Stages d'Innovations et Supports de Thèses

Etude du comportement de micro-particules plastiques modèles dans des dispositifs expérimentaux représentatifs d’hydrosystèmes urbains.
Motivée par la gestion des micro-déchets dans les égouts et déversoirs d’orage, cette thèse porte sur l’étude de la dynamique de micro-particules plastiques dans des écoulements représentatifs des hydrosystèmes urbains. Pour cette étude, des particules modèles aux propriétés variées (taille, forme, densité…) seront fabriquées et mises en écoulement dans des canaux hydrauliques, afin de caractériser leur dynamique (piégeage, dépôt, transport) selon les conditions d’écoulement.

L'objectif de la thèse est de développer des matériaux moléculaires multifonctionnels métal-organiques couplant des propriétés magnétiques et de transport (conductivité électrique). Le projet de thèse comprend la synthèse de ligands de type borazines substituées par des radicaux nitroxyde qui seront ensuite complexés avec des ions métalliques magnétiques (3-5d ou 4f). Nous attendons de ces architectures des propriétés ferri- ou ferromagnétiques et conductrices par délocalisation des électrons des radicaux sur le cœur borazine. Les composés seront caractérisés structuralement par diffraction des rayons X et leur propriétés magnétique et électrique seront étudiées en s’attachant à comprendre les relations avec la structure de ces systèmes.

 

L'objectif de la thèse est de développer de nouveaux procédés éco-responsables et adaptés à la production industrielle pour la fabrication de systèmes microfluidiques permettant l'étude de sphéroïdes. La première phase du projet comprend l'utilisation de biopolymère, tel que le chitosan, fonctionnalisé ou non, en association avec d'autres biopolymères ou molécules naturelles, pour former des structures microstructurables et étanches. La seconde phase du projet consiste à apporter des propriétés d'aimantation permanente à ces structures par incorporation de nanoparticules magnétiques organisées sous champ magnétique. Enfin la dernière phase du projet sera la réalisation d'un système microfluidique comportant un canal magnétique permettant la séparation sélective de cellules, et une micro-chambre de culture perfusée permettant l'étude de sphéroïde en environnement controlé.

 

L’objectif de la thèse est de proposer de nouvelles investigations expérimentales et modélisations thermodynamiques pour les diagrammes d’équilibres entre phases de différents systèmes binaires Magnésium – Métaux de transition (Mg-X ; X = Fe, Mn …).
D’abord, la thèse se focalisera sur l’étude Haute Température (HT) de ces systèmes binaires. Notamment sur les lacunes de miscibilités Liq-Liq, peu étudiées expérimentalement jusqu’ici.
Ensuite, une étude sous Haute Pression (HP) sera réalisée en collaboration avec l’ILM à travers l’utilisation du parc expérimental proposé par la PLECE.
Enfin, les données expérimentales acquises seront utilisées pour une modélisation thermodynamique (CALPHAD) avec les variables pression et température.
 

Un spectromètre de résonance magnétique identifie et caractérise des espèces paramagnétiques, généralement en mesurant l’émission ou l’absorption de micro-ondes par leurs spins. Ceux-ci étant faiblement couplés aux micro-ondes, cet outil ne peut être utilisé que pour des échantillons suffisamment concentrés. Créer un détecteur basé sur des circuits supraconducteurs, comme développés par le groupe Circuits Quantiques du laboratoire de Physique à l’ENS de Lyon permet d’augmenter considérablement la sensibilité de la détection. Cela rend possible l’étude d’échantillons produits en petits volumes, comme les sondes moléculaires diamagnétiques développées par le groupe Chimie-BioOrganique du laboratoire de Chimie à l’ENS de Lyon, et permettra possiblement d’améliorer notre compréhension de ces structures.
 

