Centre interdisciplinaire Materials for Society (M4S)
Le domaine des sciences des matériaux est largement reconnu comme déterminant pour les grandes ruptures technologiques de notre société. En outre, ce secteur doit répondre à des questions cruciales de souveraineté et d'éco-responsabilité, pour lesquelles la recherche pour ces matériaux est un paramètre clé.
Considérant le caractère multidisciplinaire des matériaux, ce domaine s'inscrit naturellement dans la stratégie de recherche de l'Institut Polytechnique de Paris. Ainsi, le Centre Materials for Society (M4S) a été lancé en 2023 à IP Paris pour développer les activités en sciences des matériaux. Il vise également à valoriser cette expertise pour relever les grands défis sociétaux associés aux matériaux.
Parmi les priorités de recherche et d'innovation identifiées en 2024 par la Commission Européenne, M4S se positionne sur quatre grandes thématiques d'application :
- les matériaux pour la transition écologique
- les matériaux pour la mobilité
- les matériaux pour la construction
- les matériaux pour les technologies du futur
Pour chacune, M4S se différencie par :
- son approche holistique allant de la conception du matériau, sa fabrication, mise en forme, caractérisation et modélisation jusqu'à sa fonctionnalité, en y associant des problématiques de substitution, de durabilité ou de recyclabilité et de recyclage
- par le lien étroit entre compétences fondamentales et appliquées, entre théorie et expérience, entre chimie des solides, physique de la matière condensée, mécanique des matériaux et optimisation mathématique.
- 6 écoles d'ingénieur d'IP Paris
- 4 départements d'IP Paris
- 15 laboratoires
- 100 chercheurs et personnels de soutien
- 8 plateformes scientifiques et technologiques
Les recherches menées au sein de M4S sont organisées autour de trois axes. Elles s'appuient sur des compétences fortes en simulation, développant en particulier un axe de découverte accélérée de matériaux (en lien étroit entre théorie et expérience) et en instrumentation/caractérisation, grâce aux nombreuses plateformes instrumentales à l'état de l'art.
Matériaux actifs
Le domaine des matériaux actifs se rapporte à l'ensemble des matériaux et dispositifs dont les propriétés peuvent être modulées par un stimulus extérieur : champ électrique ou magnétique, irradiation lumineuse, température, pression, interactions avec l'environnement (humidité, chimie...). Les recherches dans le domaine peuvent être très fondamentales (eg : compréhension des effets de pression chimique sur les propriétés de matériaux corrélés), mais aussi appliquées (mise au point de capteurs pour l'IoT, le suivi en temps réel de la qualité de l'eau, des outils de diagnostic biomédical, etc.). Cela concerne également ce qui relève de la production et le stockage de l'énergie via la transformation de l'énergie solaire, l'électrolyse de l'eau, le suivi de la qualité environnementale des milieux ou des performances des infrastructures.
Matériaux architecturés
Les matériaux architecturés sont des matériaux ou des combinaisons de matériaux, présentant une structuration spécifique à l'application visée. Cette structuration peut présenter des dimensions caractéristiques variables, du nanomètre au mètre, avec une ingénierie "hiérarchique" en vue d'exploiter ou d'optimiser une ou plusieurs propriétés. Les thématiques des recherches présentes à M4S dans ce domaine concernent aussi bien l'étude de matériaux de basse dimensionnalité (pour exploiter des propriétés électroniques particulières en vue d'applications comme les capteurs, en optoélectronique, en photovoltaïque), de matériaux composites multiphysiques (matériaux magnétorhéologiques...) et des matériaux de structures pour la mobilité, l'habitat ou le génie civil, optimisés pour leurs performances mécaniques, thermiques ou hydriques par exemple, en regard de problématiques environnementales. Sur ces thématiques, la mise en œuvre de procédés d'élaboration innovants est un axe majeur de travail, que ce soit via des techniques de dépôt physiques de couches minces, d'élaboration par voies chimiques, ou via la mise en œuvre de procédés de fabrication additive.
Matériaux quantiques
Les matériaux quantiques se réfèrent aux matériaux dont les propriétés sont dominées par des effets d'intrication quantique ou topologiques ainsi qu'aux matériaux habilitants pour les technologies quantiques. Ces derniers sont étudiés comme plateformes pour le contrôle de degrés de liberté quantiques individuels, tandis que les premiers, de dimensionnalité variable, sont le plus souvent caractérisés par des comportements électroniques exotiques donnant lieu à des propriétés collectives émergentes. On peut citer la supraconductivité, des transitions métal-isolant (ou plus généralement des propriétés de transport électrique, thermique ou thermoélectrique inconventionnelles) mais aussi l'émergence de phases ordonnées impliquant des degrés de liberté de spin, de charge ou d'orbitales. Un exemple sont les matériaux spintroniques présentant des ordres magnétiques complexes et des couplages entre différents degrés de liberté. Les enjeux du domaine — auxquels M4S entend s'attaquer — vont de la compréhension fondamentale de systèmes avec un grand nombre de corps quantiques en interaction et la mise au point de méthodologies de réalisation de systèmes bien contrôlés jusqu'aux applications concrètes (technologies de l'information, forts champs magnétiques en vue d'applications médicales ou en sciences de la fusion, sondes ultrasensibles, etc.).
PhD Track : PhD Track Advanced Materials
Equipe exécutive
- Silke Biermann, co-directrice scientifique
- Andrei Constantinescu, co-directeur scientifique
- Thierry Gacoin, co-directeur scientifique
- Anne-Laure Doireau, directrice des opérations
- Mathieu Xémard, chargé de missions M4S et CIEDS
L'équipe exécutive se réunit toutes les semaines pour faire avancer les différentes actions proposées par le centre M4S.
Bureau
Le bureau est composé de l'équipe exécutive et d'un représentant par laboratoire impliqué en sciences des matériaux. Les membres du bureau se réunissent tous les deux mois pour discuter des actualités, des orientations et de la stratégie du centre M4S.