Des céramiques qui défient le temps et la lumière*

*Jean-Marc HEINTZ avec le concours de Valentin ALVAREZ, Louis CORNET et Laurie GAÜZÈRE

Résumé : 

"Longtemps associées à des usages traditionnels, les céramiques dites avancées occupent aujourd’hui une place significative dans les technologies de pointe grâce à leurs propriétés : stabilité thermochimique, dureté élevée, résistance à l’usure, robustesse face à la corrosion, biocompatibilité mais aussi fonctionnalités électriques, magnétiques, optiques.... 

Mais commençons par définir ce qu'est une céramique et comment il est possible de moduler ses propriétés. En introduction je ferai donc quelques rappels fondamentaux sur les céramiques et quels sont les paramètres sur lesquels on peut jouer pour obtenir les propriétés dont je vais parler. Je vais illustrer ensuite mes propos avec 2 exemples de travaux de recherche récents qui concernent d'une part, l'obtention de céramiques transparentes pour des applications Laser et d'autre part, l'élaboration de conteneurs céramiques de déchets radioactifs qui doivent durer au moins 500 ans. Dans les 2 cas, il s'agit d'obtenir des matériaux totalement denses, ce qui est une gageure pour des céramiques. 

Pour le premier cas d'étude, nous nous intéresserons à des composés de type niobates de terres rares, tels que Gd_3+xNb_1-xO_7-x. Pour en faire un matériau optique, sans défauts nano ou microstructuraux, il faut en maitriser parfaitement son élaboration. Pour cela, nous avons joué non seulement sur des échelles macroscopiques (synthèse de la poudre) mais également sur des échelles atomiques. En effet, nous montrerons comment le taux de lacunes présentes dans ces phases, en lien avec les structures cristallographiques de ces phases, influence l'aptitude à la densification. 

Le deuxième cas d'étude concerne la gestion des déchets radioactifs de haute activité et leur stabilité dans le temps. Les céramiques d'alumine (Al₂O₃) pourraient être une alternative aux conteneurs en aciers actuellement prévus. Il s'agit alors de pouvoir préparer des pièces de grandes dimensions (h = 1,6 m, diamètre = 60 cm) dont les propriétés mécaniques seraient assurées. Pour cela, l'approche développée ne relève plus de la chimie, la composition étant fixée, mais du procédé. Nous avons porté nos efforts sur la compréhension et la maîtrise de la mise en forme de ces pièces en utilisant le gel casting (polymérisation d'une suspension de poudre). Dans ce cas, nous montrerons comment le choix du monomère influence tout le procédé de préparation de ces céramiques.

J'espère ainsi vous convaincre de tout l'intérêt de la science des matériaux qui vous fait voyager depuis l'échelle atomique jusqu'aux objets macroscopiques pour élaborer des matériaux extraordinaires."

L'ENSMAC organise des conférences mensuelles d'ouverture sur divers sujets en lien avec les quatre transitions qu'elle porte : énergétique, chimique, alimentaire et sociétal. Des acteurs et actrices de ces transitions, venant d’horizons variés, viennent y présenter leur approche et échanger avec les étudiants et personnels.