Dans
le domaine de l'industrie des matériaux, l'activité de la Région
Rhône-Alpes est extrêmement importante. Par exemple la Région
regroupe environ 20% de la production nationale de polymères
et de composites. De ce fait, les collaborations entre le monde
industriel et le monde universitaire présent sur le Domaine
Scientifique de la Doua sont extrêmement développées.
Le
marché des matériaux est guidé à l'heure actuelle par une triple
exigence :
L'optimisation des procédés de mise en œuvre en favorisant
- les procédés les moins polluants et les moins consommateurs
d'énergie
- les produits biodégradables ou facilement recyclables
L'optimisation des produits existants, c'est-à-dire l'amélioration
de leurs performances en vue d'une application donnée. De plus
en plus, un matériau doit répondre non seulement à une fonction
donnée, mais à un ensemble de fonctions. On parle alors de matériaux
multifonctionnels. Par exemple, un polymère utilisé pour une
bouteille contenant une boisson gazeuse doit répondre à différentes
exigences : légèreté, bonne résistance mécanique, imperméabilité
(non seulement au liquide mais également au gaz : c'est la notion
d'effet barrière), possibilité d'inscription,... en plus, bien
évidemment des contraintes économiques de minimisation du prix
de revient.
Le
développement de matériaux nouveaux qui seront utilisés pour
les technologies de demain. Par exemple, à l'heure actuelle
des matériaux nanostructurés sont développés tant dans le domaine
de la micro-électronique, de la photonique que dans celui de
la mécanique. Les biomatériaux (ou matériaux pour la santé)
sont l'objet d'une intense activité de développement, les matériaux
intelligents sont introduits en aéronautique …
Présenter
l'activité dans le domaine des matériaux est délicat quant à
la classification à retenir. En effet il est possible d'effectuer
plusieurs classifications :
Il
est par exemple possible de classer les matériaux en fonction
de leur nature chimique et des liaisons qui entrent en jeu :
on parle ainsi de polymères, de métaux et de céramiques (incluant
aussi bien les verres, que les matériaux pour la micro-électronique
ou les matériaux de construction).
Il
est également envisageable de présenter les matériaux en s'intéressant
aux différentes étapes de leur vie :
- L'élaboration et la mise en œuvre (qui implique essentiellement
les chercheurs du monde de la chimie et du génie des procédés),
- La caractérisation des performances des matériaux, en relation
avec leurs caractéristiques microstructurales. Les physiciens,
les chimistes et les mécaniciens interviennent fortement dans
ce secteur.
- L'évolution de ces propriétés au cours de leur utilisation.
Divers types de dégradation sont en effet observés : fatigue,
corrosion, ….. Ces phénomènes d'endommagement sont suivis par
des méthodes d'évaluation non destructives, pour assurer notamment
l'intégrité des structures, qu'il s'agisse des bâtiments, des
barrages, des avions , ….. Cette étape implique, comme la précédente,
un effort tout particulier de compréhension et de modélisation
des mécanismes impliqués.
- Les possibilités de recyclage.
Les matériaux
sont toujours utilisés pour une fonction particulière. Il
est d'usage de distinguer ainsi :
- Les matériaux de structure : un acier, un béton ou un polycarbonate
sont par exemple utilisés parce qu'ils possèdent d'excellentes
propriétés mécaniques recherchées pour la réalisation des
structures soumises à des efforts mécaniques particulièrement
importants.
- Les matériaux de fonction : le silicium est utilisé pour
l'industrie de la micro-électronique car il remplit une fonction
semi-conductrice importante, les terres rares sont utilisées
pour réaliser des barreaux pour les lasers à solide grâce
à leurs propriétés optiques.
Mais,
comme indiqué ci-dessus, dans de nombreux cas pratiques, un
aspect multifonctionnel est requis et on parle alors de matériaux
multifonctionnels.
C'est
cette dernière méthode de présentation que nous retiendrons
en présentant les matériaux par classe d'applications (ou de
fonctions). Puis quelques domaines émergents seront mentionnés.
Pour terminer quelques applications phares serviront d'illustrations
aux multiples activités que les laboratoires de recherche de
la Doua exercent dans le domaine des matériaux.
Les études portant sur les métaux et alliages métalliques concernent
aussi bien la genèse des microstructures lors des traitements
thermomécaniques subis lors de leur élaboration ou de leur mise
en œuvre que l'influence de ces microstructures sur leur propriétés
d'usage.
