Matériaux pour l’Energie et l’Espace (MEE)

La science des matériaux contient de nombreuses approches possibles, de l’échelle atomique au comportement macroscopique des solides, des phénomènes fondamentaux aux applications quotidiennes. Au laboratoire PROMES, la volonté de la thématique Matériaux pour l’Énergie et l’Espace (MEE), qui regroupe plus d’une trentaine de chercheur·es impliqué·es dans l’élaboration et la compréhension des matériaux du futur, est de tendre vers une utilisation de ces matériaux dans une approche viable et efficace.

Nous nous intéressons aux propriétés optiques, thermoradiatives, électroniques et mécaniques de la matière condensée. Nous faisons appel à des méthodes de synthèses originales (par voie solaire ou grâce à des sources plasma) et des caractérisations de pointe où les matériaux peuvent être soumis à des conditions extrêmes grâce aux installations uniques au monde du grand four solaire d’Odeillo.
Nous développons des approches théoriques et numériques adaptées aux différentes échelles étudiées, de la chimie théorique du nano-objet au modèle phénoménologique décrivant le matériau intégré dans un dispositif expérimental complet.
Nos études bénéficient in fine à des applications concrètes et variées : dosimètres à fibre optique pour la sûreté nucléaire, boucliers thermiques de véhicules spatiaux, nouveaux revêtements absorbants pour les centrales solaires, dispositifs innovants pour le photovoltaïque sous concentration.

Nos recherches se structurent en cinq actions détaillées ci-dessous
(Nano-)Matériaux intégrés et durabilité

De par les applications qu’elle vise, la science des matériaux doit s’intéresser à son impact sur la Nature et à la gestion des ressources utilisées. MEE contribue à une approche efficiente et durable en étudiant les phénomènes de vieillissement et de décomposition des matériaux naturels ou synthétisés. Nos analyses sont multi-échelles, de structures carbonées nano-composites aux matériaux pour les centrales solaires thermodynamiques devant présenter une durée de vie de plusieurs dizaines d’années. La gestion des ressources et la rareté de certains éléments imposent, à long terme, frugalité et adaptation. MEE répond à ces défis en orientant ses recherches vers l’utilisation de matériaux nouveaux ou alternatifs, aux propriétés optoélectroniques remarquables, en vue d’une conversion de l’énergie respectueuse des exigences écologiques. 


Comportements mécaniques, thermiques et optiques en conditions extrêmes

Les applications couvertes par MEE imposent souvent aux matériaux des conditions extrêmes, pour lesquels ils doivent être éprouvés, sans perdre leurs propriétés premières.
Les sollicitations thermomécaniques sont intenses dans les centrales solaires à concentration et les boucliers thermiques de véhicules spatiaux. La question du vieillissement est aussi critique pour les applications optiques où les propriétés d’absorption/réflexion doivent être conservées : dosimètres à fibre optique pour le nucléaire, revêtements pour le solaire photovoltaïque et à concentration, etc. L’objectif de MEE est ici double : contribuer à la qualification de nouveaux matériaux et les caractériser sous contraintes. Les ressources expérimentales sous forte concentration solaire (par exemple au four 1 MW d’Odeillo) jouent un rôle essentiel.

Méthodes de synthèse originales de matériaux à propriétés contrôlées

MEE développe des procédés innovants d’élaboration de matériaux (métaux, semi-conducteurs, céramiques ; nanostructurés, nanocomposites, couches minces ou bulk) où les conditions de croissance doivent être finement contrôlées afin d’obtenir les propriétés recherchées : électroniques, optiques, thermoradiatives, thermomécaniques. Nous développons et étudions en particulier des procédés de : synthèse de nanostructures par voie solaire et techniques chimiques ; dépôt de couches minces nanostructurées par voie chimique, physique ou hybride en phase gazeuse, assisté par plasmas haute densité à basse pression ou à pression atmosphérique, utilisant des précurseurs solides, liquides et gazeux non conventionnels.

Conception et propriétés émergentes des nouveaux matériaux


« God made the bulk, the surface was invented by the Devil », Wolfgang Pauli.

L’avènement des nanosciences a montré que les propriétés optiques et électroniques de la matière sont souvent exaltées, voire parfois modifiées, lorsque l’on considère des matériaux ayant au moins une dimension nanométrique (couches minces, fil nanométrique ou nano-objet). MEE étudie les propriétés originales, intrinsèques et collectives, qui émergent des matériaux nanostructurés et/ou composites. À cette fin nous combinons approches théoriques et expérimentales pour synthétiser ces matériaux, les caractériser (électroniquement et optiquement) et interpréter, prédire voire optimiser leur comportement.

Phénomènes de transport et de conversion d’énergie

Les développements de MEE visent des applications dans la conversion et le transport d’énergie. Nous étudions par exemple : les propriétés de matériaux semi-conducteurs pour le photovoltaïque sous flux solaire concentré ou non, les dispositifs innovants hybrides photovoltaïque/thermique, les processus de catalyse par voie solaire ou encore l’hyperthermie magnétique. Selon l’échelle considérée, les défis à relever sont de différentes natures. En effet, pour le premier exemple, l’enjeu consiste à développer une méthode de caractérisation originale, précise et peu coûteuse ; dans le second cas, il s’agit de modéliser les dispositifs possibles afin d’optimiser le processus de conversion. Mais, si les propriétés de transport et de conversion d’énergie à l’échelle macroscopique sont bien appréhendées, il n’en va pas de même à la nano-échelle. Ainsi, pour les deux derniers exemples, les théories classiques éprouvées deviennent caduques, nous en développons donc de nouvelles.  

