Une plongée au cœur de la matière et des matériaux

Dans une mousse liquide (souvent appelée "mousse de savon"), on observe la phase liquide qui se répartit entre des canaux liquides et des films fins. Cette structure particulière a des conséquences sur les propriétés physiques de la mousse, notamment sur la propagation du son. En étudiant comment le son se propage dans une mousse de savon, les chercheurs ont montré que les canaux liquides et les films ont des comportements très différents, conduisant à un blocage très efficace du son dans une…

Mousse de polyuréthane d’une porosité d’environ 98%, dont les pores, d’une taille d’environ trois millimètres, sont ouverts, c’est-à-dire non recouverts de membranes. Des chercheurs ont effectué des mesures comparatives sur des mousses en polyuréthane dites "ouvertes" et des mousses "fermées", c’est-à-dire dont les pores, de 0,5 à 3 millimètres de diamètre, sont séparés par des membranes très fines, de 1 à 5 micromètres d'épaisseur. Cela a permis de démontrer que, tout comme les mousses…

Mousse de polyuréthane d’une porosité d’environ 98% dont les pores, d’une taille d’environ trois millimètres, sont fermés par des membranes de 1 à 5 micromètres d'épaisseur. Des chercheurs ont effectué des mesures comparatives sur des mousses en polyuréthane dites "ouvertes" et des mousses "fermées". Cela a permis de démontrer que, tout comme les mousses liquides (des bulles de savon), les mousses solides fermées, même par de très fines membranes, sont d'excellents isolants acoustiques.

Recherches sur la physique et la mécanique de la matière divisée par modélisation et expérimentation. L’équipe de recherche PMMD s’intéresse en particulier aux propriétés mécaniques des assemblages de particules molles telles que les hydrogels.

Cette photographie révèle toute la fragilité d’une bulle de savon. Voyez ces irisations changeantes en surface : elles nous renseignent sur les infimes variations d’épaisseur de la bulle. Plus ces couleurs s’intensifient, plus la bulle s’amincie. Si elles tirent sur un jaune intense, comme ici au sommet de la bulle, l’éclatement est proche. En scrutant plus attentivement la surface de la bulle, on aperçoit également de minuscules tâches colorées (appelées "patches") qui s’élèvent vers son…

Derrière une île flottante, de l’écume de mer ou, ici, des bulles de savon, se cache une problématique scientifique : qu’elles glissent ou qu’elles frottent, comment les mousses interagissent-elles avec les surfaces qu'elles touchent ? En modifiant la rugosité d’une lame grâce à des petites billes de verre, de quelques dizaines de micromètres, ici en violet, les chercheurs se sont aperçus que ce n'est pas seulement la taille des bulles qui compte ! Pour qu’une mousse accroche et ne glisse plus,…

L’ascension d’un liquide dans un tube capillaire est un phénomène bien connu. Cette expérience cherche à le revisiter. Pour cette bambouseraie de laboratoire, les scientifiques ont généré une mousse dans un verre en bullant de l’air dans une solution savonneuse. En surpression par rapport à l’atmosphère, les bulles se vident aisément une à une dans les tubes de verre, formant chacune une lamelle. Mais plus elles s’accumulent, plus chaque nouvelle bulle entrant dans le tube s’élève lentement. L…

Des formes complexes, impossibles à réaliser par moulage, peuvent être obtenues par simple distorsion et chauffage local du vitrimère, un nouveau matériau organique. Ce nouveau concept de matériau a été mis au point au laboratoire MMC, Matière molle et chimie, CNRS/ESPCI Paris Tech. Il est façonnable à chaud comme le verre, élastique et insoluble comme le caoutchouc à température ambiante. Cette invention permet d'élaborer des pièces en polymères et composites, très difficiles, voire…

Pièce cruciforme réalisée en caoutchouc naturel étirée en traction équibiaxiale, afin de caractériser le comportement du matériau. Ce type de matériau élastomère est utilisé pour fabriquer des pièces servant à filtrer les vibrations dans les véhicules. Ces recherches sont menées au sein du laboratoire commun Elast-D3 entre l'Université de Rennes 1, le CNRS et Continental. L'objectif d’Elast-D3 est d'étudier le développement, la durabilité et les propriétés dynamiques des élastomères, afin de…

