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Carbones fonctionnels - Environnement - Biomatériaux

Depuis sa création, l’ICMN étudie les matériaux carbonés et ses compétences dans ce domaine lui donnent une lisibilité nationale et internationale. Cet intérêt s‘explique par l’existence d’une grande diversité des formes de carbone à l’origine de propriétés intrinsèques spécifiques, et donc d’applications en développement permanent. Au sein de cet axe, les activités de recherche se structurent autour des carbones nanotexturés fonctionnalisés, partant de l’élaboration du matériau jusqu’à son intégration dans des systèmes pour des applications dans des domaines relevant essentiellement de l’environnement (élimination des micropolluants et métrologie environnementale) ou des matériaux biocompatibles. Il faut souligner l’importance dans cet axe de l’électrochimie, qui est utilisée à la fois comme voie de synthèse, mais aussi pour la caractérisation des carbones fonctionnels et enfin dans le cadre du développement des systèmes.

Dans cet axe, notre démarche se situe à trois niveaux :

  • l’élaboration du matériau carboné fonctionnalisé : les recherches à ce niveau portent sur l’élaboration, la transformation et la fonctionnalisation des carbones, l’accent est particulièrement mis sur la mise au point de méthodologies de modification des surfaces et des interfaces par différents traitements (fonctionnalisation chimique ou électrochimique, traitement thermique à haute température, dépôt de couche active ou de passivation) pour le développement de matériaux carbonés fonctionnels.
  • l’étude de la réactivité interfaciale et des propriétés physico-chimiques : la réactivité interfaciale conditionne les propriétés des matériaux comme la biocompatibilité ou les propriétés d’adsorption par exemple. Elle intervient à la fois lors de l’étape de fonctionnalisation du carbone et lors de l’utilisation du matériau fonctionnalisé dans les systèmes. Elle est intimement liée aux caractéristiques chimiques, texturales et structurales des carbones. A ce niveau, la modélisation et la simulation numérique font partie intégrante de notre approche, avec pour objectif l’étude des propriétés structurales des carbones désordonnés poreux et les corrélations avec leurs propriétés thermodynamiques. Conjointement, des études expérimentales sont menées sur l’influence entre les caractéristiques physico-chimiques et structurales/texturales des carbones fonctionnels et les propriétés visées. Cette approche expérimentale repose sur l’utilisation des techniques de caractérisation structurale (RX, diffraction électronique) et texturale (SAXS-GISAXS, MET, adsorption des gaz), les techniques de caractérisation de la fonctionnalité de surface (IRTF, XPS, TOF-SIMS, TPD, CHONS), la diffusion aux petits angles (SAX-GSAX).
  • l’intégration des carbones dans des systèmes ou procédés : la recherche à ce niveau est consacrée au développement et à l’optimisation de systèmes ou de procédés relevant des applications environnementales, à la fois la dépollution et la détection des polluants dans des milieux aqueux (eaux naturelles, eaux de rejets industriels, eaux d’entrée de station d’épuration…). Nos projets de recherche menés dans le cadre de ces applications environnementales ont en ligne de mire les exigences réglementaires récentes et à venir sur la qualité chimique des eaux concernant les polluants prioritaires (fixée par la Directive Cadre Européenne) et émergents (résidus de médicaments, hormones).