Responsable de la thématique
Responsable Adjointe de la thématique
François VERNAY

François VERNAY

Professeur Université de Perpignan

Audrey Soum-Glaude

Audrey SOUM-GLAUDE

Ingénieure de Recherche CNRS

Membres permanents dans la thématique
Nom de la ThématiqueMatériaux pour l’Energie et l’Espace (MEE)
ResponsableFrançois VERNAY
Adjoint•e•sAudrey SOUM-GLAUDE
Nombre de C/EC/IR19 (6 C/ 12 EC/ 1 IR)
Nombre de Doctorants/Post-docs/ATER/...14 (12 doctorant•e•s/ 1 Postdoc/ 1 ATER)
Membres permanents de la Thématique et statut (IR, CR, DR, MCF, PR - HDR)

Marianne BALAT-PICHELIN, DR1 CNRS
Noémi BARROS, MCF UPVD
Roland BASTARDIS, MCF UPVD
Matthieu CAUSSANEL, MCF UPVD
Ludovic CHARPENTIER, CRCN CNRS
Marie-Agnes COURTY, DR1 CNRS
Kamal DJESSAS, PR1 UPVD
Alain DOLLET, DR1 CNRS
Stéfano GRILLO, MCF UPVD
Hamid KACHKACHI, PR1 UPVD
Jean-Michel MARTINEZ, MCF UPVD
Françoise MASSINES, DR1 CNRS
Elie NADAL, MCF UPVD
Arnaud PERONA, MCF UPVD
Sébastien QUOIZOLA, MCF UPVD
Audrey SOUM-GLAUDE, IR1 CNRS
Laurent THOMAS, PRCE UPVD
François VERNAY, PR2 UPVD
Alexis VOSSIER, CRCN CNRS

Membres non-permanents de la Thématique et statut (Doctorant, Post-doctorant, ATER, …)

Timothée BARBE, CDD Doct.
Youssef BERRO, CDD PostDoc
Alex CARLING PLAZA, CDD Doct.
Aissatou DIOP, CDD Doct.
Antoine GALLET, CDD Doct.
Kadar MAHAMOUD-DJAMA, CDD Doct.
Maxime MAURICE, CDD Doct.
Natalia MILANIAK, CDD Doct.
Abdoul MOUSSA, CDD Doct.
Danielle NGOUE, CDD ATER
Charlène PELLEGRINI, CDD Doct.
Nicolas PERRON, CDD Doct.
Raphael ROBERT, CDD Doct.
Dounia ZIYATI, CDD Doct.

Actions de Recherche
  • (Nano-)Matériaux intégrés et durabilité
  • Comportements mécaniques, thermiques et optiques en conditions extrêmes
  • Méthodes de synthèse originales de matériaux à propriétés contrôlées
  • Conception et propriétés émergentes des nouveaux matériaux
  • Phénomènes de transport et de conversion d’énergie
Mots clés
  • Phénomènes de vieillissement
  • Synthèse, élaboration de matériaux
  • Conception et mise en œuvre de techniques plasma
  • Propriétés élémentaires et applications liées aux surfaces
  • Caractérisation structurale, électronique et optique
  • Développement de modèles sur la structure et les propriétés des matériaux
  • Nanomatériaux, Nanocomposites
  • Oxydation à haute température
  • Céramiques ultra-réfractaires
Contrats Nationaux
  • Projet ANR PRCE NANOPLAST (PROMES/ICCF/IMN/CEMHTI/HEF, 10/2019-04/2024)
  • Projet LINA Lire la Nature-Oser l’Apiculture. 12/2019 – 06/2023
  • Projet ANR PIA DROÏD, 01/11/2013 – 31/12/2022
  • Projet ANR STELLAR, 25/01/2019 – 31/12/2022
  • Projet Région PLASMECO (LAPLACE/PROMES/IEM, 03/2018-03/2022)
  • Projet ANR CARAPASS, 11/2016-04/2021
  • Contrat Région Occitanie Pyrénées-Méditerranée sur 36 mois Subvention investissement – Allocation de recherche. Projet KeraNext : Elaboration et étude de l’oxydation de nouvelles céramiques ultra-réfractaires (responsabilité). 18/06/2018—18/06/2021
  • CIFRE Aurea Technology, 15/06/2020 – 14/06/2023
Contrats Européens et Internationaux
  • Contrat Européen FEDER-FSE Languedoc-Roussillon sur 36 mois. Projet KeraNext : Elaboration et étude de l’oxydation de nouvelles céramiques ultra-réfractaires (responsabilité). 18/07/2018 – 18/07/2021
  • Projet Vadum-CSP FEDER-Région Occitanie 01/2017-07/2021
Collaborations nationales principales ayant donné lieu à des publications communes
  • CNES, Toulouse
  • ICCF, Clermont-Ferrand
  • LIPHY, Grenoble
  • SIMaP, Grenoble
  • IRCER, Limoges
  • ILM, Lyon
  • ICSM, Marcoule
  • IMN, Institut Jean Rouxel, Nantes
  • INPHYNI, Nice
  • CEMHTI, Orléans
  • LAPLACE, Toulouse
  • LPCNO, Toulouse
  • IREIS, Saint-Etienne
  • GEMaC, Versailles
Collaborations internationales principales ayant donné lieu à des publications communes
  • Espagne, Université de Lleida
  • Espagne, Universitat de Barcelona
  • Canada, Université de Montréal
  • Inde, CSIR-NAL Bangalore