Plot en élastomère placé dans une machine d'essais mécaniques multiaxiale sur lequel sont effectués des tests de traction et de torsion. L'objectif est d’étudier la durabilité (résistance sous sollicitations répétées) de nouveaux matériaux élastomères. Ces recherches sont menées au sein du laboratoire commun Elast-D3 entre l'Université de Rennes 1, le CNRS et Continental. L'objectif d’Elast-D3 est d'étudier le développement, la durabilité et les propriétés dynamiques des élastomères, afin de…

Acquisition d'images du comportement d'une pièce cruciforme en élastomère étirée dans une machine de traction multiaxiale. Deux caméras installées de chaque côté de la pièce filment dans le visible et l'infrarouge. La mesure de température renseigne sur l'auto-échauffement généré par la déformation du matériau. Le couplage des techniques d'imagerie dans le visible et l'infrarouge permet d'accéder à la réponse calorimétrique du matériau. Ces mesures calorimétriques enrichissent les modélisations…

Dispositif permettant d'évaluer la rigidité d'un matériau sans le toucher. Il est composé d'une part d'une sphère en pyrex (verre spécial) et d'autre part d'un plan, également en pyrex, sur lequel est déposé un film élastique nanométrique à tester. Ce plan et le film sont plongés dans un liquide composé d'eau et de glycérol. Lorsque la sphère s'approche du film, elle pousse le liquide et créé un nano-écoulement. Ce nano-écoulement génère une très faible pression qui déforme légèrement le film s…

Substrat métallique (wafer de 4 pouces) utilisé pour la croissance de nouveaux matériaux 2D par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD). Il sera inséré dans le bâti pour la croissance de graphène. L'objectif est de réaliser des matériaux pour des applications dans le domaine de la nanoélectronique, la photonique, la détection, la microfluidique, l’électrochimie, la nanofabrication (MEMS, NEMS). PlatefOrme Élaboration des Matériaux (POEM) du C2N.

Couche mince de graphène (532 nm) observée en spectroscopie raman couplée à un microscope confocal. Cet échantillon a été réalisé par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD). L'objectif est de réaliser des matériaux pour des applications dans le domaine de la nanoélectronique, la photonique, la détection, la microfluidique, l’électrochimie, la nanofabrication (MEMS, NEMS). PlatefOrme Élaboration des Matériaux (POEM) du C2N.

Transistor à effet de camp (FET) basé sur des hétérostructures Van der Waals de matériaux bidimensionnels, vu en microscopie. Ce composant pourrait représenter une solution durable et fiable pour la récupération d'énergie en microélectronique. La nanostructuration sur les plaques de graphène (en magenta) améliore considérablement l'efficacité de la conversion d'énergie par effet thermoélectrique de la structure. Cette image a participé au prix de l'image Art & Science C'Nano 2023, dans la…

Nanowagons connectés en série sur un guide d’onde RF en or, sur un dispositif ultrabasse consommation d’électronique de spin, exploitant de nouveaux matériaux bidimensionnels comme le graphène. Dans chacun d’eux, un matériau ferromagnétique, le cobalt, est utilisé pour pomper un courant de spin pur dans une fine couche de graphène, où il va se propager. Il est ensuite converti en courant de charge via l’Effet Hall de Spin Inverse dans un barreau de palladium. Le courant de charge de tous les…

Lire dans le vivant, ses formes, ses matières ou ses structures pour imaginer les matériaux de demain. À l’image de cet os de seiche, dont l’architecture singulière se dévoile sous le microscope. Agencée tout en strates, en colonnes et en ondulations, sa microstructure lui confère des propriétés remarquables, alliant une rigidité importante malgré une densité très faible - près de 93 % de porosité. Constitué d’aragonite, un minéral de carbonate de calcium, l’os de seiche ne casse pas d’un coup…

Tricot en point de Jersey constitué d’un fil de nylon d’un diamètre de 0,15 mm. Pratique millénaire, le tricot possède des propriétés physiques particulières : alors que le fil qui le compose ne s’étire pas, le tissu peut se déformer et s’étendre jusqu’à atteindre plusieurs fois sa taille d’origine. En concevant un tricot en nylon, matériau inextensible, et en mesurant sa réaction aux tractions et déformations, des chercheurs ont mis en équation la physique du tricot. Ces travaux s’inscrivent…

