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ET9 : Géomatériaux : ERT 1074

logo de l'ERT Géomatériaux

Responsable : Martin F. (Pr. UPS, GET)

Personnels de l'ERT : Dumas A. (chercheur CDD, GET), Le Roux Ch. (CR CNRS, GET), Martin F. (Pr. UPS, GET), Micoud P. (IR UPS, GET)

Autres personnels impliqués : Béziat D. (Pr. UPS, GET), de Parseval Ph. (IR UPS, GET), Guillaume D. (MCF UPS, GET), Seydoux A.-M. (CR CNRS, GET), Ansart F. (Pr. UPS, CIRIMAT), Bonino J.-P. (IR CNRS, CIRIMAT), Gressier M. (MCF UPS, CIRIMAT), Menu M.-J. (Pr. UPS, CIRIMAT)

Rassemblant du personnel du GET et du CIRIMAT, l’Équipe de Recherche Technologique « Géomatériaux » est intégrée au GET. Bénéficiant de l'expertise reconnue du GET en matière de minéralogie des matériaux minéraux et du CIRIMAT en chimie des matériaux, le Groupe a pu développer sa thématique de recherche concernant les nouvelles propriétés des géomatériaux et la mise au point de nouveaux géomatériaux (12 brevets depuis 2005) pour des applications industrielles nombreuses et variées, mais aussi les nouveaux matériaux pour la construction (Brevet F. Martin & Co. 2005). Le fort soutien du CNRS (CDD postes ingénieurs valorisations 2, soutiens financiers), de l'UPS (CDD Valorisation), et du ministère (25 kEuros/an) ont permis le dépôt de ces brevets industriels, en réponse à une forte demande.

Deux axes de recherche en partenariat avec les industriels se dégagent de cette philosophie permettant de couvrir un vaste domaine des Sciences de l’Univers, mais aussi de la Chimie des Matériaux et de la Chimie des Procédés.

Ces 2 axes forts sont les suivants :

1) l'un, académique,

qui vise à apporter de nouveaux arguments pour la recherche de nouveaux géomatériaux naturels (dans la métallogénie ou la caractérisation cristallochimique fine) ou synthétiques (recherche de nouveaux géomatériaux avec des chimies contrôlées, des comportements physico-chimiques particuliers : aimantation, conducteur, coloration,…, et de formes variées (facteur de forme, …)).

La recherche classique de nouveaux gisements (talcs, kaolins, smectites, …) en association avec le plus grand groupe minier RIO TINTO, partenaire depuis 2 ans de notre Master Pro Géologie des Ressources Naturelles, permet chaque année à des étudiants de ce master Pro d’avoir accès à des stages en entreprise dans de nouveaux gisements ou des gisements en cours d’exploitation dans le monde. Cet engagement fort de leur part est le signe d’un besoin humain dans une thématique délaissée depuis quelques années. Les travaux de caractérisations physico-chimiques des minerais sont réalisés par les membres de l’ERT géomatériaux. Nous montons un projet de recherche en collaboration avec le Pr. Ru Cheng Wang (Université de Nanjing) sur l’étude de minerais talqueux dans les gisements des deux provinces chinoises, et sur la collecte fine de renseignements minéralogiques et cristallochimiques des talcs de ces gisements.

Carrière de talc de Trimous (Ariège, France)

Carrière de talc de Trimous (Ariège, France)

La première partie du travail est l’étude géologique des gisements de talcs afin de pouvoir comparer leur mode de formation avec ceux déjà étudiés par nos soins, et notamment du gisement référence en talc qui est celui de Trimouns (Ariège, France). La seconde partie correspond à l’analyse des échantillons de manière à connaître parfaitement la cristallochimie de ces talcs (spectroscopies infrarouge (proche et moyen), de résonance magnétique nucléaire (RMN), de résonance paramagnétique électronique (RPE), Mössbauer, d’absorption X, microsonde électronique et les microscopies électroniques (balayage, transmission, à effet de champ, à force atomique)).