Les recherches sont menées à la fois sur des matériaux "modèles"
qui permettent d'examiner séparément l'effet des différents
paramètres ou mécanismes microstructuraux (alliages à taille
de grains ou à teneur en inclusions contrôlés...) et sur des
matériaux industriels : aciers bas carbone pour applications
emballage et automobile, aciers à roulement, fontes à graphite
sphéroïdal pour constructions mécaniques, alliages d'aluminium
pour l'aéronautique...
Des efforts sont consacrés au développement des techniques et
méthodes spécifiques, notamment non-destructives, pour caractériser
l'état ou les évolutions microstructurales et l'endommagement
de ces matériaux. Parmi celles-ci, le pouvoir thermoélectrique,
qui permet de suivre l'évolution des défauts cristallins, ainsi
que l'imagerie tri-dimensionnelle et in situ de l'endommagement
au cœur de différents matériaux sous charge à l'aide de la micro-tomographie
mettant en œuvre le rayonnement X synchrotron sont des techniques
particulièrement innovantes.
Parmi les thèmes traités, on peut citer notamment ceux qui visent
à une meilleure compréhension et une meilleure maîtrise des
mécanismes de vieillissement dans les aciers. Les applications
concernent aussi bien le vieillissement avant emploi de certains
aciers bas carbone pour emballage ou automobile, que le vieillissement
dans les conditions d'utilisation, ainsi que les conséquences
sur les propriétés et la sécurité en usage (vieillissement d'éléments
de centrales nucléaires). Dans le premier cas, l'amélioration
des connaissances permet d'optimiser les conditions de traitement
thermique et la composition de l'acier.
Un autre domaine concerne la durabilité des matériaux sollicités
de façon cyclique, pour lesquels on cherche à obtenir une prédiction
toujours plus fine des durées de vie en relation avec la connaissance
des mécanismes microstructuraux qui contrôlent l'endommagement.
Dans ce domaine, un effort tout particulier est consacré à l'effet
des sollicitations ou systèmes complexes tels que le couplage
fatigue-fretting (cas des assemblage boulonnés ou rivetés),
la fatigue de roulement et la fatigue des assemblages soudés.
1.2
: Les polymères :
Les matériaux étudiés englobent aussi bien les polymères de commodité
que les polymères techniques et les biomatériaux, couvrant ainsi les
thermoplastiques, les thermodurcissables, les matériaux composites,
les multimatériaux ainsi que les biomatériaux et les polymères naturels.
Un effort particulier est réalisé dans le domaine de la synthèse,
de l'élaboration et de la mise en forme de ces matériaux : procédés
d'élaboration réactifs et non réactifs, chimie de polymérisation,
formulation, modifications chimiques et physico-chimiques.
Un pilote de polymérisation unique en milieu universitaire a été mis
en place, ainsi qu'une plateforme d'extrusion réactive-extrudeuses
instrumentées-extrusion-filage et un ensemble de filage de polymères
naturels.
La modification et la fonctionnalisation des surfaces sont réalisées
par diverses techniques telles que le plasma ou l'irradiation par
un laser excimère utilisé également pour la photo-polymérisation.
Le développement des micro et nano-composites est un des points forts
de ces dernières années. La présence de renforts de taille micro ou
nanométrique confèrent à ces polymères des propriétés mécaniques remarquables.
Un autre secteur en plein développement est celui des polymères fonctionnels
à propriétés spécifiques dans les domaines de l'optique, de l'électronique,
de la dépollution (propriétés de perméation) ou de la santé (micro-capsules,
capture de molécules cibles, ingénierie tissulaire).
De nombreuses techniques d'analyses et de caractérisation des polymères
sont disponibles sur le site de la Doua : plateforme d'analyse des
mécanismes réactionnels (couplage analyse thermique, chromatographie
en phase gazeuse, spectrométrie de masse - ATG/GC/MS couplées),
propriétés mécaniques, électriques, optiques, de transport ou de surface.
1.3
: Les céramiques techniques :
Les céramiques sont les matériaux manufacturés par l'homme les plus
anciens. Aujourd'hui tout le monde côtoie quotidiennement les céramiques
dites traditionnelles : tuiles, briques, vaisselle, objets d'art.
Hormis les matériaux réfractaires pour les garnissages des fours qui
font encore actuellement l'objet de nombreuses recherches, certaines
applications requièrent des matériaux durs, rigides, légers, bons
isolants thermiques gardant leurs propriétés aux hautes températures,
ce sont les céramiques techniques.
Il s'agit d'oxydes, de carbures, de nitrures métalliques ou de composants
intermétalliques dont la structure est essentiellement polycristalline.
Mais ces matériaux sont fragiles, ce qui signifie que leur résistance
ultime est fortement déterminée par la présence et la taille des défauts
préexistants.