Miroir parabolique du four solaire de 1 mégawatt du site PROMES d'Odeillo-Font Romeu, dans les Pyrénées-Orientales, avec sa tour foyer au premier plan. Aussi appelé MWSF (MegaWatt Solar Furnace), ce four est le plus puissant au monde (avec celui de Parkent en Ouzbékistan). Il se compose d'un miroir parabolique tronqué à facettes de 1 830 m² et de 18 m de distance focale, éclairé par 63 héliostats mobiles répartis sur une surface totale de 2 835 m², et d'une tour foyer. Les héliostats…

Billes d'alumine utilisées pour le stockage thermique de la microcentrale solaire MicroSol-R du site PROMES d'Odeillo-Font Romeu, dans les Pyrénées-Orientales. La microcentrale MicroSol-R (Microcentrale Solaire pour la Recherche) capte l'énergie des rayons solaires et la concentre dans un fluide caloporteur (huile thermique) qui est ensuite stocké dans une cuve de type thermocline. Afin d'augmenter la capacité de stockage par rapport à un réservoir d'huile chaude, 6 280 kg de billes d'alumine…

Amiante vitrifié utilisé pour le stockage thermique de la microcentrale solaire MicroSol-R du site PROMES d'Odeillo-Font Romeu, dans les Pyrénées-Orientales. La microcentrale MicroSol-R (Microcentrale Solaire pour la Recherche) capte l'énergie des rayons solaires et la concentre dans un fluide caloporteur (huile thermique) qui est ensuite stocké dans une cuve de type thermocline. Afin d'augmenter la capacité de stockage par rapport à un réservoir d'huile chaude, ces morceaux d'amiante vitrifié…

Réacteur MESOX (Moyen d'Essai Solaire d'Oxydation) du site PROMES d'Odeillo-Font Romeu, dans les Pyrénées-Orientales. Le réacteur est placé au foyer d'un four solaire et permet d'étudier le comportement de matériaux en phase de rentrée atmosphérique, comme certains véhicules spatiaux de l'Agence spatiale européenne (ESA) et les débris spatiaux. Le four solaire est composé d'un miroir à facettes de 6 kW qui reçoit les rayons solaires via un miroir plan extérieur et les concentre sur le réacteur,…

Réacteur REHPTS (REacteur Hautes Pression et Température Solaire) au laboratoire du site PROMES d'Odeillo-Font Romeu, dans les Pyrénées-Orientales, et en contrebas un miroir plan. Le réacteur est placé au foyer d'un four solaire de 6 kW et permet d'étudier le comportement de matériaux sous atmosphère contrôlée. Le four solaire est composé d'un miroir à facettes qui reçoit les rayons du Soleil via un miroir plan extérieur et les concentre sur le réacteur.

Déformation d’un ruban mou qui abrite la propagation d'une onde mécanique. Ce ruban est rétroéclairé par une dalle lumineuse présentant une coloration modulable dans l'espace. Il est le support de nombreux modes vibratoires. Pour une fréquence et une longueur d’onde bien spécifique, il y a coïncidence entre deux modes vibratoires. Autrement dit, le ruban peut se déformer simultanément de deux façons distinctes. Ce phénomène, appelé cône de Dirac, n’avait jamais été observé dans le monde de la…

Reproduction de la maille d’un cristal à l’échelle macroscopique à l’aide de cubes de deux centimètres d’arrête disposés dans un liquide à intervalles réguliers. Elle est utilisée pour observer un phénomène de guidage d’ondes. L’eau permet de rendre visible la propagation des ondes sous forme de vagues. Les isolants topologiques sont des matériaux conducteurs sur leur surface mais isolants dans leur volume. Cette propriété est utilisée pour guider les ondes grâce à la structure des cristaux. La…

Modélisation des vagues à la surface de l’eau guidées à l’interface de deux domaines d’un même cristal de symétrie carrée. Cette expérience reproduit la maille d’un cristal à l’échelle macroscopique, à l’aide de cubes de deux centimètres d’arrête disposés dans un liquide à intervalles réguliers. L’eau permet de rendre visible la propagation des ondes sous forme de vagues. Les isolants topologiques sont des matériaux conducteurs sur leur surface mais isolants dans leur volume. Cette propriété…

