Centre de Recherche sur la Matière Divisée - FRE 3520

Jeudi 27 Juin 2013

Fabienne Warmont — 2013-06-18T05:33:13Z

Weathering crust and dust on limestone monuments : physical properties, chemical composition and environmental control

D^r Ákos Török, Department of Construction Materials and Engineering Geology – Université de Budapest

Résumé :

Limestone monuments located in urban, industrial and rural areas often show different weathering features. Weathering crusts, settling dust and host limestone samples were collected in Hungary and Germany at 13 sites. Micro-fabric (microscopy, SEM), mineralogical composition (XRD) and trace element distribution (LA-ICPMS) were analyzed to understand the contribution of dust to the formation of weathering crusts. Both weathering crusts and the dust found at urban sites are enriched in gypsum. In dust samples siliceous fly-ash particles are more common, than carbonaceous ones in both countries indicating the longer term stability of these particles. Mineral fragments in dust are abundant and their composition represents the geology of the background area. Gypsum crystal aggregates were also identified within dust samples indicating the rapid sulphation process. Lead mostly accumulates in dust, but also in the black crust, showing the highest lead concentrations close to the crust/limestone boundary. PAH was also recorded in dust and also in the limestone. The study suggests that both settling dust and black crust samples collected from limestone buildings could be used as environmental indicators of past and recent pollution levels.

Jeudi 27 Juin 2013

Fabienne Warmont — 2013-06-18T05:29:02Z

Weathering crust and dust on limestone monuments : physical properties, chemical composition and environmental control

D^r Ákos Török, Department of Construction Materials and Engineering Geology – Université de Budapest

Résumé :

Jeudi 20 Juin 2013

Fabienne Warmont — 2013-06-18T05:26:46Z

Non-porous Hybrid Gels and their application for the hermetic barriers for microelectronics

D^r. Andrei Jitianu - Lehman College - New York

Résumé :

Hermetic barriers are desirable materials for electronic industry. These are an essential part of microelectronics, micro-electromechanical systems (MEMS), displays using organic-light emitting diodes (OLEDs) and electrochemical devices, such as microbatteries. The hermetic seals prevent the penetration of outside contaminants such as humidity and other gases to infiltrate into electronic devices and degrading their performance.

Due to their low temperatures of softening and consolidation the hybrid organic-inorganic melting gels can be used for hermetic barrier applications. Two important properties of the melting gels make them usable as a hermetic barrier ; one is their high hydrophobicity and second is their lack of porosity. The main objective is to fabricate the hermetic barrier materials which have low temperature of processability and high hydrophobicity.

The hybrid melting gels were synthesized by the sol-gel method using mono-substituted silanes such as methyltriethoxysilane (MTES) and di-substituted silanes such as dimethyldiethoxysilane (DEDMS). The mixtures and the resulting melting gels have been characterized for their softening temperatures and consolidation temperatures. With an interest in using these materials for sealing microelectronics, their physical properties have been measured.

lundi 17 Juin 2013

Fabienne Warmont — 2013-06-18T05:24:51Z

Analyse expérimentale et modélisation du séchage et de ses effets sur le comportement des matériaux cimentaires

Farid Benboudjema - ENS Cachan

Résumé :

L'exposition des matériaux cimentaires à une humidité relative environnante, inférieure en général à celle régnant au sein du matériau est à l'origine d'un déséquilibre hygrométrique. Ce déséquilibre se traduit par un mouvement de l'eau (sous forme liquide et vapeur) de l'intérieur du matériau vers l'extérieur, conduisant au séchage de celui-ci. Le séchage est un phénomène complexe, dont une modélisation simplifiée a été proposée et validée

Le séchage dans les matériaux cimentaires a plusieurs effets. D'une part, il est le moteur de déformations différées : le retrait de dessiccation et le fluage de dessiccation. D'autre part le degré de saturation a une influence importante sur le transfert des gaz (perméation) et sur le coefficient de diffusion des espèces ioniques.

Le retrait de dessiccation induit un effet de structure à plusieurs échelles. En effet, la zone en peau d'éléments en béton a tendance à se contracter plus que les zones de cœur. Les conséquences sont la création de contraintes de traction en peau et de contraintes de compression en cœur. Des microfissures apparaissent alors en peau. A l'échelle des hétérogénéités du matériau, seule la pâte de ciment subit la déformation de retrait de dessiccation, les granulats présents dans le béton ne subissent pas de variation dimensionnelle significative sous l'effet du séchage. Les déformations différentielles résultantes entre la pâte de ciment et les granulats sont donc à l'origine d'un système d'auto-contraintes. Ce système peut conduire à une microfissuration de la matrice cimentaire à l'interface granulat / pâte de ciment.