Les efforts de recherche ont porté et portent toujours sur le contrôle
de ces défauts et la réduction de leur taille et aussi sur le contrôle
et l'augmentation de la résistance à la propagation d'une fissure,
la ténacité.
Actuellement émergent les nanocéramiques où les grains sont nanométriques
(taille inférieure à 100 nm). Dans ces matériaux, la proportion d'atomes
aux joints de grains est très importante (> 50 %). Leur comportement
est donc très différent des céramiques classiques. Ils présentent
notamment des propriétés mécaniques, magnétiques, optiques et thermiques
tout à fait exceptionnelles. Par exemple, on peut obtenir des matériaux
très résistants à l'usure ou au fluage, par l'addition de nanoparticules
qui bloquent les joints de grains.
1.4
: Les matériaux composites et les multimatériaux :
Dans de nombreux domaines d'application, il est impossible d'atteindre
l'ensemble des caractéristiques exigées avec un matériau classique.
On a alors recours à des matériaux composites ou à des multimatériaux
résultant de l'association de plusieurs composants dont chacun apporte
sa propre contribution aux performances de l'ensemble.
Par exemple, les céramiques monolithiques présentent un excellent
comportement thermomécanique mais constituent des matériaux fragiles.
Si on les renforce avec des fibres (carbone, carbure de silicium,
alumine et dérivés), ces dernières peuvent ponter les fissures et
le composite obtenu est tolérant à l'endommagement tout en conservant
sa tenue en température.
La principale difficulté réside dans la conception et la réalisation
d'interfaces ou d'interphases renfort-matrice alliant un bon transfert
des efforts sur le renfort fibreux avec une aptitude à dévier les
fissures matricielles, ce qui permet d'éviter ou de limiter les ruptures
de fibres. Dans certains cas, ces interphases sont également destinées
à protéger les fibres de l'oxydation par diffusion de l'oxygène le
long des fissures matricielles. Dans ce but, avant leur incorporation
dans la matrice, les fibres sont revêtues de dépôts mono ou multicouches
par des méthodes telles que le dépôt en phase vapeur (chemical
vapor deposition : CVD classique, CVD réactive, CVD pulsée, …)
ou le sol-gel. Dans certains cas, on utilise également des matrices
auto-cicatrisantes qui donnent par oxydation un verre qui colmate
les fissures et protège les fibres et l'interface.
En ce qui concerne les multimatériaux métalliques, on signalera les
pièces constituées par un alliage léger à base aluminium ou magnésium
renforcé localement par un insert en acier, en fonte ou en titane.
Dans de telles pièces, qui trouvent des applications dans l'industrie
automobile (moteurs, transmissions, suspensions,…), les problèmes
de mouillabilité et de chimie d'interface sont cruciaux en particulier
en raison de la réactivité de ces métaux à haute température au stade
de l'élaboration.
Signalons enfin la mise au point d'un procédé de fabrication de fibres
continues de nitrure de bore dont les propriétés mécaniques, optiques
et radioélectriques alliées à une bonne résistance à l'oxydation trouvent
des applications principalement dans le domaine de l'armement.
1.5
: Les matériaux pour la construction :
La Doua est reconnue internationalement pour ses recherches dans ce
domaine, en particulier pour le développement de bétons auto-nivellants.
Ces bétons sont des bétons très fluides qui se mettent en place sous
le seul effet de la gravité. Ainsi ils permettent par rapport à un
béton classique de supprimer les perturbations sonores induites par
les vibrations lors de la mise en place. De plus ces bétons sont de
meilleure qualité grâce à un état de surface remarquable.
Un autre secteur en plein développement est celui de l'ajout de polymères
aux enduits pour améliorer l'adhésion de ces produits cimentaires
sur des supports variés : bétons, matériaux naturels à base de terre
…
L'introduction de déchets dans les matériaux de construction constitue
une solution qui permet d'une part de valoriser des résidus ultimes
de recyclage (comme les résidus incombustibles de l'industrie automobile
par exemple), et d'autre part d'améliorer les performances des matériaux
de construction tout en diminuant leur coût.
1.6
: Les mousses :
Des recherches approfondies sont menées dans ce domaine. Qu'elles
soient réalisées en polymère, en céramique ou en alliage métallique,
ces mousses permettent un allégement des structures et des capacités
de dissipation d'énergie intéressantes. Un effort important de modélisation
de leur comportement, en particulier mécanique, est effectué pour
comprendre leurs propriétés qui impliquent tout autant celles des
matériaux utilisés que la structure de la mousse elle-même.
Matériaux
de fonction :
2.1
: Matériaux pour l'optique et lasers :
Le Domaine Scientifique de la Doua intervient fortement dans ce domaine
en développant des matériaux sous forme de monocristaux, de polycristaux,
de nanocristaux et de couches minces.
