Projet ANR-10-BLAN-0929 – PyroMaN : Matrices de Pyrocarbone à l’échelle nanométrique: Caractérisation – Modèles – Propriétés
Programme : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie :  Sciences de l'ingénierie, matériaux, procédés, énergie (Blanc SIMI 9)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Gérard VIGNOLES (CNRS - DELEGATION  AQUITAINE LIMOUSIN)
Partenaires : Laboratoire des Composites Thermostructuraux; Centre d'Élaboration de Matériaux et d'Études Structurales; Laboratoire de l'Intégration, du Matériau au Système
Montant : 414997.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 48 mois
Résumé : PyroMaN : Matrices de Pyrocarbone à l’échelle nanométriqueMatrices de Pyrocarbone à l’échelle nanométriqueCaractérisation – Modèles – Propriétés
ObjectifsObtenir une description réaliste de divers pyrocarbones laminaires, à travers une base de données expérimentale exhaustive et une méthode de reconstruction atomistique utilisant ces données. Comprendre la relation entre structure et propriétés mécaniques & thermiques à l'échelle du nanomètre puis du micromètre (changement d'échelle).
Programme de travailTâche 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, EELSTâche 3 : Analyse d'images HRTEM-LF et synthèse d'images 3D à partir de données 2DTâche 4 : reconstruction atomistiques guidée image pour produire des modèles structuraux de pyrocarbones et des prévisions de propriétésTâche 5 : Relation structure-propriété
Résumé de la soumission : 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.
Résultats : 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
Perspectives : 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 et brevets : 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.