L'étude de cette fissuration a été menée par le biais d'essais classiques, et également originaux qui seront présentés. L'essai à l'anneau où le matériau cimentaire est coulé autour d'un anneau métallique permet d'étudier la fissuration par retrait empêché. Egalement, la corrélation d'image permet d'avoir une analyse quantifié de la fissuration (longueur de fissure, ouverture), permettant de déterminer la durabilité vis-à-vis d'agressions externes. Une stratégie de modélisation à différentes échelles a également été mises au point et sera présentée.

Soutenance de thèse - Tifenn BOUTARD - Mercredi 26 Juin 2013

Fabienne Warmont — 2013-06-04T12:06:25Z

Tifenn Boutard soutiendra sa thèse le mercredi 26 juin 2013.

Sujet : Synthèse et caractérisation de dioxyde de cérium nanométrique.
Applications à la protection topique contre les agents chimiques de guerre et civils et à la photoprotection topique

Rapporteurs :
Stéphanie BRIANCON Professeur, Université de Lyon 1
Oscar AWITOR Professeur, Université d'Auvergne

Jury :
Lévi ALLAM Professeur, Université d'Orléans
Oscar AWITOR Professeur, Université d'Auvergne
Stéphanie BRIANCON Professeur, Université de Lyon 1
Céline COUTEAU Maître de Conférences HDR, Université de Nantes
Thierry DEVERS Maître de Conférences HDR, Université d'Orléans
Denis JOSSE Docteur, Service Départemental d'Incendie et de Secours des Alpes-Maritimes
Christos ROUSSAKIS Professeur, Université de Nantes
Laurent TAYSSE Docteur, Délégation Générale de l'Armement maîtrise NRBC

Jeudi 6 Juin 2013

Fabienne Warmont — 2013-05-21T11:07:01Z

Les biomolécules et le monde minéral : vectorisation, dépollution et origines de la vie

D^r. Maguy Jaber Laboratoire de Réactivité de Surface, Equipe Bioninterfaces - UPMC

Résumé :

Avant la biochimie, existait certainement un monde minéral, déjà riche en complexité et évolutif. Cette structuration du minéral peut-elle avoir influencé, facilité, orienté... la structuration des biomolécules, dont les précurseurs étaient fournis par la chimie prébiotique ou livrés par les météorites ?

Cette présentation portera sur la réactivité de certaines biomolécules avec des matrices minérales poreuses. Le L-DOPA est une molécule fascinante. Acide aminé non essentiel, précurseur de neurotransmitteurs (dopamine, épinéphrine) est capable de passer la barrière sang-cerveau, il est utilisé pour cette raison dans le traitement de la maladie d'Alzheimer. Le confinement de cette molécule dans deux types de matériaux poreux nous a permis de comprendre la complexité de son mécanisme d'oxydation. La cystéine, quant à elle, possède différentes fonctionnalités complexantes permettant de préparer des composites capables de piéger des polluants inorganiques et organiques avec des teneurs élevées.

Par ailleurs, les matrices argileuses présentent un intérêt du point de vue de la sélectivité d'adsorption des acides aminés, qui constitue un des problèmes les plus épineux de beaucoup de scénarios prébiotiques. Comment, à partir des mélanges très complexes de molécules apparentées formées lors des épisodes précédents, un nombre limité de biomolécules a-t-il pu être sélectionné pour la construction du vivant ? Une première réponse est l'adsorption sélective. Elle est amplement démontrée dans le cas de l'adsorption sur les argiles de type smectite, échangeurs cationiques, qui peuvent concentrer sélectivement les acides aminés dont la spéciation favorise une forme cationique. L'inverse est vrai pour les hydrotalcites, échangeurs anioniques, et d'autres sélectivités d'adsorption moins immédiates à rationaliser sont parfois observées. Les progrès vers la compréhension fondamentale de cette réactivité sont assez lents car les systèmes impliqués ont toujours été étudiés de façon très phénoménologique. L'approche « réactivité de surface » reste à développer.

Ce type d'études dans un domaine encore largement en friche représente un progrès qualitatif vers la compréhension du transfert d'information chimique du domaine inorganique vers le domaine du vivant. Au-delà des acides aminés, des phénomènes semblables paraissent se manifester dans la polymérisation des phosphates, ou la phosphorylation des molécules organiques. En résumé, les résultats de ces études représentent un pas important vers la compréhension de la chimie prébiotique, mais également ils peuvent être utilisés pour le développement de matériaux nouveaux et ouvrir la porte vers de nouvelles applications.

