Micro et nanothermique

Contexte

Les nanotechnologies permettent aujourd’hui d’élaborer communément des matériaux et des systèmes micro et nanostructurés. Un des défis à relever concerne la maîtrise et l’amélioration de leurs performances thermiques. Les lois physiques et les approches métrologiques usuelles en thermique n’étant plus valables aux micro et nanoéchelles, des recherches spécifiques doivent être menées.

Objectifs

Comprendre, caractériser et simuler les transferts thermiques dans les matériaux et systèmes micro et nanostructurés
Etudier les transferts thermiques par conduction et rayonnement aux micro et nanoéchelles
Développer les métrologies thermiques aux micro et nanoéchelles, notamment la microscopie thermique à sonde locale (SThM) et les méthodes électrothermiques à sondes déposées
Mesurer les températures et les propriétés thermiques et thermoélectriques à l’échelle submicronique
Comprendre comment les transferts thermiques à ces échelles impactent les applications de conversion d'énergie, notamment les dispositifs thermophotovoltaïques et thermoélectriques

Compétences scientifiques

Développement d’outils de simulation pour décrire les transferts thermiques par conduction dans les systèmes et matériaux micro et nano structurés (modèles diffusif–balistique et résolution de l’équation de Boltzmann, approches par « ingénierie de phonons », dynamique moléculaire et ab initio)
Développement et/ou mise en œuvre de modèles électromagnétiques pour décrire les transferts radiatifs aux micro et nanoéchelles
Analyse physique détaillée de dispositifs de conversion d'énergie à l'échelle nanométrique, en particulier les cellules thermophotovoltaïques
Mise en œuvre de la microscopie thermique à sonde locale (SThM) pour la mesure de température et de conductivité thermique : application aux matériaux massifs, aux couches minces et aux matériaux micro et nanostructurés ; développement de nouveaux modes de microscopie en champ proche pour les études thermiques ; modélisation et analyses des échanges de chaleur entre la pointe sonde et l’échantillon pour améliorer les performances de la technique (sensibilité, résolutions, incertitude) ;
Caractérisations électrothermique et thermoélectrique de matériaux micro et nanostructurés par méthodes à sondes déposées ("méthode 3omega" et autres), des températures cyogéniques à 500°C.

Quelques collaborations internationales

VTT Technological Centre of Finland, agglomération de Helsinki (Finlande) ; Institut Tchèque de Métrologie (CMI), Brno (République tchèque) ; Université de Glasgow (Royaume-Uni) ; Université Aristote, Thessalonique (Grèce) ; Centre catalan de recherche sur l'énergie (IREC), Barcelone (Espagne) ; Université de l'Utah, Salt Lake City (USA) ; Université du Tohoku, Sendai (Japon) ; Cinvestav, Queretaro (Mexique) ; etc.

Quelques collaborations nationales

Groupements de recherche (GDR)/réseaux thématiques Nanomatériaux pour l'énergie (NAME) et Caractérisation et mesures à l'échelle nanométrique (CarMA Nano)
Communauté scientifique autour de l'ancien Groupement de recherche Nanothermique (compte Twitter)
Club Nanométrologie

LEMTA (Nancy), Institut Néel (Grenoble), IEMN (Lille), IES (Montpellier), LNE (région parisienne), ITheMM (Reims), LAAS (Toulouse), ...

Local à Lyon : Institut Lumière-Matière, Institut des Nanotechnologies de Lyon, Laboratoire de Mécanique des Contact et des structures, Laboratoire MATEIS, ...

Réseau local Lyon Rhône-Alpes (LRA) Nanothermique