Le sujet de thèse consiste à développer un dispositif permettant la culture, le traitement par électroporation et le suivi de sphéroïdes de taille et de forme contrôlées, ainsi que l'acheminement des milieux et réactifs nécessaires à ces opérations. Ceci implique notamment l'étude du transport fluidique au sein d'hydrogels microstructurés et des effets des impulsions de champ électrique sur les sphéroïdes. Ces effets seront caractérisés par spectroscopie d'impédance et par microscopie confocale et l'ensemble de ces résultats seront exploités pour la mise au point d'un bioréacteur intégré par technologie plastronique 3D. Ce dispositif permettant de manipuler plusieurs centaines de sphéroides en parallèle pourra être utilisé à terme afin d'évaluer in vitro l'efficacité de divers traitements basés sur l'électroporation, tels que l'électrochimiothérapie et la thérapie génique par électrotransfert d'ADN.

 

Nous étudions expérimentalement le cisaillement lent d’un milieu granulaire compressé, où l’énergie s’accumule continuellement dans la structure du milieu, et est libérée par des réorganisations soudaines et intermittentes, appelées avalanches. Une approche combinée de mécanique de la rupture, physique statistique et intelligence artificielle va permettre de mieux comprendre la dynamique des avalanches catastrophiques.
 

Stockage d’énergie thermochimique dans des composites architecturés céramiques-sel hygroscopiques
Le stockage d'énergie thermochimique est une technique d'avenir pour stocker l'énergie thermique intermittente (d'origine solare par exemple). Il est basé sur l'hydratation et la déshydratation de sels hygroscopiques. Hors, aux cours des cycles d'utilisation, l'efficacité des dispositifs de stockage décroit, en particulier à cause d'une agglomération incontrôlée des sels.
Ce projet de thèse vise à proposer des matrices céramiques poreuses, à même de piéger de très grandes quantités de sels tout en évitant leur aggolmération, et donc à augmenter l'efficacité et la durée de vie des systèmes de stockage d'énergie thermochimique.

 

Dans le cadre de la bioraffinerie et de la production à long terme de matières premières à partir de ressources renouvelables, ce projet vise la conception et la mise en œuvre d'un procédé de distillation réactive pour la récupération des acides carboxyliques issue de la liqueur noire. Dans cet objectif, des catalyseurs solides acides à base d'oxydes mixtes seront préparés, caractérisés et mis en œuvre dans des réacteurs de type cuve agitée et dans une colonne de distillation à l'échelle laboratoire.
 

 

 

L’objectif du stage M2 sera de synthétiser différents ligands aromatiques thiolés capables de générer des polymères de coordination avec une dimensionnalité et une porosité variées, modulant ainsi leurs propriétés électriques. Cela nous fournira une première base de travail pour obtenir une tendance générale et une ligne directrice de ces effets sur les conductions électriques et thermiques. ( Collab. IRCELyon, ILM).
Mots-clefs : Synthèse organique, Environnement, recyclage de l’énergie, Matériaux innovants.

Dense AlON (Oxy Nitride of Aluminum) is a material with really interesting optical and mechanical properties. Few companies have the know how to make it. The goal of internship is to develop a single step energy-efficient process for producing transparent AlON (short processing time). We will explore the physical phenomena involved in the reactive sintering in order to optimize the process parameters.

Découverts initialement dans les années 1920 en mécanique quantique, les états liés dans le continuum (BIC) trouvent aujourd'hui des applications avancés en photonique moderne. Ce stage se concentre sur le contrôle dynamique de l'émission microlaser en exploitant les singularités topologiques issues des états BIC dans des métasurfaces de nanostructures. C'est une occasion unique de combiner la théorie et la pratique en photonique, avec des implications directes en optique quantique et communications photoniques.

