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Vers de nouveaux composites à matrice polymère époxyde pour la production et le stockage de l'énergie : corrélation entre les propriétés structurales, électriques et optiques, et la nature, forme et taille des charges

PHC : Utique
Codes du projet : 17G1143 -- Campus N° 37095ZF
Domaine : Sciences de l'ingénieur (SI)
Intitulé : Vers de nouveaux composites à matrice polymère époxyde pour la production et le stockage de l'énergie : corrélation entre les propriétés structurales, électriques et optiques, et la nature, forme et taille des charges
Porteur(s) : ZERROUKI Chouki, GUERMAZI Hajer
Date de début : 01/01/2020
Date de fin : 31/12/2019

Dans ce projet, nous proposons de réaliser et d’étudier de nouveaux Composites à matrice polymère époxyde pour la production et le stockage de l'énergie (Composé). Le graphène ou l’un de ses dérivés ainsi que quelques oxydes métalliques, seront utilisés comme charges.
Le choix parmi quelques résines et durcisseurs tiendra compte de plusieurs facteurs dont la facilité de mise en oeuvre et une température de transition vitreuse élevée associée à une structure réticulée. La qualité des interfaces matrice/charge ainsi que l’inhomogénéité de répartition des charges au sein du matériau constituent les principales causes limitant les performances des composites. Nous aurons à mettre au point et optimiser le procédé de réalisation qui nous assure de façon répétable une dispersion optimale, avec la possibilité d’un transfert de technologie facilité.
Nous nous attacherons alors à établir une corrélation microstructures-propriétés diélectriques, selon la nature, forme et taille des charges et selon le procédé et la température de mise en oeuvre. En choisissant une matrice époxyde nous nous tirerons bénéfice des propriétés thermiques et mécaniques de ce polymère tout en nous affranchissant d’une des limitations dans l’électronique organique qui est la réactivité des matériaux vis-à-vis de l’oxygène et/ou de l’humidité.

Objectifs

Le projet "Composé" est axé sur la réalisation et l’étude de nouveaux matériaux composites à matrice polymère époxyde, en vue d’applications dans le domaine du stockage et/ou la production de l’énergie.
La première phase consistera à :
- choisir une ou plusieurs résines époxydes et durcisseurs permettant d’avoir un réseau réticulé à température de transition vitreuse suffisamment élevée pour ne pas restreindre les champs d’applications ;
- synthétiser des nanoparticules inorganiques (ZnO, TiO2, ITO, CuO….), caractériser leurs propriétés structurales, physique… et optimiser les conditions d’une préparation reproductible avant la mise en oeuvre de matériaux composites ;
La deuxième phase consistera à mettre en oeuvre une procédure reproductible de réalisation en gardant à l’esprit les possibilités d’un transfert industriel.

Résultats

Côté Français
Volet Recherche
Ces travaux devraient permettre de réaliser de nouveaux matériaux composites à matrice polymère époxyde, en vue d’applications dans le domaine du stockage et/ou la production de l’énergie. Différents types de résines, durcisseurs et charges seront testés.
Les études physicochimiques, structurales et physiques seront faites au SATIE. Les résultats obtenus seront confrontés à ceux obtenus à partir des mesures diélectriques et optiques. Ils permettront de choisir la famille de polymère la plus adéquate pour les applications envisagées. Suivront des tests d’optimisation de la mise en oeuvre pour passer de l’échelle académique à l’échelle industrielle.
Ce projet permettra aussi une meilleure connaissance et une maitrise des paramètres clés, qui régissent les phénomènes de conduction et de transport de charge dans les nanocomposites à base de polymères.
Les publications communes des résultats du projet dans des revues internationales et les communications dans des congrès contribueront au rayonnement scientifique du laboratoire.
Volet Formation
Les connaissances scientifiques et technologiques, acquises tout le long de ce projet, seront bénéfiques aux étudiants, chercheurs et enseignants chercheurs impliqués. A court terme, ce projet facilitera la mobilité des chercheurs (jeunes et des seniors), et les travaux engagés serviront de base à la formation par et pour la recherche.
Ce projet permettra d’assurer l’encadrement d’une thèse en cotutelle et pour la préparation d’un diplôme de HDR. Il permettra aussi aux chercheurs juniors et confirmés, d’échanger savoir-faire et connaissances, directement et dans le cadre de conférences dédiés aux thématiques d’intérêt.
Volet valorisation et transfert technologique
Ce projet implique de façon directe deux laboratoires et d’avantage en considérant les collaborations propres à chaque équipe. Il permettra de consolider la collaboration existante et ouvrira la voie à de nouvelles dans le cadre du rayonnement à l’international.
Il permettra d’établir des liens avec les industries françaises et tunisiennes intéressées par les retombées des études menées.
L’attention particulière qui sera accordée à la mise en oeuvre de ces matériaux composites (reproductibilité, facilité de réalisation, adaptabilité à de gros volumes de production…) facilitera le transfert de technologie.
Les résultats obtenus seront valorisés via des communications et à travers des publications communes et éventuellement des brevets.
Côté Tunisien
Volet Recherche
Ces travaux devraient permettre la réalisation de nouveaux matériaux composites à matrice polymère époxyde, en vue d’applications dans le domaine du stockage et/ou la production de l’énergie. Différents types de résines, durcisseurs et charges seront testés.
Des études diélectriques et optiques viendront compléter les études entreprises du côté français, et permettront de choisir la famille de polymère la plus adéquate aux applications envisagées.
Suivront des tests d’optimisation de la mise en oeuvre pour passer de l’échelle académique à l’échelle industrielle.
Ce projet permettra aussi une meilleure connaissance et une maitrise des paramètres clés, qui régissent les phénomènes de conduction et de transport de charge dans les nanocomposites à base de polymères.
Les publications communes des résultats du projet dans des revues internationales et les communications dans des congrès contribueront au rayonnement scientifique du laboratoire.
Volet Formation
Les connaissances scientifiques et technologiques, acquises tout le long de ce projet, seront bénéfiques aux étudiants, chercheurs et enseignants chercheurs impliqués. A court terme, ce projet facilitera la mobilité des chercheurs (jeunes et des seniors).
Les différentes thématiques de ce projet seront principalement développées dans le cadre d’une thèse en cotutelle. Les travaux engagés serviront aussi de base à la formation par la recherche de plusieurs doctorants travaillant sur des sujets proches.
Il permettra aussi aux conférenciers d’échanger leurs points de vus et connaissances, dans le cadre de workshops et/ou conférences, dédiés à la thématique de ce projet.
Volet Valorisation et transfert technologique
- Développer des applications innovantes et brevetables dans le domaine des énergies.
- Promouvoir le transfert technologique et du savoir-faire vers notre pays dans les domaines concernant la technologie de fabrication des matériaux pour l’énergie.
Les résultats obtenus seront également valorisés par des communications et publications communes.

Informations supplémentaires

Conservatoire National des Arts et Métiers

Partenaire français
Paris
http://www.cnam.fr

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Laboratoire des Systèmes et Applications des technologies (SATIE)


Responsable(s)
Chouki ZERROUKI - SATIE - Paris - Tél :0158808434 - Email :zerrouki@cnam.fr

Faculté des Sciences, Université de Sfax

Partenaire tunisien
Sfax
http://www.fss.rnu.tn

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
UR: Physique des Matériaux isolants et semi isolants (PMISI)


Responsable(s)
Hajer GUERMAZI - PMISI - Sfax - Tél :0021692019819002 - Email :hajer.guermazi@gmail.com