Au centre Materials for Society, le précieux alliage des sciences, pour les matériaux

À l’instar des autres centres interdisciplinaires de l’Institut Polytechnique de Paris (IP Paris), le centre Materials for Society (M4S) puise ses racines au croisement de nombreuses disciplines scientifiques. « Nous avons vocation à rassembler des spécialistes en mécanique, physique, chimie ou encore en biologie pour faciliter les synergies et créer de la connaissance autour des matériaux », souligne Thierry Gacoin, directeur de recherche au laboratoire de physique de la matière condensée (PMC*) et co-directeur du M4S. « L’existence d’un tel centre est catalyseur de collaborations. Elle fait émerger de nouvelles problématiques de recherche à l’interface de disciplines scientifiques variées », ajoute Andrei Constantinescu, directeur de recherche au laboratoire de mécanique des solides (LMS**) et co-directeur du centre au même titre que Silke Biermann, professeure à l'École polytechnique et affiliée au Centre de physique théorique (CPHT***). Objectif : relever les défis sociétaux et environnementaux de notre époque.

Expertise et expérimentation 

Pour y parvenir, M4S s’appuie d’ores et déjà sur des atouts majeurs comme une forte expertise en modélisation - soit en utilisant des approches atomistiques de pointe développées par ses chercheurs soit en optimisant des process liés à l’impression 3D - mais aussi une expertise solide dans le domaine des dispositifs en couches minces. Le centre se hisse ainsi au niveau d’autres organisations similaires d’envergure internationale implantées aux États-Unis (Berkeley, Chicago) ou dans les pays scandinaves (Norvège, Suède). Par ailleurs, M4S abrite de nombreuses plateformes instrumentales de pointe qu’il ouvre à ses chercheurs et partenaires. Ils disposent par exemple d’imprimantes 3D façonnant le métal ou les polymères à diverses échelles à l’aide de lasers, de microscopes électroniques en transmission dernière génération, d’une plateforme de caractérisation de capteurs électroniques ou encore d’instruments dédiés à la fabrication de couches minces.
 
Au-delà de leur mission de caractérisation et d’observation, ces instruments ouvrent la voie à l’expérimentation et offrent à leurs utilisateurs la possibilité de mener des études in operando. « C’est une tendance forte de ces dernières années dans notre domaine. Chacun peut observer en temps réel l’évolution d’un matériau lorsqu’il est soumis à des contraintes ou lorsqu’on lui applique de nouveaux process », explique Thierry Gacoin. « Ces expériences sont une véritable aubaine. Elles nous donnent accès à des échelles de temps et d’espace extrêmement variées et nous plongent au cœur des microstructures des matériaux », complète Andrei Constantinescu. Autre avantage de ces plateformes, elles sont adaptables aux besoins des chercheurs grâce aux compétences d’un support technique de haut niveau, ce qui ouvre le champ des possibilités expérimentales sur chacun des instruments. 

Passerelles vers les milieux économiques 

Fort de ces atouts, mais aussi de la tradition alumni des écoles d’ingénieurs qui composent IP Paris, des passerelles se créent naturellement entre M4S et les milieux industriels. « Nous avons de nombreux contrats avec des industriels, et des partenariats étroits ont été établis avec de grandes entreprises comme Saint-Gobain, Arkema ou EDF. Nos travaux répondent à certains de leurs besoins comme la production de couches minces pour filtrer les rayons infrarouges du soleil et limiter l’utilisation des climatiseurs, ou l’étude de matériaux pour l’éclairage et les écrans. L’optique est très présente dans nos activités », indique Jacques Peretti, le directeur du LPMC. Des journées de travail (workshops) sont ainsi régulièrement organisées entre équipes du M4S et industriels. Chacun apprend à connaitre les besoins et les compétences de l’autre, appréhende son langage, dans le but de développer d’éventuelles collaborations. 

Enfin, M4S propose aux étudiants de master d’IP Paris des programmes  tournés vers la recherche et la pluridisciplinarité¹. Les futurs chercheurs et ingénieurs y développent de solides compétences dans une matière donnée tout en s’ouvrant à d’autres domaines. « Par exemple, un chimiste travaillant sur les polymères s’appuiera sur des connaissances en mécanique pour concevoir des molécules performantes. Il est indispensable que demain, les spécialistes des matériaux puissent tenir compte, dans leurs travaux, des possibilités offertes par d’autres disciplines que les leurs », concluent les trois directeurs du M4S.