Les domaines d'application visés concernent les lasers et les micro-lasers,
l'optique non-linéaire (doublage de fréquence, amplificateurs optiques,…),
les matériaux scintillateurs et luminophores, les guides d'onde optique
actifs fibrés et planaires, les verres et nanostructures, les géomatériaux,
les nanomatériaux, l'opto-électronique pour les télécommunications
à très haut débit, les mémoires optiques (stockage d'informations
en volume pour les systèmes informatiques)…
En ce qui concerne plus particulièrement les lasers de demain, de
nombreuses applications industrielles sont envisagées : des lasers
bleus qui permettront un stockage d'informations encore plus performant
avec des applications nombreuses dans le domaine des télécommunications,
des lasers médicaux plus efficaces, ou encore des lasers servant à
détecter la pollution atmosphérique.
Une plateforme technologique a été constituée. Elle comporte de nombreux
équipements de pointe tels que des ensembles de fabrication de fibres
mono-cristallines par chauffage laser et " micro-pulling down ", de
nanocristaux, de couches minces par sol-gel et ablation laser.
Une entreprise (FiberCryst) a été créée pour développer des fibres
mono-cristallines pour l'optique.
De nombreuses techniques de spectroscopie sont également disponibles
(champ proche optique, spectroscopie infrarouge et vibrationnelle,
spectroscopie laser).
La construction des miroirs du projet franco-italien VIRGO utilise
des techniques de pointe (salle blanche). Ce projet ambitieux a pour
objectif de confirmer l'existence des ondes gravitationnelles prévues
par la théorie de la relativité générale d'Einstein.
On peut également citer le projet CRYSTAL-CLEAR concernant la mise
au point de nouveaux matériaux scintillateurs et de détecteurs pour
la physique et la santé (collaboration La Doua - CERN).
On notera enfin la mise au point de matériaux hybrides pour la limitation
optique dans lesquels les molécules actives sont des dérivés des thiacalixarènes
incorporés dans une matrice oxyde élaborée par sol-gel.
2.2
: Matériaux pour l'électronique :
L'importance du développement des Matériaux pour l'Electronique est
devenue capitale et stratégique actuellement avec le développement
fantastique des sciences et technologies de l'information et de la
communication. En effet, ces matériaux sous forme de composants et
de circuits permettent la détection, la transmission et le traitement
de l'information. Il faut rappeler qu'avec près de 30 000 emplois,
les technologies de l'information et de la communication représentent
un des plus importants secteurs d'activité de Rhône-Alpes.
Le Domaine Scientifique de la Doua intervient fortement dans les domaines
suivants :
Elaboration de nouveaux matériaux semiconducteurs pour l'électronique
de puissance, tels que le carbure de silicium SiC : épitaxie
à partir d'une phase gazeuse et en particulier de composés organométalliques
en présence d'une phase liquide (méthode vapeur-liquide-solide
VLS), obtention de SiC cubique ou hexagonal à l'état de l'art
mondial. et de SiC cubique sur substrats de silicium sans courbure.
Des tentatives sont en cours pour obtenir des couches minces
ou épaisses de SiC cubique et hexagonal sur substrats de deux
pouces soit de silicium soit de SiC hexagonal ou poly cristallin.
Matériaux
pour l'optoélectronique : couches minces semiconductrices de
type III-V
contenant en particulier de l'azote et du bore obtenues par
épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (EPVOM).
Matériaux pour la microélectronique du futur. Les prédictions
de la loi de Moore exigent l'introduction de nouveaux matériaux
dans les transistors MOS (Si contraint, Ge en canal et diélectriques
de forte permittivité pour la grille du composant…) dans le
but de remplacer le couple Si / SiO2.
Matériaux
pour le Photovoltaïque du futur et les cellules solaires de
3ème génération dans le but d'augmenter le rendement de conversion
et de réduire les coûts de cellules photovoltaïques Si en couche
mince.
Les
nanomatériaux pour l'électronique, qu'ils soient élaborés par
des méthodes chimiques ou physiques.
Ce dernier domaine recouvre des études :
- Sur l'obtention et les propriétés de nanomatériaux magnétiques.
- Sur la nanophotonique dont l'objectif général est le contrôle
" ultime " de l'interaction matière-rayonnement en jouant sur
la dimensionnalité du système électronique (fils, boîtes quantiques,
nanocristaux) ou du système photonique (cristal photonique)
et dont les débouchés potentiels peuvent être les interconnexions
optiques intégrées sur puce. Le développement de nanosources
laser et à photon unique pour la cryptographie quantique est
l'une des avancées les plus récentes du domaine. La nanophotonique
est présente également à l'interface physique / biologie où
les nanocristaux de semiconducteurs ou diélectriques offrent
une alternative intéressante aux marqueurs fluorescents usuels
en biologie.
