Savoir-faire et applications :

• Modélisation des phénomènes électrochimiques, en particulier des mécanismes de réactions électrochimiques et/ou électrocatalytiques...
• Mise au point de techniques locales de mesure et couplage de différentes techniques
• Mise au point de capteurs électrochimiques pour l'analyse et contrôle des eaux, des biocapteurs pour la détection de composés toxiques
• Electrochimie moléculaire et voltamétrie cyclique ultra-rapide

• Microscopie à champ proche
• Compréhension des mécanismes de corrosion et mise en oeuvre des méthodes de protection adaptées
• Mise au point de réacteurs microfluidiques pour applications en électrochimie
• Elaboration de couches minces d'oxydes multifonctionnels nano-structurés (transparentes, conductrices, photocatalytiques, photovoltaïques...)
• Fonctionnalisation de surface et polymérisation pour interaction avec les milieux biologiques (biocides, biodégradables, relargage contrôlé de substances...)
• Mise au point de structures plasmoniques actives (substrats SERS et pointes TERS) pour la caractérisation chimique de nano-objets : particule et molécule uniques, films minces et feuillets mono-atomiques
• Sélection d'électrocatalyseurs et photoélectrocatalyseurs à base de nanomatériaux métalliques, alliages ou oxydes
• Caractérisation :
• • de dépôts minéraux par des techniques électrochimiques et d'analyses de surface
  • d'assemblages (biomoléculaires complexes par couplage de techniques gravimétriques et électrochimiques
  • de l'état de charge et de vieillissement de batteries
  • électrochimique et électrogravimétrique de couches minces d'oxydes nano-structurées
• Identification et caractérisation de la structure de matériaux obtenus par voie chimique, électrochimique ou plasma (couches d'oxyde, polymères...)

Spectroscopie Raman; corrosion ; passivité ; polyaniline ; électrochromisme ; électrode modifiée ; anatase ; cellules solaires

I) Méthodologie de mesures et développements expérimentaux en électrochimie

La maîtrise et le développement de méthodes de caractérisation originales sont un axe fort du LISE pour étudier la cinétique de phénomènes électrochimiques complexes. Les compétences du LISE sont reconnues dans le monde entier dans le domaine des mesures d’impédance électrochimique et la définition de fonctions de transfert multiples (électriques, gravimétriques, flux de matière,…). Le thème I présente les derniers développements de techniques adaptées à l’analyse locale et transitoire des phénomènes à différentes échelles (impédance locale, SECM, AFM et CS-AFM, STM, bi ou tri-électrodes…). Le couplage des techniques (impédance-Raman, impédance-bruit, électrochimie-AFM…) est également un axe de développement important pour atteindre des grandeurs physicochimiques complémentaires, ce que ne permettent pas les dispositifs conventionnels commerciaux.

II) Modélisation de la cinétique électrochimique

Le thème II présente quelques exemples de modélisation des phénomènes cinétiques pour des systèmes d’études variés, qui vont des interfaces modèles ou complexes jusqu'au milieu électrolytique. Ces modélisations, qui viennent systématiquement en support des mesures expérimentales, reposent encore parfois sur des calculs analytiques mais, de plus en plus, elles mettent en jeu des calculs numériques par éléments finis à l'aide de logiciels commerciaux (COMSOL…).

III) Matériaux en couches minces de l’élaboration aux applications en électrochimie

L’élaboration de films minces à fonctionnalités dédiées dans les locaux du LISE depuis quelques années permet un meilleur contrôle de leurs propriétés et apporte ainsi une cohérence dans la démarche de modélisation. Le LISE dispose d'un réacteur à pyrolyse de spray pour la synthèse d’électrodes transparentes de dioxyde d’étain fortement dopé, et de deux réacteurs à pulvérisation cathodique dont l'un est spécialement dévolu pour la réalisation de couches minces amorphes de carbone azoté et hydrogéné (a-C:N:H) comme substituts au diamant dopé au bore. Le thème III décrit les propriétés de réactivité des matériaux réalisés à l'aide de ces réacteurs ou par des méthodes d'électrochimie et chimie douce. Les retombées escomptées sont clairement du ressort des domaines de l’environnement (traitement des eaux, surfaces biocides, biocapteurs, capteurs chimiques) ou de l’énergie (photoélectrochimie, stockage, protection active des métaux).

IV) Corrosion et protection contre la corrosion

L’objectif du thème IV est la compréhension des mécanismes de corrosion et la mise en œuvre de méthodes de protection adaptées dans des systèmes très divers. Le traitement de protection anticorrosion à partir de l’étude des mécanismes représente une partie significative des sollicitations du secteur industriel auprès du LISE (industrie automobile, métallurgie, chimie…) liées au contexte de développement durable et à l'application de normes environnementales drastiques. Ce thème bénéficie fortement du développement des techniques innovantes et des outils de modélisation décrits dans les thèmes I et II, en particulier les méthodes électrochimiques locales pour étudier la corrosion localisée par piqûre ou par crevasse, et la mise au point de dispositifs originaux comme la cellule à couche mince pour étudier la corrosion en milieu confiné.

