Design accéléré de couches minces à base d’oxydes à haute entropie pour les énergies décarbonées
Depuis une dizaine d’années, les oxydes à haute entropie émergent comme une nouvelle classe de matériaux prometteurs pour les applications énergétiques et la résistance à la corrosion en milieux extrêmes, domaines au cœur des activités du CEA.
Leur optimisation reste cependant limitée par l’immensité de l’espace des compositions possibles, conduisant la plupart des études à se concentrer sur des compositions équimolaires.
Cette thèse propose de lever ce verrou grâce à la PVD combinatoire en mode HiPIMS, couplée à des approches d’intelligence artificielle basées sur l’optimisation bayésienne, une démarche encore inédite pour ces matériaux.
L’objectif est de maîtriser le dépôt d’oxydes à haute entropie et d’optimiser leurs propriétés pour la protection contre la corrosion dans les électrolyseurs à haute température dédiés à la production d’hydrogène décarbonée.
Les couches élaborées présenteront une stœchiométrie, une structure, une microstructure et une texture contrôlées, et seront caractérisées in situ et ex situ par des techniques complémentaires.
Le projet aboutira à une preuve de concept du couplage entre PVD combinatoire et optimisation bayésienne pour accélérer la découverte et l’optimisation de nouveaux matériaux.
Cette thèse s’inscrit dans le programme doctoral international du PEPR DIADEM et réunira le CEA (Saclay), l’ESRF (Grenoble) et le NIMS (Japon).
DETOX : MoDulation de la structure ElecTronique d’OXyde de tungstène par dépôt combinatoire en couches minces : Influence des défauts intrinsèques et extrinsèques sur les propriétés électrochimiques
Dans le cadre d’une collaboration entre le CEA-TECH, le CEA-INSTN, l’ICMCB, et le FSCEL-laRFIS de Montréal, nous proposons un sujet de thèse sur la modulation de la structure électronique d’oxyde de tungstène par dépôt combinatoire en couches minces. Le projet DETOX est dédié à la recherche accélérée de matériaux et vise en particulier le domaine des systèmes électrochimiques avec des applications en électrochromisme ou photo-électrocatalyse. Le couplage ou synergie entre les propriétés chromogéniques (modulation des propriétés optiques par un stimulus extérieur et en particulier de l’électrochromisme avec application d’une tension) et la photo-électrocatalyse s’appuie sur l’origine redox des 2 fonctionnalités induisant soit un changement de couleur soit la production d’H2 par craquage de l’eau. Se focalisant sur la voie couche mince et nommément la pulvérisation cathodique magnétron, l’identification de matériaux aux propriétés optimisées nécessite de balayer un grand nombre de conditions de dépôt, telles que la nature de la cible, la pression, l’atmosphère, induisant des modulations de structure, morphologie, composition. Dans cette recherche de matériaux performants, les dépôts combinatoires d’oxydes se révèlent être un outil très pertinent. Une telle approche couplée à l’utilisation d’outils d’intelligence artificielle pour prédire les matériaux ayant les meilleures propriétés et permettant leur optimisation conduit à un gain de temps significatif.
S’appuyant sur un consortium de quatre équipes aux expertises complémentaires, le(a) doctorant(e) bénéficiera de l’aide des permanents impliqués dans le cadre du projet DETOX qui participeront activement aux travaux de recherche.
Ces travaux seront menés dans le cadre du PEPR (Projet d’Equipements Prioritaires de Recherche) DIADEM coordonné par le CNRS et le CEA, dédié à la découverte accélérée de matériaux innovants assistée par Intelligence Artificielle. Ils seront réalisés conjointement principalement au sein de deux laboratoires de la région Nouvelle Aquitaine à Pessac (Plateforme Criblage Matériaux du CEA Tech (PRTT NA) et Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB) avec des aller-retours à Paris Saclay et à Polytechnique Montréal entre 9 mois et 12 mois de la thèse.