- Sur les matériaux nanostructurés élaborés par des méthodes
telles que la croissance autoorganisée, la nanomanipulation,
la localisation sur surfaces nanostructurées de nanoagrégats
pour des applications mémoire à un électron, nanosource à photon
unique et mémoire magnétique.
On peut également citer la nanostructuration du Si poreux dont toutes
les propriétés et les applications en particulier optiques et dans
le domaine des biocapteurs sont loin d'avoir été toutes explorées.
2.3
: Matériaux piézo-électriques :
Ces matériaux sont susceptibles de convertir l'énergie électrique
en énergie mécanique (effet direct) et vice-versa (effet indirect).
Ils sont très largement utilisés dans les actionneurs, les capteurs
et les transducteurs avec des applications civiles et militaires qui
touchent les domaines du positionnement (micro-positionneur, optique
à courbure variable), de la mesure (pression, force…), de la santé
(imagerie médicale, transducteurs de traitement par ablathermie, lithotripsie….)
et de la détection (sonar, hydrophone de chasse aux mines..). Associés
à des électroniques de commande, ils permettent également de contrôler
la vibration des structures (amélioration du confort acoustique et
de la durée de vie des composants embarqués…) et de récupérer de l'énergie
sur la vibration rendant les dispositifs les utilisant parfaitement
autonomes.
Un des grands challenges du domaine est d'optimiser les performances
des systèmes tout en diminuant la quantité de matériaux actifs dans
la prise en compte du développement durable et de l'intégration. Cela
passe par une recherche des matériaux les plus actifs possibles en
terme de conversion, de bande passante, de sensibilité et de puissance
disponible et par un design adapté des transducteurs.
A ce titre, on peut citer l'émergence des nouveaux monocristaux ferroélectriques
dans la famille des relaxeurs à base de plomb qui marquent de part
leurs caractéristiques une rupture technologique avec les céramiques
de Zircono-titanates de Plomb, le recours au dopage des matériaux
de base par différentes classes de cations et/ou d'anions et la mise
en œuvre de nouvelles techniques originales sur le traitement des
signaux issus des éléments piézoélectriques pour des actions de contrôle
de vibration et de récupération d'énergie.
Il convient également de mettre en avant les efforts menés dans le
domaine de la modélisation du comportement de ces matériaux afin d'aboutir
à des modèles prédictifs de comportement macroscopique à partir de
caractéristiques microscopiques. Cette thématique largement pluridisciplinaire
permettrait en particulier de faciliter la recherche de nouvelles
compositions encore plus performantes et de fixer les limites d'utilisation
de ces mêmes matériaux en situation de conversion.
Matériaux
multifonctionnels et les multimatériaux :
Un
matériau ne peut généralement à lui seul remplir toutes les fonctions
requises. Par exemple pour réaliser une tôle d'automobile, il faut
concilier les aspects mécaniques, la résistance à la corrosion, l'aspect
esthétique …. .Pour ce faire il est nécessaire d'utiliser des éléments
impliquant des matériaux très divers. Ceci nécessite de les assembler,
de les souder ou de réaliser des traitements de surface.
Les problèmes de corrosion sélective, d'adhésion, de fissuration induite
par l'histoire thermique sont des sujets pluridisciplinaires sur lesquels
les laboratoires de recherche du pôle de la Doua consacrent de nombreux
efforts. Cette activité s'accompagne du développement de logiciels
de sélection des matériaux, qui à partir des caractéristiques des
différents éléments de base permettent de dégager les meilleurs matériaux
à retenir pour une application donnée.
Quelques
domaines émergents :
4.1
: Les nano-matériaux et les nano-technologies :
Les nano-matériaux sont des objets qui par rapport à leurs cousins
à gros grains présentent des propriétés (optiques, magnétiques,
électroniques, optoélectronique ou de réactivité chimique,...)
radicalement différentes. Il présentent donc non seulement un
grand intérêt sur le plan fondamental, mais également des possibilités
d'applications nouvelles principalement dans les domaines de
la santé et des énergies de demain.
Des laboratoires du Domaine Scientifique de la Doua élaborent
ces matériaux nouveaux, solides ou matière molle en utilisant
les procédés physiques, chimiques et mécaniques parmi les plus
performants tels que le sol-gel ou à partir d'agrégats préformés
en phase gazeuse ou sous haute pression et à haute température
(création d'une plateforme technologique de synthèse).