Lorsqu’une combustion d'un jet d’hydrocarbure est incomplète, les atomes de carbone peuvent s’agglomérer pour former des particules de suies solides aux effets nocifs pour la santé et l’environnement. Sur cette image, la flamme est en bleu et rouge ; les particules de suies sont en jaune. L’éclairage de la flamme par un plan laser à haute cadence - 10 000 images par seconde - permet de visualiser finement la valse des particules : ici, elles se regroupent et sont concentrées sous forme de…

Base de mesure compacte et rapide Starlab qui sert à caractériser un prototype d'antenne adaptative fonctionnant dans les bandes de fréquence de la téléphonie mobile et qui est capable de modifier son rayonnement. Antenne à base de métamatériaux.

Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

Structure poreuse en céramique favorisant la croissance osseuse. Le laboratoire MATEIS rassemble des équipes pluridisciplinaires (chimie, physique, mécanique…) qui étudient métaux, céramiques et polymères ainsi que leurs composites afin de développer des matériaux multifonctionnels pour la santé, l’énergie, le transport ou le bâtiment.

Structure 3D en céramique obtenu grâce au Premier appareil CERAMAKER installé en France sur la plateforme 3DFab de l’Axel’One Campus, par le laboratoire Matériaux : ingénierie et science (MATEIS). Ce laboratoire rassemble des équipes pluridisciplinaires (chimie, physique, mécanique…) qui étudient métaux, céramiques et polymères ainsi que leurs composites afin de développer des matériaux multifonctionnels pour la santé, l’énergie, le transport ou le bâtiment.

Prothèse dentaire en céramique, réalisée dans le cadre du laboratoire commun LEAD (labcom ANR 2014), regroupant le laboratoire Matériaux : ingénierie et science (MATEIS) et la société Anthogyr. L'objectif est de développer la formulation, la caractérisation technique et biologique ainsi que les procédés de mise en forme de matériaux pour des applications dentaires. Le laboratoire MATEIS rassemble des équipes pluridisciplinaires (chimie, physique, mécanique…) qui étudient métaux, céramiques et…

Pièce dentaire en métal, élaborée par fabrication additive pour obtenir la forme renseignée dans le fichier des données du patient. Elle a été réalisée dans le cadre du laboratoire commun LEAD (labcom ANR 2014), regroupant le laboratoire Matériaux : ingénierie et science (MATEIS) et la société Anthogyr. L'objectif est de développer la formulation, la caractérisation technique et biologique ainsi que les procédés de mise en forme de matériaux pour des applications dentaires. Le laboratoire…

Echantillon de substrat semiconducteur avec des composants de puissance utilisés dans la conversion d'énergie. Il sera placé dans une enceinte sous vide au sein d'une station de tests sous pointes, haute tension, haute température et vide secondaire, pour des mesures diélectriques. L'objectif est de comprendre et connaître la performance du composant sous haute tension, en fonction des paramètres de l’étude, en vue d’optimiser la technologie et le design du composant.

Station de tests sous pointes, haute tension, haute température et vide secondaire. Elle permet de réaliser des mesures diélectriques sur des échantillons de matériaux isolants ou de composants à semiconducteur passivés, utilisés dans la conversion d’énergie. Ces mesures ont pour objectif d'optimiser la tenue à haute tension des matériaux, par l’étude des caractéristiques électriques et optiques jusqu’à la tension de rupture.

Cape d'invisibilité pour les vagues ou bouclier anti-tsunami. Cette structure hérissée de petits plots, est usinée dans un disque d'aluminium de 20 cm de diamètre. Son rayon extérieur est de 10 cm. Le métamatériau utilisé se comporte comme un fluide anisotrope forçant les vagues à contourner la zone centrale. Ce type de structure pourrait constituer une nouvelle voie pour préserver certaines zones côtières de l'érosion, ou protéger des installations maritimes, telles que les plateformes…

Déploiement d'un ruban composite bistable au Laboratoire de mécanique et d'acoustique (LMA). Il est stable aussi bien dans les positions enroulée et déroulée. La bistabilité apporte un déploiement harmonieux, à l’inverse d’un ruban classique qui se déploie de façon anarchique. Les rubans composites bistables classiques subissent une torsion importante lorsqu'ils sont soumis à des variations de températures, ce qui est problématique dans un environnement spatial. Utilisé dans le projet de…

