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Domaine 6 Les principales orientations de l’axe sous tendent l’exploration : ● des céramiques avancées pour barrières thermiques et des applications à très haute température (propulsion ionique) et les évolutions dans les procédés associés, ● des superalliages métalliques ou intermétalliques, ainsi que des matériaux C/C ou C/SiC, et l’évaluation des nouveaux matériaux comme les géopolymères, ● des composites à matrice métallique et/ou céramique, à haute endurance à la fatigue thermomécanique, et les procédés de fabrication associés, ● de la modélisation et de la compréhension des effets observés en présence d’impuretés extérieures au moteur. Les recherches et études afférentes à cet axe sont menées en étroite corrélation avec les experts du métier matériaux de la DGA dans le cadre de programmes d’études amont (PEA) et en lien étroit avec les programmes de recherches propres de l’ONERA. Figure 6.1 : Matériau composite fonctionnel (en vue d’applications piézoélectriques) – REI 3. MATÉRIAUX FONCTIONNELS AVANCÉS ET SYSTÈMES INTELLIGENTS. L’optimisation des systèmes, de leur coût et de leurs propriétés requièrent aujourd’hui des capacités multifonctionnelles (structures allégées, conductivité, magnétisme, transparence, discrétion optique ou acoustique, …) en particulier dans le domaine de la furtivité et des antennes, des fenêtres (IR, Radar, Sonar), du contrôle électroactif de vibrations, ou de déformées, des transducteurs pour sonar... Les applications des matériaux fonctionnels, et la recherche de nouvelles combinaisons (multi-physique, multiéchelle) font l’objet de nombreuses réflexions : en France, le CNRS y consacre une partie du programme matériaux, ainsi que l’ANR (notamment dans le programme Matériaux Procédés). Le CEA mène également de nombreux travaux en lien avec cet axe, au service d’applications vers l’électronique, les capteurs, l’énergie, … A l’étranger, on retrouve cet axe à une place importante des agences de la défense (US-DSO, UK-DSTL), mais également dans les appels d’offre civils (MEXT Japon, PCRD Europe). Il est à noter que, d’un point de vue capacitaire, cet axe sert la quasi-totalité des systèmes de forces et recoupe également des thématiques des domaines scientifiques Photonique, Nanotechnologies, et Ondes électromagnétiques et acoustiques. Les orientations de l’axe concernent d’une part : ● les matériaux à bande interdite et les métamatériaux à propriétés spectrales reconfigurables, autoadaptatives ou non ; ● les systèmes à propriétés couplées, ainsi que la simulation des effets, et les procédés d’élaboration Figure 6.2 : Exemple de métamatériau pour application électromagnétique (Thèse). physico-chimiques utilisés (auto-organisation, bio-mimétisme, …). Et d’autre part : ● les matériaux et métamatériaux à signature contrôlée dans le spectre des ondes acoustiques ; ● les composés électroactifs piézoélectriques à haut coefficient de couplage et les procédés de synthèse associés ; ● l’intégration de matériaux intelligents via des technologies actives ou semi-actives pour le contrôle de forme ou de réponse acoustique. Cet axe recèle, une part importante des approches nanométriques appliquées aux matériaux et s’inscrit en droite ligne des thématiques matériaux de la Stratégie Nationale de Recherche Innovation (SNRI). ORIENTATIONS SCIENTIFIQUES : CHIMIE Le segment de la chimie, souvent associé à celui des procédés de synthèse et d’analyse, préfigure de ce fait la quasi-totalité des applications du domaine. Sans négliger cet aspect transversal, le thème chimie est principalement décliné ici sur les axes 46 POLITIQUE ET OBJECTIFS SCIENTIFIQUES ÉDITION 2010 - ORIENTATIONS 2011-2012
suivants (à l’instar des principaux sujets d’intérêt relevés dans les organismes de R et D de défense aux US, au Japon, et en Europe – principalement UK et D) : ● détection et traitement de surface en vue de se protéger contre la corrosion et les agents agressifs ; ● traitements de surfaces et fonctionnalisation (matériaux pour la protection et la détection de toxiques chimiques ou explosifs, ainsi que pour la protection contre la corrosion, ● matériaux pour la pyrotechnie (propulsion et détonique). Ce thème assure par ailleurs une veille scientifique dans le domaine des procédés durables (chimie douce, catalyse éco compatible) et de l’emploi de matériaux alternatifs éco-sourcés. Ces derniers aspects sont fortement soutenus par le domaine civil en France (programme Chimie Développement Durable Innovation de l’ANR, cofinancé par la DGA) et en Europe (FP7). 1. SURFACES ET INTERFACES : TRAITEMENT, FONCTIONNALISATION Cet axe aborde aussi bien les aspects spécifiques liés à la fonctionnalisation des surfaces et au greffage de molécules que les composés pour les applications de détection et de piégeage réactif, et notamment : ● les molécules et matériaux empreintes ou surface de nano capteurs en vue de la détection d’espèces chimiques et biologiques ; ● les traceurs en phase gazeuse ou liquide (chromophores, luminophores, X-réactifs). Ces applications à la détection souvent ultime sont très présentes au niveau des besoins défense et sécurité en particulier aux USA (Darpa, DSO) ou au Japon (Riken). La surface des matériaux au regard de ses interactions physico-chimiques avec le milieu extérieur est également l’un des thèmes de cet axe, avec principalement : ● les dépôts ou structurations fonctionnels superhydrophobes ou superhydrophiles ; ● les traitements de surfaces, la lubrification et la réduction des frottements solides ; ● les interfaces en général (collage, soudage... ) et l’étude de leur comportement. Domaine 6 Figure 6.3 : Nanofibres et nanotubes de dioxyde de titane autoassemblés en vue de l’autodécontamination de textiles par photocatalyse d’oxydation sous UV (REI). Figure 6.4 : Approche nanoconstructive - fonctionnalisation de graphène par groupement benzyle (REI). 