Ils obtiennent ainsi des clusters de métaux ou d'oxydes, des
nanotubes de carbone, de silice ou encore de carbure de silicium
ou du silicium polymorphe.
Dans les laboratoires de physique fondamentale, ces systèmes
complexes donnent lieu à des modélisations et à des simulations
multi-échelles allant de la simulation sur réseau aux simulations
de dynamique moléculaire ab initio et analytiques.
Il est également possible de prévoir leur structure et leurs
propriétés physico-chimiques (rhéologie de films minces de polymères),
quantiques et électroniques (nanomètres de carbone ou de nitrure
de bore).
Les laboratoires de chimie et de sciences des matériaux les
assemblent pour en faire des objets à vocation appliquée : des
actionneurs intelligents, des supports catalytiques plus efficaces,
des sondes biologiques plus performantes, des réservoirs d'énergie
de grande capacité (élaboration de nouvelles cathodes planaires
à base de couches ultra-minces et de nanotubes ou de nanoperles
de carbone).
Les moyens d'analyse et de caractérisation nécessaires sont
également présents sur le domaine (microsonde électronique Auger-ESCA,
microscope électronique en transmission à haute résolution,
microscopies en champ proche à force atomique (AFM) et
à effet tunnel (STM), microscope à effet de champ, microscope
à projection de Fresnel, microanalyse par rétro diffusion Rutherford,
interféromètre holographique, caractérisations électriques,…).
4.2
: Les matériaux intelligents :
L'idée de matériau "intelligent" est née des réflexions
d'une poignée d'ingénieurs de l'aéronautique rêvant d'une voilure
évolutive s'adaptant en temps réel aux conditions d'usage, signalant
ses faiblesses, et permettant ainsi d'exploiter au mieux les possibilités
de l'aéronef.
Dans l'esprit des précurseurs le matériau intelligent possède des
"nerfs" représentés par un réseau de capteurs ou un matériau
intrinsèquement sensible, des "muscles" simulés par des
matériaux "actifs" et un "cerveau" ou un dispositif
analysant les données fournies par le matériau sensible pour choisir
la bonne réponse et modifier les caractéristiques globales.
Ce concept biomimétique ambitieux qui implique naturellement la multi-fonctionnalité
s'est rapidement étendu à l'ensemble du monde technologique du biomédical
au génie civil. Sur les campus Lyonnais, divers laboratoires dédiés
aux matériaux ou à finalité plus mécanique se sont engagés depuis
plus d'une décennie dans cette nouvelle approche en s'appuyant sur
un ensemble de compétences solides dans le domaine des alliages à
mémoire, des céramiques électroactives, des composites à matrice organique
et renforts fibreux et de leur comportement à long terme...
Ces compétences se sont récemment étendues aux polymères électroactifs,
à l'autoréparation des composites à matrice et renforts céramiques,
et des actions démarrent sur les biomatériaux actifs. Le niveau du
groupe Lyonnais est désormais bien reconnu en particulier dans le
domaine en émergence du contrôle en continu de la "santé"
des matériaux et des composants des structures technologiques complexes
(avions gros porteurs, centrales nucléaires,..). Cette compétence
élargie au champ plus prospectif des "muscles artificiels"
a conduit récemment au lancement d'une action de recherche franco-japonaise
soutenue conjointement par le CRNS et le JSPS.
4.3
: Les biomatériaux :
Un des enjeux majeurs de notre société est l'amélioration de la qualité
de la vie. Celle-ci passe notamment par l'utilisation de plus en plus
étendue de systèmes médicaux de plus en plus sophistiqués, destinés
à pallier un système déficient dans le cadre d'une pathologie, d'un
traumatisme, ou d'un vieillissement des tissus.
Les matériaux à vocation médicale, utilisés pour la réalisation d'implants
ou de systèmes médicaux représentent alors un challenge pour l'avenir
: accroître la qualité de vie des personnes souffrant de maladie et
faire face au vieillissement de la population mondiale.
Citons comme exemple le développement des prothèses orthopédiques
et vasculaires, dont l'usage, mais aussi la durée de vie se sont nettement
accrus ces dernières années. On estime à plus de 20 milliards d'euros
le marché des biomatériaux en 2001, avec une évaluation de l'ordre
de 90 milliards en 2005. Pour exemple : le marché de la substitution
osseuse est en augmentation de 40% par an ; le nombre de poses de
prothèses orthopédiques en France, chaque année est de l'ordre de
200.000.
