Coordination doctorale de Saint-Étienne

Surface Science and Engineering

Intervenant(s)

Krzysztof WOLSKI wolski@emse.fr Florence GARRELIE florence.garrelie@univ-st-etienne.fr Vincent BARNIER barnier@emse.fr Christophe DONNET christophe.donnet@univ-st-etienne.fr

Responsable de la Formation : Christophe DONNET.

Intervenants :

Christophe DONNET
Professeur à l’Université Jean Monnet, Saint-Etienne, Laboratoire Hubert Curien
Membre de l’Institut Universitaire de France
Directeur du LABEX MANUTECH Surface and Interface Science and Engineering

Florence GARRELIE
Professeure à l’Université Jean Monnet, Saint-Etienne, Laboratoire Hubert Curien
Membre de l’Institut Universitaire de France
Directrice du Laboratoire Hubert Curien

Krzysztof WOLSKI
Directeur de Recherche à l’Ecole Nationale Supérieure des Mines, Saint-Etienne, Laboratoire Georges Friedel, Centre SMS
Directeur du Centre SMS

Vincent BARNIER
Ingénieur CNRS, Responsable du Laboratoire d'analyses de surface, Laboratoire Georges Friedel, Centre SMS

Objectifs

Surfaces are paramount in all aspects of life: as a frontier between matter and surrounding environment, they are the subject of intense fundamental and technological research activities. The objectives of the present course are to present a synthesis of knowledges and know-hows to functionalize surfaces towards various applications, sometimes hardly consistent. The course highlights links between elaboration / functionnalization of surface and coatings, their characteristics and properties, through practical case studies. Knowledges on plasma (rarely studied in previous cursus) are presented.
This course can be advantageously associated to the course DS 8/11 (Surface Analysis) scheduled in a second time, to go further in practical situations. The present course, specifically “PhD school”, has strong relationships with the research program “LABEX MANUTECH-SISE” (Surface and Interface Science and Engineering) dedicated to researches in surface and interface within UJM, ENSM.SE, ENISE, Ecole Centrale de Lyon, INSA de Lyon and industrial partners (EQUIPEX MANUTECH-USD, HEF group).

Les surfaces jouent un rôle de premier plan dans la vie quotidienne : lieu d’interface entre la matière et son environnement, elles sont l’objet d’intenses travaux de recherche scientifique et technologique. Les objectifs de ce module sont de proposer une synthèse sur les savoirs et les savoir-faire pour doter les surfaces de matériaux très divers de fonctionnalités parfois difficiles à concilier. Le module sensibilisera sur le lien nécessaire entre élaboration/fonctionnalisation de surface et de revêtements, leur caractérisation et leurs propriétés d’usage, à travers des études de cas concrètes. Il développe en particulier une approche des plasmas, sujet rarement étudié dans les cursus antérieurs.
Ce module peut être avantageusement couplé au module DS 8/11 (Caractérisation des surfaces) planifié à la suite, et qui en approfondit certaines notions. Ce module est un module spécifiquement « Ecole Doctorale ». Il a un lien fort avec le LABEX MANUTECH-SISE (Surface and Interface Science and Engineering), qui fédère des projets de recherche sur les surfaces et les interfaces, entre l’UJM, l’ENSM.SE, l’ENISE, l’Ecole Centrale de Lyon, l’INSA de Lyon, et plusieurs partenaires industriels (EQUIPEX MANUTECH-USD, HEF).

Contenu

1. Description et propriétés des surfaces : structure aux échelles microscopique et nanométrique. Surfaces réelles. Tension superficielle, adhésion, mouillage, capillarité, adsorption. Application à l’état colloïdal.

2. Initiation aux plasmas et fonctionnalisation des surfaces par plasma : première approche sur les plasmas, applications grand public et industrielles, initiation à la physique des plasmas, applications à la fonctionnalisation des surfaces.

3. Méthodologie pour la caractérisation des surfaces : interactions rayonnements/matière et sonde/matière. Classification « top down » pour sélectionner les méthodes en fonction des caractéristiques recherchées. Exemples de méthodes d’analyse. Cas de l’interaction ion/matière appliquée aussi bien en traitement de surface qu’en caractérisation des surfaces.

4. Etudes de cas : ces études seront basées sur une approche documentaire (publication scientifique). A partir d’une mise en lumière du couplage entre caractérisation, propriétés et fonction d’usage, elles pourront traiter en particulier des cas suivants :
- Etude relative au chapitre 1 : Analyse et compréhension de l’endommagement intergranulaire des aciers inoxydables : rappel concernant les isothermes d'adsorption et de ségrégation.
- Etude relative au chapitre 3 : Optimisation des matériaux pour les échangeurs thermiques des réacteurs à haute température : apport des alliages modèle et complémentarité des analyses MET, SDL et XPS avec un approfondissement sur cette dernière.
- Etude relative aux chapitres 1, 2 et 3 : Initiation à la tribologie, science du frottement, de l’usure et de la lubrification. Revêtements de Diamond-Like Carbon élaborés par voie plasma (technologie des têtes de lecture informatique, injecteurs diesel HDi).