Bonjour Natacha, vous êtes porteuse d’un projet lauréat du dernier appel à projet doctorant d’iMAT. En quoi consiste cette recherche ?
Notre recherche ambitionne d’explorer et de caractériser la modification des propriétés optiques et électroniques d’un matériau qui peut insérer des cations tels que des protons, des ions sodium ou des ions lithium en modifiant l’état d’oxydation de son métal de transition. Ces matériaux constituent le cœur de la technologie des batteries Li-ion et ils ne sont pourtant que très peu explorés pour des applications qui faciliteraient par exemple la production électrochimique d’hydrogène à partir d’eau. La richesse du matériau d’insertion réside dans le nombre infini de compositions accessibles en modifiant simplement la quantité de cations insérée électrochimiquement et/ou la nature des cations présents dans l’électrolyte, qui peut être multiple. Ce projet a d’ailleurs la particularité par ses caractérisations operando des espèces échangées aux interfaces, d’identifier avec précision la nature des espèces insérées ainsi que ses propriétés optoélectroniques.

Nous avons choisi de travailler avec des nanomatériaux pour augmenter la quantité de ces interfaces d’échange et la vitesse de transport des espèces insérées. TiO2 est le matériau d’insertion sélectionné car il est largement utilisé en industrie mais il n’a pas encore livré toute sa richesse et sa complexité. Par ailleurs, mais aussi très largement controversé et notre apport de compréhension de son comportement dans des milieux aqueux aussi riches que des milieux type marin pourrait éclairer certains comportements inattendus et potentiellement écotoxiques du TiO2. Notre projet vise donc une communauté plutôt large, de celle des (photo)catalyseurs à celle des réflexions sur la nanotoxicité.

Parmi les critères dominant de sélection, l’interdisciplinarité et la collaboration entre laboratoires sont généralement au cœur des projets de recherche soutenu par l’institut.
La dimension interdisciplinaire touche effectivement à la variété des domaines concernés par l’étude de nanoparticules de TiO2 à l’interface avec un milieu aqueux enrichi en sels. Rémi Gaultier, le thésard qui portera ce projet, travaillera avec trois équipes : l’équipe RMES du LCMCP qui s’occupera de la synthèse et de la (photo)-électrochimie des films de nano-TiO2 et étudiera les milieux aqueux électrolytiques intéressants et les gammes de potentiel pertinentes ; l’équipe NANO du LCMCP qui possède l’expertise de l’ellipsométrie operando qui donnera accès aux caractéristiques optiques des films ; et le LISE qui est spécialiste des expériences operando de spectroscopie d’impédance électrochimiques couplées à des mesures de balance à quartz (EQCM).

Les mesures ellipsométriques et EQCM donneront donc accès à la nature des espèces échangées et aux propriétés optoélectroniques du film inséré, ces informations complètent joliment celles de la quantité d’ions insérés et la mise en évidence de réactions (insertion et formation d’hydrogène/ d’oxygène) déjà fournies par l’électrochimie. Les manipulations EQCM et ellipso operando ne sont néanmoins pas des manipulations de routine, le travail purement électrochimique de présélection des milieux et conditions intéressantes est donc crucial.

Comment s’est passé le recrutement de Rémi ?
Nous avons reçu une quinzaine de candidatures, dont une dizaine que nous avons interviewé pour finalement en en retenir 5 pour l’audition devant le jury de l’Ecole Doctorale et d’IMAT. A l’issu de la sélection, 3 candidats ont été classés. Le dernier choix parmi ces 3 n’a pas été facile car chaque candidat·e possédait des qualités complémentaires :
une expérience expérimentale pointue des caractérisations électrochimiques type batterie ;
une énergie fraiche et une envie de découvrir de nouveaux sujets d’études  ;
une maîtrise des matériaux, un sérieux et une persévérance à toute épreuve.

Ces qualités étaient toutes essentielles pour mener à bien ce travail de thèse. Rémi est le sérieux, l’expert des matériaux, celui sur qui on peut compter sans crainte, d’autant qu’il a fait son stage de M2 dans l’équipe RMES du LCMCP. Dans ce travail, il faudra une dose d’ouverture et de sensibilité vu la large communauté touchée et la difficulté de sélectionner les systèmes d’intérêt dans la multitude des possibilités.

Mais il faut aussi une bonne dose de courage pour s’attaquer aux cellules operando et aux modèles théoriques qui soutiennent les deux techniques d’ellipsométrie et d’EQCM. Rémi a les épaules pour, c’est une valeur sûre.

Pourquoi pensez-vous avoir obtenu ce soutien de l’institut ?
iMAT a su accueillir le projet avec enthousiasme et y déceler toute la richesse du matériau d’insertion derrière l’apparente simplicité du système : nanos de TiO2 dans une solution aqueuse enrichie en sels. Le fait que les communautés visées par ce projet soient à l’opposé du spectre (développement d’énergie renouvelable et questionnement de la nano dans les environnements marins) exigeait l’oreille interdisciplinaire d’iMAT. La complexité et la complémentarité des techniques de caractérisation operando rendent aussi ce projet extrêmement pointu et stimulant techniquement pour toute la communauté des matériaux.