Dans ce cadre général, les thèmes abordés sur le Domaine Scientifique
de la Doua sont :
Etude des matériaux pour la réalisation d'implants possédant
une durée de vie accrue : cette thématique fait appel à l'étude
des indicateurs de la durabilité des implants, aux relations
procédé - microstructure - propriétés (mécaniques, physiques,
biologiques).
Ingénierie
tissulaire : réalisation de matériaux support de la culture
de cellules. Un des enjeux majeurs est la compréhension des
interactions entre biomolécules, cellules et matériaux. Un des
thèmes de recherche actuel est l'accroissement de la bio-fonctionnalité
des supports par une fonctionnalisation de surface ou l'incorporation
de molécules actives.
Matériaux bio-mimétiques et/ou bio-inspirés. Les substituts
osseux sont un des exemples de la nécessité d'une démarche de
bio-mimétisme dans la réalisation de matériaux à vocation biomédicale.
C'est par une étude approfondie de la structure osseuse, de
sa composition chimique et des processus de repousse "gérés
par des mécanismes physico-chimiques et cellulaires" que
sont aujourd'hui développés les substituts osseux de nouvelle
génération.
Structures
fédératives :
5.1
: Fédération des Matériaux de structure :
Créée en Janvier 2000 par le CNRS, cette Fédération de recherche
(FR 2145) regroupe 8 laboratoires de la Région Rhône-Alpes :
le GEMMPM et le LaMCos de l'INSA de Lyon, le LTDS de l'Ecole
Centrale de Lyon, PECM et LPMG de l'Ecole des Mines de Saint-Etienne,
le LTPCM, le GPM2 (INPG) et le L3S (Université Joseph
Fourier Grenoble 1). Les objectifs de cette fédération sont
de réaliser de travaux de recherche amont sur des verrous scientifiques
en science des matériaux, de coordonner la mise en place des
équipements lourds, d'élaborer des programmes de recherche avec
des partenaires industriels à soumettre aux instances européennes,
de créer une vie scientifique sur les matériaux avec une implication
nationale et internationale.
5.2
: Fédération des Polyméristes Lyonnais :
Reconnue par le CNRS, cette fédération regroupe des laboratoires
présents sur le Domaine Scientifique de la Doua (de l'Université Claude
Bernard Lyon 1 et de l'INSA de Lyon), mais aussi un laboratoire de
l'Université de Savoie et un laboratoire de Saint-Etienne. Cette fédération
permet de développer encore plus de collaborations et d'initiatives
communes concernant la polymérisation et les polymères, afin d'optimiser
l'achat et le fonctionnement des équipements lourds.
5.3
: CLYME (Centre lyonnais de Microscopie Electronique) :
Ce Centre regroupe des moyens lourds d'observation de la microstructure
des matériaux, plus particulièrement des microscopes électroniques
(à balayage, en transmission). Récemment un microscope électronique
environnemental a complété l'équipement disponible.
5.4
: Pôle Lyonnais de nano-opto-technologies :
Ce pôle, créé dans le cadre du plan Etat-Région, a pour
ambition de dynamiser et de renforcer les recherches fondamentales
et appliquées menées à Lyon dans ces domaines, de transférer
les résultats vers l'industrie et vers les enseignements spécialisés.
Créée en Mai 2002 par le CNRS, cette fédération de recherche (FR
2542) regroupe 6 laboratoires de la Région Rhône-Alpes : le LPM de
l'INSA Lyon, l'IMEP, le LMGP de l'INPG, SPINTEC (CEA-CNRS), le LTM
(UJF-INPG), le LEOM de l'Ecole Centrale de Lyon. Ses objectifs sont
de fédérer les activités de recherche des laboratoires régionaux fortement
impliqués sur le pôle MINATEC en matière de Micro-nanotechnologies.
Les compétences des unités composantes offrent un large spectre allant
des matériaux aux microsystèmes en passant par les technologies et
les composants pour des applications en électronique, photonique et
magnétisme.
5.6
: Structure Fédérative de Recherche "Nano-objets" :
Elle associe des laboratoires de physique de l'UCBL et de l'ENS
Lyon pour le développement de l'élaboration, de la caractérisation,
de l'étude des propriétés et des applications des nanomatériaux et
matériaux nanostructurés.
Formation
:
Formation
initiale :
ESCPE Lyon, INSA de Lyon,
Université de Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Formation
Continue : INSACAST, ESCPE FCR, Service de formation continue de l'Université
Claude Bernard Lyon1 (FOCAL).