Les laboratoires sur puce (LoC) répondent à un large éventail d’applications dans le domaine biomédical. Cependant, la plupart sont fabriqués à partir de polymères issus hydrocarbures et l'augmentation des tests à usage unique aura un impact négatif sur l'environnement, en termes de fabrication et de destruction. Nous proposons de développer une filière de fabrication éco-responsable de laboratoire sur puce à partir d’un biopolymère, le chitosane, un polysaccharide non toxique, biocompatible, biodégradable et antimicrobien obtenu par valorisation des déchets de l'industrie des produits de la mer.

Ce stage vise à comprendre les interactions complexes entre les particules de l’atmosphère et le rayonnement électromagnétique, en explorant les processus d’interaction linéaires et non linéaires, sensibles à l’interface solide-liquide, dont l’impact sur le climat reste à quantifier, comme le souligne le GIEC. Fruit d’une coopération naissante entre les groupes de recherche ATMOS et ONLI de l’iLM, ce stage comprend l'étude du comportement des particules de sel marin à différents niveaux d'humidité.
Sulfate, salt, mineral, biogenic particles, probed with both linear and non-linear interaction with electromagnetic radiation.

L'objectif de ce stage est de synthétiser des particules de latex par polymérisation en émulsion et constituées par un cœur en polymère et par une écorce en feuillets de graphène conducteurs. Pour pallier à la faible affinité des feuillets de graphène avec l'eau, nous proposons une nouvelle approche basée sur l'exfoliation mécanique du graphite commercial en présence de polymères ayant des interactions favorables pour la surface du graphène. Ces dispersants polymères seront synthétisés par polymérisation RAFT (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer) puis remis en jeu dans une reaction de polymérisation en presence d’un monomère hydrophobe pour former la morphologie ciblée. Les suspensions composites résultantes seront mises en oeuvre sous la forme de films et leurs propriétés mécaniques et électriques seront caractérisées

Synthetic procedure for graphene-based conductive films

 

Les cellules photovoltaïques en silicium, la séparation des porteurs de charge photogénérés (électron et trou) se fait par la création d'une jonction p-n (diode), fabriquée par diffusion thermique à haute température. L'objectif du projet est de remplacer cette structure par des couches minces d'oxydes métalliques de transition, permettant d'avoir un contact directement sélectif sur le silicium. Ces couches minces sont déposées par des méthodes basse température, de type CVD ou PVD.

Notre objectif est de développer une nouvelle génération de capteurs multimodaux permettant une caractérisation multi-échelle très sensible de systèmes complexes via l'électrochimie et la Diffusion Raman exaltée de surface. Notre stratégie de développement repose sur l'impression 3D de microstructures d'or induite par absorption à 2 photons afin d'atteindre les performances analytiques requises.

Certaines huiles fortement insaturées telles l’huile de lin sont les constituants principaux des peintures et des vernis à base huileuse. Leur durcissement depuis une phase liquide jusqu’à une phase solide semi-transparente s’effectue via un processus de polymérisation engendré par l’oxydation des doubles liaisons des triglycérides polyinsaturés qui les constituent. Le durcissement, le séchage et la maturation de ces huiles sont des processus complexes qui sont accélérés en présence d’agents contenant des ions métalliques, appelés siccatifs. Formés sur la base de composés de coordination d’ions métalliques, les siccatifs ont dû évoluer récemment afin de s’adapter aux directives REACH, elles même en cours de reformulation sous la pression de contraintes environnementales en constante évolution. Le contexte actuel impose ainsi d’explorer des voies alternatives pour le contrôle de l’oxydation de ces huiles pour vernis.
Au cours de ce projet, un étudiant en Master 2 bénéficiant d’une gratification du LabeX iMUST travaillera pendant 6 mois dans le groupe du Dr. Marques, au Laboratoire de Chimie de l’ENS-Lyon, et au laboratoire LAMCOS de l’INSA-Lyon, avec André Schroder, dans le but d’oxyder diverses huiles et composés huileux typiques du domaine des vernis, et établir les liens entre oxydation et durcissement. Le projet sera mené en contact étroit avec l’entreprise Blanchon, qui contribuera à identifier les composants huiles les plus pertinents pour cette étude et pratiquera les tests standards de caractérisation de la qualité des films réalisés à partir des huiles qui auront été oxydées.
Carlos Marques au Laboratoire de Chimie de l’ENS-Lyon, et André Schroder au laboratoire LAMCOS de l’INSA-Lyon, ont développé des méthodes de photosensibilisation permettant une oxydation simple et rapide de phospholipides insaturés. Les espèces insaturées oxydées constituant les premiers intermédiaires du processus de durcissement des huiles seront identifiées, afin de nous aider à définir les conditions d’oxydation optimales pour un contrôle du durcissement des huiles en l’absence des additifs siccatifs habituels.
Basée à Lyon, l’entreprise Blanchon est présente en Europe, aux Etats Unis et en Asie, au travers de ses branches et distributeurs, comptant plus de 400 employés dans 9 pays. Cette entreprise Lyonnaise de 190 ans d’âge développe et produit des peintures et des laques. Le centre R&D du groupe affiche une stratégie d’innovation et de développement durab

