Laboratoire commun IRCER Imerys – LIRYS

Dans le cadre de cette collaboration et d’une stratégie commune, il est attendu de pouvoir faciliter la montée en TRL grâce aux savoir-faire et aux capacités d’Imerys Aluminates sur différents procédés de synthèse de poudres céramiques de type oxyde comme la synthèse en fluide supercritique ou encore des procédés de fusion (fusion à l’arc électrique, fusion par induction). Ces procédés de synthèses mais également de mise en œuvre de poudres (broyage, classification, atomisation, traitement thermique ...) sont le cœur de métier d’Imerys et sont largement utilisés au sein du groupe, de l’échelle laboratoire à l’échelle industrielle en passant par des phases pilotes. De son côté, l’IrCer apporte son expertise dans les différents procédés de mise en œuvre des dépôts céramiques comme l’APS (Air Plasma Spraying) ou le SPS (Suspension Plasma Spraying) ainsi que ses connaissances dans la compréhension des phénomènes liés à la réalisation des dépôts en vue d’optimiser les matières premières ou les paramètres de dépôts.
Les axes de développements choisis pour initier cette collaboration concernent :
- Axe 1 : Les revêtements pour les turbines à gaz pour la production d'énergie avec les barrières thermiques.
- Axe 2 : Les revêtements de supports céramiques de cuisson pour des applications pour l'électronique ou encore les batteries Lithium-ion afin de réaliser des couches de protections pour la calcination de poudres réactives ou encore le frittage de pièces céramiques à forte valeur ajoutée.
Dans cette stratégie commune, il est considéré d’améliorer la durabilité des systèmes et les rendements thermiques et grâce à un acteur Français dans la synthèse de poudres céramiques, d’avoir une souveraineté nationale dans la production des matières premières pour la réalisation de dépôts céramiques dans des domaines stratégiques.

Le laboratoire LYRIS sera constitué de 2 axes : Barrières thermiques (axe 1) et Revêtements thermiques pour support de cuisson (axe 2).
Axe 1 : Les barrières thermiques constituent un axe prioritaire de développement au sein de LIRYS. Le laboratoire commun se positionne comme un acteur engagé dans le processus d’amélioration des propriétés des barrières thermiques et la construction d’une démarche solide de la production de l’intrant jusqu’à la réalisation du revêtement et la caractérisation de ses propriétés. Cela sera concrétisé de manière forte par un travail sur la poudre à travers deux innovations marquantes : Morphologique & Chimique.
Le changement climatique, causé par la libération de gaz à effet de serre par les activités humaines, telles que la combustion de combustibles fossiles, a un impact significatif sur la planète et devient de plus en plus une préoccupation majeure pour la société. L’amélioration des barrières thermiques pourra notamment permettre de réduire l’impact écologique de la production électrique par l’optimisation des turbines terrestres utilisées pour transformer le combustible en électricité.
L’entreprise Imerys est déjà présente sur ce marché par l’intermédiaire de la fourniture de poudres à ses clients. Les recherches menées dans cet axe permettront à l’entreprise d’augmenter ses volumes de ventes et de réduire son impact écologique.
Axe 2 : Il s’agit de développer des revêtements de supports céramiques de cuisson résistants au cyclage thermique à haute température et compatibles avec les matériaux à fritter ou les poudres à calciner.
Les supports de cuisson sont utilisés dans de nombreuses applications. A l'heure actuelle, les fournisseurs et utilisateurs de supports de cuisson réalisent soit des pièces massives ou utilisent des poudres céramiques qui sont disposées entre le support et la pièce à fritter. Ces systèmes ont des durées de vie limitées (environ 50 à 100 cycles).
Les marchés cibles dans le cadre du laboratoire commun concernent les applications à hautes valeurs ajoutées comme l’électronique (MLCC, ferrites ou matériaux piézoélectriques) ou encore le marché de l'énergie (calcination de poudres pour les matériaux de batterie ou encore les matériaux pour les piles à combustibles).