V) Electrochimie et environnement

Le thème V porte sur des domaines très divers en lien avec l’environnement, notamment avec les milieux naturels (formation de dépôts calco-magnésiens ou de tartre, surfaces biocides, bioanalyse, biocorrosion de l’acier dans le milieu nucléaire…). Ce thème a vu la mise au point de capteurs pour la détection de diverses entités (protéines spécifiques, polluants des eaux comme les nitrates, (micro)organismes toxiques…) et la mise au point de systèmes miniaturisés (microcanaux, réseaux de microélectrodes, microsystèmes électro acoustiques) pour la bioanalyse ainsi que le développement de nouveaux moyens de détection adaptés à ces microsystèmes (transductions électrique et/ou optique).

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Locaux

Pôles de compétitivité et réseaux : Adancity, C'NANO idF

Nationaux

Participation à des programmes européens ou internationaux : Bourse Marie Curie (Biocor), programmes COST, ALFA...

Internationaux

Exemples de collaborations internationales :

• Centro de Investigacion y Desarrolo Technologico en Electroquimica (Mexique)
• Instituto de Electronica Aplicada (Espagne)
• Université de Béjaïa (Algérie)
• Istituto per l'Energetica e le Interfasi (Italie)
• Université de Floride (USA)
• Centre de recherches et des Technologies des Eaux (Tunisie)
• Fondazione Brono Kessler Trento (Italie)
• Université de Mazandaran (Iran)
• Institut Technologique de Tokyo (Japon)

IFREMER, CEA, IFP, INSERM, Arcelor-Mittal, Gaz de France, PSA, Vallourec, AREVA, Véolia, Saint-Gobain, Air Liquide, BKG, HEITO, EDF, Technip, Altis Semi-Conducteurs, DaimlerChrystel, Total, EADS, Michelin, CALOR, Sarrel, Corrodys, Plasmatreat...

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• Potentiostats, bipotentiostats, bancs de mesures d'impédance et de bruit électrochimique
• Microbalance à quartz fonctionnant en milieu liquide ou gazeux
• Microscopes électrochimiques à balayage (SECM), à effet tunnel (STM) et à forme atomique (AFM) (modes contact, électrique, acoustique)
• Microscope électronique à balayage haute résolution (canon à émission de champ SEM-FEG) avec spectromètre d'émission de rayons X à sélection en énergie (EDS avec détecteur SDD) et analyse par diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD)
• Microscope optique inversé, système d'acquisition d'images
• Spectromètre de masse couplé à une cellule électrochimique (DEMS)
• Spectrométrie microRaman exaltée (SERS) et nanoRaman (TERS) couplées aux méthodes électrochimiques (AFM, STM...)
• Diffractomètre à rayons X avec options micro-diffraction (Empyrean Panalytical) et analyses de couches minces (incidence rasante)
• Enceinte climatique pour essais de corrosion
• Réacteurs de dépôts par plasma (sputtering, PECVD basse pression et atmosphérique, Plasma Jet, DBD) et système de dépôt par évaporation
• Réactions microfludiques
• Ateliers de mécanique et d'électronique

Prestations proposées :

Collaboration de recherche  de service de MEB : images et analyse à l'échelle nanoscopique, plaquette disponible sur www.lise.upmc.fr

• On the propagation of open and covered pit in 316L stainless steel.
  Stéphane Heurtault, Raphaël Robin, Fabien Rouillard, Vincent Vivier.
  Electrochimica Acta, Elsevier, 2016, 203, pp.316-325. <10.1016/j.electacta.2016.01.084>.

• Comparison of different methods for measuring the passive film thickness on metals.
  Marie Benoit, Christian Bataillon, Benoit Gwinner, Frédéric Miserque, Mark E. Orazem, et al.
  Electrochimica Acta, Elsevier, 2016, 201, pp.340-347. <10.1016/j.electacta.2015.12.173>.

• Electrochemical reactivity and stability of platinum nanoparticles in imidazolium-based ionic liquids.
  Miguel A. Montiel, Jose Solla-Gullón, Carlos M. Sánchez-Sánchez.
  Journal of Solid State Electrochemistry, Springer Verlag, 2016, 20 (4), pp.1043-1052. <10.1007/s10008-015-3014-5>.

• Dielectric properties of a single nanochannel investigated by high-frequency impedance spectroscopy.
  Jean Gamby, François-Damien Delapierre, Antoine Pallandre, Bernard Tribollet, Claude Deslouis, et al..
  Electrochemistry Communications, Elsevier, 2016, 66, pp.5-9. <10.1016/j.elecom.2016.02.011>. <hal-01297990>

UPMC

CNRS