La seconde partie consiste à synthétiser « fabriquer » des géo-matériaux de dimensions nano-métriques (ordre du micron par exemple pour le talc naturel et 10 nanomètres pour les nano-talcs synthétiques), de composition chimique et de couleurs variées afin d’apporter de nouvelles propriétés aux différentes applications dans lesquelles ces matériaux naturels sont déjà utilisés (cf. brevets). De nouvelles propriétés apparaissent pour ces nano-matériaux, par exemple des comportements magnétiques qui permettent d’envisager des utilisations comme boucliers magnétiques pour des peintures avions et satellites !!! Le potentiel de valorisation semble très étendu dans les secteurs automobile et aéronautique…mais nous avons un gros effort à fournir ces prochaines années dans la caractérisation physique des nano-matériaux, ce chantier sera facilité par le recrutement d’un modélisateur par calcul ab initio obtenu au 01/09/09 (MCF UPS).

2) l'autre, appliqué,

qui a pour objectif l'élaboration de matériaux composites plurifonctionnels originaux, incluant des géomatériaux capables de faire fortement varier les spécificités et de conférer de nouvelles propriétés à ces matériaux composites (introduction de particules de talc enrobées de CMC dans des matrices métalliques pour l’obtention de matériaux à forts pouvoirs lubrifiants à haute température) ou l’élaboration de matériaux composites permettant l’élimination ou l’inertage de produits dérivés des industries, comme un ciment composé avec de la cendre LFC et le béton contenant ladite cendre (cf. brevet).

Talc synthétique vu au MEB-FEG

Talc synthétique vu au MEB-FEG

Les produits recherchés et demandés par les industriels sont des matériaux élaborés par exemple pour les revêtements de surface à base de nanocomposites obtenus à partir de suspensions de particules nanométriques. Il est important d’avoir une connaissance parfaite des processus physico-chimiques intervenant au cours des étapes de dispersion de concentration et d’agrégation de particules nanométriques au voisinage d’une surface. Ils permettent également d’envisager, dés à présent, la possibilité de contrôler l’organisation en réseau, voire l’auto-assemblage de particules au voisinage d’une surface et, dans le cas de particules aux propriétés anisotropes, de contrôler leur orientation, d’envisager la possibilité d’élaborer des matériaux nano-structurés (poreux, composites, hybrides) multifonctionnels. Cet aspect « multifonctionnalité » en couplant différentes propriétés comme tribologie/résistance mécanique, anti-corrosion/tribologie, conduction/résistance mécanique, performances électrochimiques/réactivité interfère avec le monde des matériaux et de la chimie des procédés. Nous avons 3 thèses en cours MESR (dont une débutée en octobre 2009) et 2 thèses CIFRE sur ces domaines d’études.

Ces études sur les nano-matériaux et la vente de ces produits sont conditionnés par l’établissement de façon claire de l’innocuité des nano-particules de talc (inhalation, ingestion, intraveineuse chez le rat). En effet, le principe de précaution invoqué actuellement à juste titre justifie pleinement une telle étude pour démonter qu’à l’inverse des particules en forme d’aiguilles (comme l’amiante responsable de graves maladies de la plèvre ou les nano tubes de carbone), les nano-particules en forme de feuillets ne présentent par leur forme aucune toxicité. Pour faire cette étude, une collaboration avec une équipe de recherche en France (équipe Inserm ou équipe de Laboratoire de Pharmacologie et de Toxicologie) a été engagée et un chercheur CNRS (CR1 C. Le Roux) a rejoint l’ERT au 1er septembre 2009.

Collaborations

Luzenac Europe ; RIO TINTO ; MALET Matériaux ; IMERYS ; TERREAL ; LAFARGE ; EDF ; MECAPROTEC ; SNECMA ; …

Liste des Brevets déposés

Brevets_ERT.pdf 159,47 kB
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