Jeudi 16 mai 2013

Fabienne Warmont — 2013-05-14T11:08:28Z

Organisational and dynamical properties of interlayer water in smectites

Eric Ferrage - IC2MP, Poitiers

Résumé :

The crystal-structure and stepwise hydration behaviour of smectite as a function of relative humidity (RH) have been extensively studied by X-ray diffraction (XRD). With increasing RH and under non-saturated conditions, smectite typically shows a stepwise hydration behaviour corresponding to the intercalation of 0, 1 or 2 discrete sheets of water molecules in its interlayer. However, heterogeneities of charge location (between octahedral and tetrahedral sheets) and/or of charge amount (from one interlayer to the other or within a given interlayer) most often lead to the coexistence of different hydration states within smectite crystals. Profile modelling of XRD patterns recorded on hydrated smectites has shown hydration heterogeneity to be systematic, thus impeding the precise structural characterization of smectite. For instance this numerical approach allows precisely determining the actual smectite layer thickness whereas the qualitative measurement of the 001 reflection position on experimental XRD patterns can lead to a dramatic overestimation of the interlayer thickness used in numerical studies.

Although powerful, XRD accounts poorly for the actual statistical positional disorder of interlayer species (H2O, cations). Computational simulations provide relevant information by supplying detailed molecular pictures of the system. Still, relatively few studies have confronted simulation results with experimental data and existing comparisons do not allow fully assessing the validity of the semi-empirical atomic interaction parameters used in theoretical simulations. In a first step, hydration behaviour of two synthetic Na-saponites with different layer charges (0.4 and 0.7/O10(OH)2) was studied by XRD from 92% RH down to 0% RH[1]. Calculated XRD patterns were then fitted to experimental profiles to determine for each sample the RH conditions to obtain almost homogeneous mono-hydrated and bi-hydrated state. Additional neutron diffraction (ND) patterns on both H2O and D2O saturated specimens were used to increase the contrast of sensitivity of the modelling approach towards water[2]. Layer thickness derived from XRD was used to constrain a simulation box for Grand Canonical Monte-Carlo simulations (GCMC-µ,V,T). The obtained density profiles of interlayer species were then introduced for calculation of XRD and ND patterns whereas water content was compared to that determined from gravimetric water sorption measurements. Depending on the choice of atomic interaction potentials, GCMC simulations were shown to allow matching experimental water contents and fitting the complete set of diffraction data[2]. Relevant information was then derived concerning the influence of layer charge on the orientational properties of interlayer water molecules.

In a second step, the dynamical properties of interlayer water were studied by means of three-axis neutron spectroscopy and molecular dynamics (MD) simulation[3,4]. MD simulations were performed on the basis of atomic interaction potentials that allowed reproducing the full set of diffraction data. The MD simulated quasi-elastic spectra were shown to be equivalent to the experimental ones. Such strategy provided classical information on the influence of clay crystal chemistry on water and ion dynamical features as well as reliable additional information on (i) dynamics associated to different types of water molecules (bonded or not to interlayer cations) and (ii) interlayer cation dynamics[4].

References :

[1] Ferrage E., Lanson B., Michot L.J. & Robert J.L. (2010) Hydration properties and interlayer organization of water and ions in synthetic Na-smectite with tetrahedral layer charge. Part 1. Results from X-ray diffraction profile modeling. Journal of Physical Chemistry C, 114(10), 4515-4526.

[2] Ferrage E., Sakharov B., Michot L.J., Delville A., Bauer A., Lanson B., Grangeon S., Frapper G., Jiménez-Ruiz M. & Cuello G. (2011) Hydration properties and interlayer organization of water and ions in synthetic Na-smectite with tetrahedral layer charge. Part 2. Towards a precise coupling between molecular simulations and diffraction data. Journal of Physical Chemistry C, 115(5), 1867-1881.

[3] Jiménez-Ruiz M., Ferrage E., Delville A. & Michot L.J. (2012) Anisotropy on the collective dynamics of water confined in swelling clay minerals. Journal of Physical Chemistry A, 116, 2379-2387.

[4] Michot L.J., Ferrage E., Jiménez-Ruiz M., Boehm M. & Delville A. (2012) Anisotropy features of water and ions dynamics in synthetic Na- and Ca-smectite with tetrahedral layer charge. A combined QENS and molecular dynamics simulations study. Journal of Physical Chemistry C, 116, 16619-16633.

