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l’expertise en structuration de surface pour de nombreuses applications industrielles

Surfaces nanostructurées

Publié le 6 octobre 2016

Les équipes de recherche du LITEN spécialisées dans les surfaces nano-structurées concentrent leurs recherches autour de trois grandes thématiques :

La catalyse hétérogène pour les applications de gaz d’échappement moteur


L’agencement des pièces mobiles dans les moteurs et leur structuration de surface est de nature à réduire les frottements, à limiter la consommation, et donc à diminuer l’émission de gaz nocifs d’échappement de voiture. Les travaux portent donc sur toute la chaîne moteur jusqu’au traitement des gaz d’échappement par des catalyseurs. Le Liten est ainsi à l’origine de pots catalytiques nouveaux aux normes Euro 7 et Euro 8, qui arriveront sur le marché d’ici 2018 et 2020. Cette thématique bénéficie d’une dizaine d’années de recherche.
Les savoir-faire de l’institut sont aussi mis en œuvre dans d’autres applications, comme le plasma photo catalyse pour le traitement de l’air dans les domaines des transports ferroviaire et aérien. Les filtres à charbon classiques intégrés dans les avions pourraient ainsi être remplacés par des catalyseurs qui traiteraient une gamme bien plus étendue de gaz nocifs, avec des capacités de régénération dont ne disposent pas aujourd’hui les filtres à charbon classiques. Les temps d’immobilisation pour maintenance de filtres des avions se trouveraient ainsi significativement réduits. Le traitement des atmosphères gazeuzes à l’intérieur de l’habitacle des véhicules automobiles des mégapoles constituent également des applications prometteuses, de même que le traitement de l’air dans les espaces confinés comme les sous-marins.

AVANTAGES

  • ​Les améliorations portent sur la limitation des émissions en oxyde d’azote, monoxyde de carbone, dioxyde de souffre et en hydrocarbures. Les rejets de particules se trouvent significativement réduits. 
  • Les catalyseurs conçus par le Liten permettent aussi une économie de ressources puisque les métaux utilisés, parmi les plus chers de la planète (platine, palladium, rhodium), sont réduits d’un facteur 3 par rapport aux produits standards actuellement sur le marché. 
  • Les technologies sont qualifiées grâce à  des mesures réalisées par l’IFPEN.

Les nouveaux matériaux à base de nanotubes de carbone et de graphène

Ces matériaux très légers combinent de façon unique d’excellentes propriétés électriques, techniques et mécaniques. Or il est possible, en filant ces matériaux, de les assembler à une échelle macroscopique en conservant leurs propriétés. Ils présentent donc un intérêt majeur dans la réalisation de câbles, comme alternative à l’aluminium et au cuivre, deux métaux chers à produire, extraire et recycler. Ils permettent à la fois une économie de ressources et un gain de poids, cruciaux par exemple dans le transport aérien, puisqu’un avion comme un Airbus A 380 embarque jusqu’à 5 à 5,5 tonnes de câbles (100 kg pour l’équivalent en nanotubes de carbone). Cette substitution représente un gain d’énergie pour les transports et des procédés de recyclage moins coûteux.
À l’échelle du laboratoire, le Liten produit déjà des câbles en nanotubes de carbone de plusieurs centaines de mètres, jusqu’au kilomètre. Toute la petite connectique d’un avion peut donc dans un premier temps être concernée. Une substitution plus systématique à l’échelle industrielle ne peut s’envisager que sous 5 à 10 ans.

AVANTAGES
  • Les nanotubes de carbone représentent des alternatives intéressantes pour toutes les applications où les économies de matières constituent un enjeu fort. Ils peuvent se substituer à des matériaux, des métaux complexes à obtenir, rares ou coûteux.
  • Les matériaux ainsi obtenus peuvent être fonctionnalisés et présenter ainsi des propriétés nouvelles (capteurs, etc.)
  • La Structuration et la mise en forme de surfaces


Les recherches conduites ici constituent le dénominateur commun des deux précédentes. Tous les savoirs en terme de structuration et mise en forme des surfaces sont réunis pour répondre aux besoins des industriels en matériaux présentant de propriétés exceptionnelles de conductivité électrique, thermique, ou mécaniques très fortes.
De nombreux outils sont ainsi disponibles au Liten pour réaliser de la structuration de surface sur tous types de matériaux (acier, aluminium, céramiques, plastiques, textiles…). Ces opérations sont réalisées à l’échelle micrométrique ou nanométrique pour amplifier les propriétés physiques ou chimiques des matériaux. Certaines applications peuvent être intégrées immédiatement par les industriels, d’autres donner lieu à des travaux de R&D encore importants, comme celles liées au développement de solutions pour limiter les contaminations dans les dispositifs de climatisation et tours de réfrigération. La mise au point de dépôts minces nanostructurés a déjà montré de bons résultats et semble une voie prometteuse pour relever ces défis de santé publique.

Exemples de réalisations :

  • ​Développement de propriétés anti reflets pour les panneaux solaires afin d’amplifier le gain optique du rayonnement reçu par les cellules solaires.
  • Mise au point de lentilles de Fresnel nanostructurées pour le département du photovoltaïque à concentration.
Texturation de surfaces pour l’industrie textile afin de rendre des tissus hydrophiles ou hydrophobes, poreux ou étanches, anti bactériens, auto nettoyants. Certaines de ces fonctionnalités sont notamment intégrées dans les travaux autour du véhicule du futur.

REPÈRES

  • Une vingtaine de chercheurs répartis entre le CEA Liten et le laboratoire Hubert Curien de l’Université Jean Monnet de Saint-Etienne.
  • Une dizaine de  brevets.
Vidéo1-STRUCTURATION.mp4



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  •  Une vingtaine de chercheurs répartis entre le CEA Liten et le laboratoire Hubert Curien de l’Université Jean Monnet de Saint-Etienne.
  • -  Une dizaine de  brevets.
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