Description du sujet de thèse

Titre : Propriétés optiques d’assemblages multicouches hélicoïdaux à base de nanocellulose
Les propriétés fonctionnelles intéressantes d’un matériau découlent de sa composition (c'est-à-dire du nombre et de la nature chimique de ses constituants) et/ou de la complexité de sa structure. Contrairement aux matériaux fabriqués par l’homme, les matériaux naturels (par exemple, le bois et l'exosquelette des arthropodes) sont en général des (nano) composites multi-composants possédant souvent des superstructures sophistiquées qui ont été optimisées sur de très longues périodes par la sélection naturelle. Les matériaux hélicoïdaux, bien que rares, possèdent des propriétés mécaniques et optiques étonnantes assurant la protection mécanique d'un grand nombre d'organismes ou fournissant des signaux (par exemple l'iridescence) essentiels à la survie de nombreuses espèces, que ce soit pour attirer un partenaire ou pour effrayer un prédateur. Cependant, malgré leurs nombreuses applications potentielles, il n'existe pas de méthodes générales pour fabriquer ces composites prometteurs avec une précision nanométrique.
Dans ce contexte, nous avons développé une stratégie simple et adaptable basée sur la combinaison de l'assemblage couche-par-couche (LbL) et de la pulvérisation sous incidence rasante (GIS) permettant la conception d’architectures hélicoïdales hiérarchiques à base de nano-objets anisotropes et de (bio-)polymères et possédant des caractéristiques structurales modulables (pas et sens de rotation des hélices). Ce projet de thèse vise spécifiquement à développer des matériaux nanocomposites multifonctionnels bio-inspirés présentant des anisotropies complexes (par exemple des superstructures hélicoïdales) combinant des propriétés mécaniques de type acier et des propriétés optiques d'intérêt (filtrage optique sélectif). Le travail de thèse se concentrera sur (i) la fabrication de films minces à structures complexes à base de nanocelluloses et de (bio-)polymères grâce au couplage LbL-GIS et (ii) leur caractérisation structurale et optique à l'aide d'outils avancés (par exemple, MEB, spectroscopie UV-Vis, dichroïsme circulaire, polarimétrie à matrice de Muller, réflectivité des neutrons). Les innovations clés de ce projet sont l’utilisation de briques de construction biosourcées présentant des propriétés exceptionnelles, le couplage de méthodes d’auto-assemblage et d’assemblage dirigé et l’étude des relations structure-propriétés à différentes échelles de longueur à l’aide d'outils avancés de caractérisation. Ce projet vise la production de revêtements/films minces résistants et filtrants qui seront compétitifs pour des applications futures (ex. protection contre la contrefaçon, écrans flexibles). De telles applications nécessitent des films minces résistants et transparents dans le domaine visible, capables de contrôler l'état de polarisation (linéaire ou circulaire) de la lumière réfléchie et transmise. Ces matériaux multifonctionnels biosourcés répondront aux futurs besoins environnementaux et sociétaux en matière de produits durables de haute performance non dérivés du pétrole, en utilisant des nanotechnologies en milieu aqueux.

