi, afin d’élargir le périmètre d’application à tout l'institut FEMTO et à ses partenaires.

Adhésion, micro/nano-tribologie pour les microsystèmes et tribocorrosion
topo takadoum

Les travaux engagés ont pour principal objectif d'étudier les effets de taille et d’échelle en tribologie des microsystèmes. Ils devraient permettre une meilleure compréhension des mécanismes fondamentaux du frottement multi-aspérités et de l’usure à l'échelle nanométrique. Ainsi, l’influence des conditions opératoires (pression de contact, vitesse de glissement, géométrie du contact) et des paramètres environnementaux (température, hygrométrie) sera particulièrement analysée. Pour cela des mesures sur un contact mono-aspérité (AFM), d'une part, et sur un contact multi-aspérités plus représentatif d'un contact réel (nanotribomètre), d'autre part, seront menées en parallèle. Des simulations numériques multi-échelles couplant la dynamique moléculaire et la modélisation par éléments discrets seront réalisées pour faire le lien entre ces deux types de contact. Des applications microsystèmes de type tribo-actionneurs utilisant des surfaces nano-structurées à gradient de frottement (colonne inclinée), des AMFs nanostructurés ou encore des surfaces fonctionnalisées sont envisagées.
Atouts, opportunité et positionnement
Ce groupe de chercheurs, dont les travaux sont reconnus, dispose de l'équipement nécessaire pour atteindre les objectifs fixés. Ces travaux s’intègrent parfaitement dans l'activité phare du département, c.-à-d., les microsystèmes. Ils s’appuieront sur des collaborations avec le CSNSM d’Orsay, l’Ecole Centrale de Lyon, le LGP de Tarbes, les Ecoles des Mines de Nancy et d’Alès, ainsi qu'avec les départements AS2M et Méc’Appli. Appli. de FEMTO. Ces recherches se concentreront sur une reproduction exacte des conditions du contact multi-aspérités des microsystèmes (pression et géométrie). Seules quelques équipes dans le monde investiguent aujourd’hui la tribologie à cette échelle.

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