Contrôle non-destructif des structures en béton. Une méthode de détection par ultrasons a été développée au Laboratoire de mécanique et d'acoustique (LMA) pour repérer l’endommagement du béton au stade de la microfissure. Cette méthode s'applique au domaine du génie civil, et plus particulièrement aux installations nucléaires. Grâce à un logiciel créé par Los Alamos National Laboratory, il est possible d'observer les réactions du ciment à des vibrations de plus en plus fortes, d'en déduire son…

Contrôle non-destructif des structures en béton. Une méthode de détection par ultrasons a été développée au Laboratoire de mécanique et d'acoustique (LMA) pour repérer l’endommagement du béton au stade de la microfissure. Cette méthode s'applique au domaine du génie civil, et plus particulièrement aux installations nucléaires. Grâce à un logiciel créé par Los Alamos National Laboratory, il est possible d'observer les réactions du ciment à des vibrations de plus en plus fortes, d'en déduire son…

Essai de compression d’un milieu granulaire photo-élastique entre des polariseurs croisés. Le dispositif expérimental associe une machine permettant la compression de la particule, une source de lumière polarisée, des grains biréfringents et un polariseur. Le système est imagé entre des polariseurs croisés au cours du chargement. Une méthode d’analyse inverse des images obtenues permet alors de calculer les forces appliquées sur chacun des grains. Cette étude permet d’avancer dans la…

Milieu granulaire photo-élastique comprimé entre des polariseurs croisés. Le dispositif expérimental associe une machine permettant la compression de la particule, une source de lumière polarisée, des grains biréfringents et un polariseur. Le système est imagé entre des polariseurs croisés au cours du chargement. Une méthode d’analyse inverse des images obtenues permet alors de calculer les forces appliquées sur chacun des grains. Cette étude permet d’avancer dans la compréhension du…

Lorsque l’on dépose une goutte d’eau liquide sur une surface glacée, le front de gel se propage du bas vers le haut pour former une pointe à son sommet. Ici, ce ne sont pas les cristaux graciles s’élevant au bout de la pointe qui intriguent les scientifiques mais la forme et l’angle de cette dernière. Sur l’image, la différence entre une goutte d’eau pure, à gauche, et une goutte d’eau contenant un tensioactif, à droite, est frappante. Ces variations morphologiques révèlent ainsi qu’une simple…

Ces étendues colorées, en vert, sont des poussières de carbone créées par un plasma d’argon, en mauve. Soumis à un champ électrique, les ions du plasma heurtent les deux disques de quatre centimètres de diamètre recouverts de carbone et en éjectent des atomes qui vont interagir et s’agglomérer pour former des molécules de plus en plus grosses, puis des poussières de quelques centaines de nanomètres. Contraintes par différentes forces, ces poussières restent en suspension, provoquant une…

Minuscules éponges dures et denses, les zéolithes sont des cristaux extrêmement poreux aux propriétés pour le moins uniques : un seul gramme de zéolithe comprend des milliards de pores et de cavités de taille proche du nanomètre, soit une surface intérieure pouvant atteindre… 900m² ! Sur cette image, on observe un agencement plutôt esthétique de cristaux de zéolithes posés sur du scotch carbone. On cherche ici à explorer et caractériser à l’échelle du nanomètre l’organisation interne de ces…

Tout au long de leur utilisation, les matériaux sont soumis à des contraintes mécaniques (par exemple un impact imprévu) ou thermiques (comme un écart de température) qui les déforment et les endommagent. Au sein du matériau, cela se traduit par la formation et la propagation de nombreux défauts. Mais ce n’est qu’en utilisant des simulations numériques que l’on peut comprendre, et donc prédire, leur comportement collectif. Sur cette image, issue d'une modélisation numérique, on voit un…

Dans cette petite ville fantomatique, des gratte-ciel de silicium se dressent sur quelques dizaines de microns. Il s’agit en fait d’une expérience de microélectronique. Ces structures ont été créées à la suite d’une gravure par plasma sur un échantillon de silicium, un procédé de fabrication développé pour la découpe de microcellules pour le photovoltaïque concentré (CPV). Ici, la plaque de silicium n’a pas eu l’homogénéité attendue : la technique de gravure et la présence d’un contaminant dans…