Jeudi 20 Juin 2013

Fabienne Warmont — 2013-05-14T11:07:06Z

Non-porous Hybrid Gels and their application for the hermetic barriers for microelectronics

D^r. Andrei Jitianu - Lehman College - New York

Résumé :

Ouvrage : L'énergie à découvert

Fabienne Warmont — 2013-04-15T10:00:38Z

L'énergie est devenue une question vitale pour les sociétés, le citoyen, l'humanité tout entière. Sujet scientifique, économique, politique et écologique majeur, elle suscite des débats, parfois violents, sur les choix à faire aujourd'hui et leurs conséquences pour l'avenir des hommes et de la planète. Mais, alors que se tient le grand débat national sur la transition énergétique, comment se forger une opinion objective sans connaître les données scientifiques les plus complètes sur les potentiels et les limites de chaque source d'énergie ? Ce livre les met enfin à la disposition du public.

L'énergie, qu'est-ce que c'est ? Quelles sont les grandes lois physiques qui la gouvernent ? Comment la produire, la transporter, la stocker ? Le solaire, la biomasse, l'éolien, l'hydraulique sont-ils des solutions alternatives suffisantes ? Et quelle part leur réserver à l'avenir ? Les nombreux articles de ce livre (près de 130) proposent au citoyen des outils pour se faire une opinion face à ces questions. Physiciens, chimistes, biologistes, géophysiciens, environnementalistes, géographes, économistes, y précisent, chiffres et schémas à l'appui, la place respective des énergies fossiles, du nucléaire et des énergies renouvelables. Au-delà, ils expliquent quelles sont les perspectives offertes par la science sur le mix énergétique, le problème du stockage, l'amélioration de nos usages de l'énergie, ses impacts environnementaux et sanitaires.

Un panorama complet pour tout savoir sur les enjeux de l'énergie au XXI^e siècle.

Sous la direction de Rémy Mosseri et Catherine Jeandel, Préface d'Alain Fuchs

Offre de thèse

pierre — 2013-04-12T11:08:52Z

Development of nanostructures via an etchless DSA technique using block copolymers

PhD position at the Centre de Recherche sur la Matière Divisée, Orléans, France

Directed Self Assembly (DSA) of nanomaterials combined with etch-free pattern transfer, reflects a growing need to create ultra-small dimension features arranged over large areas without use of complicated etch processes. This is of great importance in various domains, particularly in the field of microelectronics. Of the DSA techniques developed to date, block copolymer (BCP) strategies have offered the most promise for forming low defectivity structures that can be readily integrated into wafer scale processes. However, much of the recent work has centered on combining these self-assembled structures with standard etch methods to transfer the pattern into the substrate. In contrast, the aim of that project is to use a simple, direct process that exploits the selective inclusion of material precursors within one domain of the BCP pattern.

Although proof of principle of the inclusion technique has been established, a number of key questions remain and will be addressed here. We must over demonstrate that : (I) the method is scalable to sub 12 nm pitch dimensions, (II) the technique can be used to reproducibly fabricate features that are precisely positioned, (III) the nanoscale features produced are functional.

This international program, funded by the Semiconductor Research Corporation (SRC, http://www.src.org/), is a three year project that will be carried out by a consortium of three institutions :
- Department of Chemistry, University of Minnesota, Minneapolis, USA
- Centre de Recherche sur la Matière Divisée, CNRS/Université d'Orléans, Orléans, France
- Department of Chemistry, University College Cork, Cork, Ireland

Each of the three partners will sponsor a research position centered on the three following tasks :
- Minneapolis, USA : design and engineering of new BCPs to meet the challenge of scalability and facilitate component inclusion (polymer synthesis) ;
- Orléans, France : directed self-assembly of block polymers and delivery of inorganic oxide and metal nanopatterns in a positionally defined arrays (physico-chemistry of polymers and inorganic synthesis) ;
- Cork, Ireland, delivery of semiconductor based nanostructures (microelectronic engineering).

In Orléans, the specific task for the Ph.D. student will be twofold. We will first concentrate on the preparation of ordered and aligned BCP nanostructured thin films. BCP films are usually prepared by spin-coating from dilute polymer solutions and generally result in poorly ordered/oriented/aligned structures. DSA will be achieved by combination of “annealing” processes and graphoepitaxy through the use of topographically patterned substrates to provide a high level of control in the films. In second part of the project, the selective inclusion of the inorganic/metallic precursors will be investigated into the BCP pattern. Emphasis will be made on the use of affordable precursors (such as metallic salts or sol-gel precursors) to render this process easily transferable to the semiconductor industry. Development of the nanopatterns will require a final processing step to remove the BCP and form the inorganic/metallic structures.

Required expertise : We are looking for a polymer scientist with knowledge in block-polymer self-assembly, skilled in surface characterizations, and ready to handle experimental protocols involving inorganic chemistry.

Contacts :

Christophe Sinturel : 00 33(0)2.38.25.58.21, christophe.sinturel@univ-orleans.fr

Marylène Vayer : 00 33(0)2.38.25.58.18, marylene.vayer@univ-orleans.fr

PhD position