2. COMPORTEMENT FACE AUX AGRESSIONS CHIMIQUES, BIOCHIMIQUES, ÉLECTROCHIMIQUES Les traitements chimiques et biochimiques jouent un rôle essentiel pour conférer aux matériaux des propriétés spécifiques dans leur environnement fonctionnel et des propriétés couplées (capteurs – séparation – catalyse), leur comportement dans ce domaine étant aussi qualifié en termes d’éco-compatibilité. Les thématiques concernées par ces comportements conduisent à étudier les matériaux d’inhibition d’effets polluants et contaminants, et notamment : ● les revêtements antisalissures en milieu marin compatibles avec la réglementation sur la protection de l’environnement (biocides) ; ● les matériaux et technologies de décontamination et de dépollution, en particulier les techniques appuyées sur la catalyse, la complexation, le filtrage en ambiance confinée. Cet axe aborde également les études de solutions nouvelles pour l’inhibition d’effets oxydo-réducteurs (corrosion sous toutes ses formes), et pour la détection et la prévention de tels effets pour tous milieux. Il inclut les efforts de recherche sur les revêtements de protection avancés compatibles avec POLITIQUE ET OBJECTIFS SCIENTIFIQUES ÉDITION 2010 - ORIENTATIONS 2011-2012 47
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aux US, au Japon, et en Europe – principalement UK<br />
et D) :<br />
● détection et traitement de surface en vue de se<br />
protéger contre la corrosion et les agents agressifs<br />
;<br />
● traitements de surfaces et fonctionnalisation<br />
(matériaux pour la protection et la détection de<br />
toxiques chimiques ou explosifs, ainsi que pour la<br />
protection contre la corrosion,<br />
● matériaux pour la pyrotechnie (propulsion et détonique).<br />
Ce thème assure par ailleurs une veille scientifique<br />
dans le domaine des procédés durables (chimie<br />
douce, catalyse éco compatible) et de l’emploi de<br />
matériaux alternatifs éco-sourcés. Ces derniers aspects<br />
sont fortement soutenus par le domaine civil<br />
en France (programme Chimie Développement Durable<br />
Innovation de l’ANR, cofinancé par la DGA) et<br />
en Europe (FP7).<br />
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TRAITEMENT,<br />
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Cet axe aborde aussi bien les aspects spécifiques<br />
liés à la fonctionnalisation des surfaces et au greffage<br />
de molécules que les composés pour les applications<br />
de détection et de piégeage réactif, et notamment<br />
:<br />
● les molécules et matériaux empreintes ou surface<br />
de nano capteurs en vue de la détection d’espèces<br />
chimiques et biologiques ;<br />
● les traceurs en phase gazeuse ou liquide (chromophores,<br />
luminophores, X-réactifs).<br />
Ces applications à la détection souvent ultime sont<br />
très présentes au niveau des besoins défense et sécurité<br />
en particulier aux USA (Darpa, DSO) ou au<br />
Japon (Riken).<br />
La surface des matériaux au regard de ses interactions<br />
physico-chimiques avec le milieu extérieur est<br />
également l’un des thèmes de cet axe, avec principalement<br />
:<br />
● les dépôts ou structurations fonctionnels superhydrophobes<br />
ou superhydrophiles ;<br />
● les traitements de surfaces, la lubrification et la<br />
réduction des frottements solides ;<br />
● les interfaces en général (collage, soudage... ) et<br />
l’étude de leur comportement.<br />
Domaine 6<br />
Figure 6.3 : Nanofibres et nanotubes de<br />
dioxyde de titane autoassemblés en vue<br />
de l’autodécontamination de textiles par<br />
photocatalyse d’oxydation sous UV (REI).<br />
Figure 6.4 : Approche nanoconstructive<br />
- fonctionnalisation de graphène par<br />
groupement benzyle (REI).<br />
2. COMPORTEMENT FACE AUX<br />
AGRESSIONS CHIMIQUES,<br />
BIOCHIMIQUES,<br />
ÉLECTROCHIMIQUES<br />
Les traitements chimiques et biochimiques jouent<br />
un rôle essentiel pour conférer aux matériaux des<br />
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séparation – catalyse), leur comportement dans ce<br />
domaine étant aussi qualifié en termes d’éco-compatibilité.<br />
Les thématiques concernées par ces comportements<br />
conduisent à étudier les matériaux d’inhibition<br />
d’effets polluants et contaminants, et notamment<br />
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● les revêtements antisalissures en milieu marin<br />
compatibles avec la réglementation sur la protection<br />
de l’environnement (biocides) ;<br />
● les matériaux et technologies de décontamination<br />
et de dépollution, en particulier les techniques appuyées<br />
sur la catalyse, la complexation, le filtrage<br />
en ambiance confinée.<br />
Cet axe aborde également les études de solutions<br />
nouvelles pour l’inhibition d’effets oxydo-réducteurs<br />
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