Thermodynamique des matériaux

Il s'agit, dans ce programme, de produire des données thermodynamiques (capacité thermique, enthalpie de formation, enthalpie de dissolution) et structurales de composés métalliques et oxydes, d'établir les diagrammes d'équilibres entre phases de systèmes binaires et d'ordres supérieurs, et de constituer des bases de données pour la modélisation thermodynamique des équilibres entre phases (méthode CALPHAD). L'objectif est ensuite d'utiliser cette connaissance au laboratoire pour la préparation de matériaux innovants et de contribuer à la maîtrise et à l'optimisation de procédés industriels : synthèse et caractérisation de nouveaux catalyseurs types, de matériaux innovants pour la réalisation de dispositifs SAW (substrat et électrodes), conception de capteurs de gaz toxiques et/ou explosifs, contribution à la constitution de bases de données (Zircaloy) pour la recherche en sureté nucléaire.
L'aspect transversal du programme a conduit à une association de plus en plus forte des compétences au sein du laboratoire.

Dans le domaine de la catalyse, les équilibres solide-liquide, les domaines d'existence et les types de formation des composés du système Ce-Pt ont été précisés ainsi que les structures cristallographiques de la plupart des composés intermétalliques du système. Trois nouveaux composés intermétalliques ont été mis en évidence dans le système Ce-Pt. La maîtrise des propriétés des précurseurs métalliques ternaires, Au-Ce-Zr et Au-Pt-Ce, et quaternaires Au-Pt-Ce-Zr est désormais réalisable avec l'appui de la modélisation thermodynamique. Notre travail a fourni en effet des données thermodynamiques fiables et constitue un apport essentiel par la diversité des équilibres rencontrés dans le système binaire Ce-Pt.

Dans l'étude du mécanisme d'oxydation du CO par l'or, à la suite de notre étude du diagramme de phases du système binaire Au-Zr, nous avons élaboré, en collaboration avec IRCELYON, une nano-mousse d'or pur par oxydation de l'alliage intermétallique précurseur AuZr qui présente une surface spécifique élevée (de 10 m2.g-1) et une pureté confirmée par analyse de surface XPS. Les tests catalytiques en conversion CO n'ont pas témoigné d'une forte activité, contrairement aux résultats généralement reportés pour les mousses d'or préparées par d'autres techniques. Notre travail, cité dans les "Noteworthy Chemistry" (Do impurities dominate gold catalysis?) de l'American Chemical Society en janvier 2012, constitue une importante avancée dans la compréhension des mécanismes réactionnels de l'oxydation du CO, en montrant que la conversion du CO est augmentée de plusieurs ordres de grandeur par l'ajout d'impuretés (Ag).
Nos études thermodynamiques visent également à élaborer des alliages à base de platine, d'iridium et/ou de rhodium présentant la meilleure tenue en température possible, qui pourront être utilisés pour fabriquer les peignes interdigités de transducteurs SAW (Surface Acoustic Waves) pour la conception de capteur sans fil opérant à haute température (1000°C). Les premiers transducteurs que nous avons fabriqués avec des peignes interdigités en alliage Ir-Rh (dont le diagramme de phases présente une lacune de miscibilité qui s'étend jusqu'à ~1300°C), élaboré à partir d'un précurseur métallique synthétisé au four à arc, ont donné des résultats très encourageants.

 

Contact : Marc Lomello

 

Thèses

Synthèse et étude thermodynamique d'alliages Ir/Rh à l'état massif et en films minces pour la réalisation de capteurs SAW fonctionnant à haute température (700°C-1000°C) dans l'air
Amine Taguett
2013-2016
Directeur : Marc Lomello

Détermination expérimentale et modélisation thermodynamique des systèmes Ag-Zr et Ag-Zr-In
Alexandre Decreton (IRSN et IM2NP, en co-direction avec SYMME)
2012-2015
Directeurs/encadrants : Jacques Rogez (IM2NP), Marc Lomello

Développement d'une nouvelle voie de synthèse de catalyseurs métalliques autosupportés (nanomousses) : étude des propriétés structurales et catalytiques
Thierry Deronzier (IRCELYON, Co-direction avec SYMME)
2009-2012
Directeurs/encadrants : Jean-Luc Rousset (IRCELYON), Marc Lomello

Etude thermodynamique et structurale du système Ce-Pt
Amin Janghorban
2007-2010
Directeurs/encadrants : Marc Lomello, Philippe Galez

Partenariats/Collaborations

Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (IRCELYON)

Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN)

Institut Matériaux Microélectronique Nanociences de Provence (IM2NP)

Laboratoire SYMME
Maison de la mécatronique - 7, chemin de bellevue
74940 Annecy-Le-Vieux
Tél. + 33 450 096 560
Fax. +33 450 096 543
direction.symme [at] univ-savoie.fr