Focus
sur les principales formations :
DUT Génie Civil (UCBL)
- Bâtiment
- Travaux publics et aménagement
Ingéniorat (INSA Lyon)
- Sciences et Génie des Matériaux
- Génie Mécanique Conception
Ingéniorat (ISTIL-UCBL)
- Matériaux et surfaces
Doctorat (Ecoles Doctorales)
- Matériaux de Lyon
Entreprises
:
Des entreprises
de haute technologie dans le domaine des matériaux sont implantées
sur le site de la Doua. L'INSA de Lyon héberge une pépinière d'entreprises
innovantes : Le Centre d'Entreprises et d'Innovation (géré par INSAVALOR,
filière de l'INSA de Lyon). Ce Centre, créé en 1990, s'étend à l'heure
actuelle sur 8800 m2 et accueille une trentaine d'entreprises. Dans
le domaine des matériaux, citons : Composite Concept, Moldflow,
INSACAST (métrologie, CND).
Doua
: quelques innovations et succès
Roulements
à bille
GEMPPM
Fatigue
de Roulement, prédiction de durée de vie de dispositifs (roulements
à billes) collaboration avec le LaMCos, UMR CNRS-INSA
Tubes
pour distribution d'eau
GEMPPM
Durabilité
des tubes de polyéthylène pour la distribution urbaine de l'eau
Prothèses
de hanche
GEMPPM
Prothèses
céramiques : mécanismes de dégradation et optimisation de leur
durabilité
Suivi
des centrales nucléaires
GEMPPM
Pouvoir
thermoélectrique : application à l'évaluation non destructive
des réacteurs nucléaires.
Gyromètres,
dispositifs électro-optiques et acousto-optiques.
LGEF
Mise
au point de nouvelles formulations de monocristaux ferroélectriques
à conversion électro-mécanique, acousto-optique et électro-optique
géantes.
Récupération
d'énergie, contrôle des coefficients de réflexion et de transmission
d'ondes acoustiques et contrôle des vibrations.
LGEF
Association
de matériaux à forte conversion et à grande stabilité et de
techniques originales de traitement de la tension issue de ces
matériaux.
Microcapteurs
biomédicaux
LPM
Capteur
non invasif pour monitoring de la température cérébrale chez
l'homme.
Technique
d'analyse SIMS
LPM
Amélioration
de la résolution en profondeur de l'analyse SIMS.
Cellules
Photovoltaïques Si
LPM
Nouvelles
technologies pour cellules solaires photovoltaïques Si pour
amélioration du rendement et du coût.
Matériaux
pour la microphotonique Si
LPM
Démonstration
d'une distribution optique de 1 à 16 sur Silicium par guide
en SOI
Microélectronique
LPM
Procédé
d'auto organisation de nanostructures et dispositifs à nanostructures.
Microcapteur
LPM
Utilisation
de la technologie d'isolation thermique par Si poreux pour les
capteurs dans l'automobile.
Fibres
continues de nitrure de bore
LMI
Application
dans le domaine de l'aérospatiale militaire. Collaboration avec
EADS et création d'une Equipe de Recherche Technologique
Matériaux
pour l'optique non linéaire
LMI
Limitation
optique en collaboration avec le FOI (Ministère de la Défense
suédois)
Epitaxie
de couches minces de SiC sur substrats SiC, Si et SOI
LMI
Microélectronique
et capteurs en atmosphère hostile. Collaborations avec SOITEC
et NOVASIC
Pièces
en alliages légers renforcées par des inserts
LMI
Applications
dans l'industrie automobile pour suspensions, transmissions
et moteurs) (collaboration avec VALFOND)
Collaborations
avec Thalès-Angénieux, SEAGATE, LETI-CEA, KODAK.
Théorie
et modélisation
LPMCN
Collaboration
avec Michelin.
Amplification
optique dans les fibres
LPCML
Collaboration
avec Alcatel.
Nouveaux
scintillateurs
LPCML
Utilisation
en imagerie médicale (collaboration avec TRIXELL).
Luminophores
LPCML
Collaborations
avec Rhodia et Thomson).
Cristaux
et verres
LPCML
Collaborations
avec Saint-Gobain et Corning.
Mise
en place d'un pilote de polycondensation
LMPB/IMP
Collaboration
avec l'ANVAR et la société Tergal
Nanocomposites
LMPB/IMP
Création
d'un consortium entre industriels (Atofina, Rhodia, Dow Corning,
Acome, IFP, Tetrapak, Kodak, CTTM, Cebal Alcan) et universitaires
pour les applications structurales et comme barrières.
Extrusion
et mise en oeuvre réactive
LMPB/IMP
Collaboration
avec Rhodia, Atofina, Multibase, Scamia, Clextral).
Pour identifier les laboratoires de recherche
et les entreprises de cette filière, cliquez ici >>
Les principaux
acteurs :
Recherche
- Formation - Entreprises
- Innovations et succès 