Contexte de travail

Le doctorant (H/F) sera affecté dans le groupe “Polyélectrolytes, Complexes et Matériaux” (PECMAT) à l’Institut Charles Sadron (ICS), une unité propre du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). Le projet sera réalisé sous la supervision du Dr. Olivier Félix et du Dr. Matthias Pauly et en étroite collaboration avec le Dr. Bruno Jean (CERMAV, Grenoble) et le Prof. Yann Battie (LCP-A2MC, Metz). Le doctorant (H/F) bénéficiera d’un financement de 36 mois de la fondation Jean-Marie Lehn géré par le CNRS.
L’ICS est un laboratoire de recherche pluridisciplinaire consacré à la recherche fondamentale dans les domaines liés aux polymères et aux systèmes auto-assemblés avec des applications en science des matériaux et dans les sciences de la vie (énergie, cosmétique, environnement, biomédical, agroalimentaire, etc.). C’est le plus grand centre de recherche dans ce domaine en France : environ 53 scientifiques (H/F), 38 ingénieurs (H/F) et techniciens (H/F) ainsi que 100 doctorants, post-docs, chercheurs associés et stagiaires (H/F). L’ICS est l’un des membres fondateurs de l’institut thématique interdisciplinaire (ITI) HiFunMat, un projet unique consacré à la science des matériaux, où formation innovante est adossée à recherche de pointe, impliquant un réseau dense de partenaires universitaires et industriels.
L’équipe PECMAT de l’Institut Charles Sadron (ICS) dispose d’une expertise reconnue au niveau national et international pour la fabrication de matériaux multicomposites possédant une organisation à l'échelle nanométrique. Ses activités englobent i) la préparation de briques de construction nanométriques, ii) l'organisation de ces briques de construction en films/matériaux (multi)composites (multi)fonctionnels, (iii) l'analyse multi-échelle de la structure et la dynamique de ces systèmes, iv) l’optimisation des propriétés des matériaux mais également v) l’amélioration des niveaux de maturité technologique dès que des matériaux présentant des propriétés d’intérêt commercial sont trouvées. Bien qu’une grande partie des activités du groupe PECMAT soit centrée sur les polyélectrolytes en tant que briques de construction, d’autres éléments importants sont les polymères fonctionnels, les copolymères, les protéines et les nano-objets (nanoparticules métalliques, semi-conductrices ou polymériques ; nanobâtonnets, nanofils, nanofibres, nanotubes de carbone, nano-argiles et nanoplaquettes ainsi que le graphène et ses dérivés). Le groupe travaille sur des films/matériaux au niveau d'interfaces variées mais également sur des systèmes en volume. Les recherches fondamentales et appliquées menées sur ces systèmes fournissent des connaissances essentielles à la compréhension des relations structure-propriété à différentes échelles et permettent le développement de nouveaux matériaux nanocomposites présentant de nombreuses applications potentielles (capteurs, revêtements fonctionnels, filtres optiques, dispositifs opto-électroniques, écrans flexibles, …) en sciences des matériaux et dans les sciences de la vie.
L’ICS est situé sur le Campus de Cronenbourg à Strasbourg (France). Strasbourg est la plus grande ville de la région Grand Est et l’une des quatre principales capitales de l'Union européenne. C’est un haut lieu touristique dans la vallée du Rhin supérieur et elle est très bien classée non seulement en ce qui concerne la science, mais aussi pour la qualité de vie.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Le doctorant (H/F) sera sensibilisé et formé aux risques inhérents à son environnement de travail.

Informations complémentaires

Profil du candidat (H/F) :
Ce travail de thèse multidisciplinaire, à la frontière entre la chimie, les nanosciences, la science des matériaux et l'optique, fera intervenir la fabrication de films minces, la caractérisation structurale et la caractérisation physico-chimique. La thèse est destinée à un candidat (H/F) titulaire d’un master en physico-chimie, en science des matériaux ou en nanoscience. Des compétences en programmation MATLAB pour l'analyse de données seraient un atout. Le doctorant (H/F) travaillera dans un environnement dynamique, dans lequel la collaboration avec les autres membres de l'équipe sera encouragée. D'excellentes compétences en communication (écrite et orale) en anglais sont attendues, tandis que la connaissance du français n'est pas obligatoire.

Conditions :
- Lieu de travail : CNRS-ICS, Campus de Cronenbourg, Strasbourg
- Inscription en doctorat à l'Université de Strasbourg (Ecole doctorale ED182)

Candidature :
Les candidats (H/F) intéressés doivent fournir un CV, une lettre de motivation, une copie des relevés de notes de Master (M1 et M2) et/ou d’école d’ingénieur ainsi que deux lettres de recommandation.