Matrices de Pyrocarbone à l’échelle nanométrique: Caractérisation – Modèles – Propriétés – PyroMaN

Tâche 1 : Préparation d'échantillons de divers pyrocarbones (feuilles minces ou épaisses, poudres) & caractérisations diverses (densité,DRX, Raman, Neutrons, ...)
Tâche 2 :MET: fond noir, franges de réseau, EELS
Tâche 3 : Analyse d'images HRTEM-LF et synthèse d'images 3D à partir de données 2D
Tâche 4 : reconstruction atomistiques guidée image pour produire des modèles structuraux de pyrocarbones et des prévisions de propriétés
Tâche 5 : Relation structure-propriété

Produits attendus:
(i) Une base de données exhaustive de pyrocarbones et leurs propriétés
(ii) des modèles atomistiques et mésoscopiques des pyrocarbones, adaptés au calcul de leurs propriétés physiques et chimiques
(iii) de nouveaux outils pour l'interprétation d'images MET (analyse d'images et de textures) et pour la reconstruction (synthèse 3D)
Résultats attendus : meilleure connaissance de la structure multi-échelle et de la relation structure-propriétés

Les carbones denses sont d'une importance particulière dans les matériaux thermostructuraux comme les fibres de carbone, les composites Carbone/Carbone, les graphites nucléaires, etc ..., qui sont impliqués dans des applications aérospatiales et énergétiques (fusion, fission nucléaires)
Ce travail peut apporter à l'ingénieur des directions d'optimisation de ses matériaux en vue d'une application précise.

Publications & communications du projet (06/2012): 2 articles, 5 conférences internationales dont 1 invitée, 4 conf. nationales

Publications & communications autour du projet au sens large (2009-2012) : 4 articles, 9 proceedings (3 referencés), 16 conférences internationales dont 2 invitées et 6 posters, 8 conférences nationales dont 3 posters.

Ce projet vise à atteindre une description quantitative de l'arrangement
des atomes dans des pyrocarbones, matériaux à haute valeur ajoutée qui ont la particularité de
contenir ordre et désordre à diverses échelles partant du nanomètre tout en étant denses et anisotropes, ainsi que de comprendre la relation entre leur structure et leurs propriétés physiques et chimiques d’intérêt, grâce à une évaluation numérique complète, mise en regard de mesures expérimentales.
Le travail est articulé en cinq phases.
La première consiste à préparer des échantillons et à obtenir
des données les plus précises et quantitatives possible sur divers
échantillons, en particulier avec des
méthodes de diffraction/diffusion de rayons X et neutrons.
La deuxième est dévolue à l’utilisation des méthodes de microscopie
électronique en transmission (HRTEM, EELS, EXELFS, etc...) et de diffraction des électrons (SAED).
La troisième est une étape d'analyse et de synthèse des images obtenues
par HRTEM, permettant en particulier un passage 2D-3D.
Enfin, la dernière permet (i) d’une part, de reconstruire des structures atomiques par des
méthodes ad hoc, guidées par les images de synthèse de l’étape 3 et des autres données, et de valider leur pertinence en simulant des spectres et images comparables aux données obtenues à la première et à la seconde étape;
(ii) d’autre part, d’utiliser les représentations atomiques obtenues pour
calculer de nombreuses propriétés physico-chimiques de ces matériaux.
Toutes ces tâches seront développées à deux échelles : d’une part, à l’échelle atomique, et d’autre part, à une échelle supérieure (méso-échelle) pour produire des propriétés effectives des matériaux.
La tâche finale sera de rationaliser les relations entre les
structures et les propriétés.