La problématique de recherche industrielle envisagée par Imerys Aluminates et l’IrCer est ambitieuse et comporte de multiples ramifications. Ainsi que cela a été abordé dans la feuille de route, les travaux initiés grâce au financement de l’ANR sont voués à perdurer sur de nombreuses années : d’une part, les résultats obtenus devront être poursuivis à l’échelle supérieure (jusqu’à TRL 8-9) ; d’autre part, les moyens d’essais développés, et les compétences et connaissances scientifiques acquises ont vocation à être exploités et valorisés au-delà de la durée du financement.
Les développements réalisés dans le domaine de la projection thermique pour les technologies existantes pourront par la suite être transposés et ajustés aux enjeux futurs, où l’utilisation de nouvelles sources d'énergie (hydrogène par exemple) pour remplacer les combustibles fossiles sera un enjeu majeur dans l’aéronautique ou la production d'énergie.
D’autres thématiques, comme le secteur de l'énergie avec les piles à combustibles ou encore les batteries (Li-ion, batteries à électrolytes solides) avec des compositions à base de zircone ou tout autre type de céramique oxyde, sont des axes de collaboration a forts potentiels.
La pérennisation du laboratoire commun passe avant tout par l’assurance de la continuité des revenus. Comme indiqué précédemment, en plus de 468 k€ de financement pendant les 4 premières années du LabCom, Imerys Aluminates s’engage à financer 55 k€/an (ressources et matières premières) à partir de la 5ème année pour au moins les 5 années qui suivront à la condition que les résultats du LabCom soient atteints. Il est considéré de pérenniser le poste de technicien. Par ailleurs, l’expertise qui sera acquise par le consortium correspond à des connaissances et un savoir-faire recherché par de nombreux industriels et laboratoires.

En cours

Dans le cadre du LabCom LIRYS, le laboratoire IrCer et l’entreprise Imerys Aluminates vont mettre en commun leurs expertises dans le domaine de la projection thermique et de la synthèse de poudres céramiques afin de développer des solutions innovantes et durables pour la réalisation de dépôts céramiques en couches minces dans des industries de pointe.

Dans le cadre de cette collaboration et d’une stratégie commune, il est attendu de pouvoir faciliter la montée en TRL grâce savoir-faire et aux capacités d’Imerys Aluminates sur différents procédés de synthèse de poudres céramiques de type oxyde comme la synthèse en fluide supercritique ou encore des procédés de fusion (fusion à l’arc électrique, fusion par induction). Ces procédés de synthèses mais également de mise en œuvre de poudres (broyage, classification, atomisation, traitement thermique ...) sont le cœur de métier d’Imerys et sont largement utilisés au sein du groupe de l’échelle laboratoire à l’échelle industrielle en passant par des phases pilotes. De son côté, l’IrCer apporte son expertise dans les différents procédés de mise en œuvre des dépôts céramiques comme l’APS (Air Plasma Spraying) ou le SPS (Suspension Plasma Spraying) ainsi que ses connaissances dans la compréhension des phénomènes liés à la réalisation des dépôts en vue d’optimiser les matières premières ou les paramètres de dépôts.

Les axes de développements choisis pour initier cette collaboration concernent :

- Axe 1 : Les revêtements pour les turbines à gaz pour la production d'énergie avec les barrières thermiques.

- Axe 2 : Les revêtements de supports céramiques de cuisson pour des applications pour l'électronique ou encore les batteries Lithium-ion afin de réaliser des couches de protections pour la calcination de poudres réactives ou encore le frittage de pièces céramiques à forte valeur ajoutée.

Dans cette stratégie commune, il est considéré d’améliorer la durabilité des systèmes et les rendements thermiques et grâce à un acteur Français dans la synthèse de poudres céramiques d’avoir une souveraineté nationale dans la production des matières premières pour la réalisation de dépôts céramiques dans des domaines stratégiques.