La barrière intestinale est caractérisée par différents niveaux de courbures des tissus qui sont en remodelage constant pendant sa formation embryonnaire et pendant son fonctionnement physiologique. De plus, dans des conditions pathologiques, la topographie intestinale et les mouvements des tissus sont fortement altérés. Les microsystèmes in vitro permettent d'étudier systématiquement le rôle des paramètres mécaniques sur le comportement des cellules, mais il n'existe actuellement aucun outil permettant de reproduire ces changements de courbures de manière réversible. En couplant la microstructuration d'hydrogel et le contrôle à distance par champ magnétique, nous pouvons réaliser des microsystèmes dans le but de mieux comprendre la formation et le maintien de tissus hétérogènes. L'objectif du stage est de cultiver des organoïdes intestinaux sur des hydrogels microstructurés afin d'étudier les réponses cellulaires aux champs magnétiques externes.

Le captage d'énergie par ultrasons est une solution prometteuse de transfert d'énergie sans fil pour alimenter des dispositifs miniaturisés de communication et de biodétection. Cependant, la plupart des capteurs à ultrasons actuels fonctionnent avec des matériaux piézoélectriques qui ne sont ni biocompatibles ni durables. Les plantes offrent une plateforme de matériaux biosourcés permettant de surmonter ces difficultés grâce à leur comportement piézoélectrique. Notre objectif est de concevoir des matériaux à base de plantes pour la récuperation d'énergie par ultrasons. Ce stage se concentrera sur l'identification des caractéristiques phononiques pour la localisation d'énergie ultrasonore dans les plantes.
 

Les batteries à l'état solide sont considérées comme une grande avancée pour surmonter certains des facteurs limitatifs des batteries Li-ion commerciales qui utilisent un électrolyte liquide (composant inflammable), tels que la sécurité et les caractéristiques de puissance et de densité énergétique. Malheureusement, les batteries à l'état solide sont confrontées à plusieurs défis qui nécessitent une meilleure compréhension de leur fabrication. Avec ce projet collaboratif, nous avons l'intention d'étudier les propriétés mécaniques et les propriétés à l'interface de l'électrolyte solide et de l'électrode . Des études de frittage à haute pression/haute température à l'ILM seront combinées avec des tests électrochimiques au LEPMI, Grenoble, afin de trouver les paramètres optimaux pour un bon cyclage des batteries à l'état solide.
 

Le bruit issu d´un genou en movement est consideré comme un outil prometteur pour juger de la santé de l’articulation. Ce projet a pour but de developer un prototype fonctionnel de capteur acoustique adapté au genou humain. Il devrait être capable d’être deployé dans le milieu hospitalier afin de collecter les données des patients dans le futur. Ce projet es tune collaboration entre les laboratoires LaMCoS (tribologie, acoustique) et Ampere (plastronique).

Actuellement, le défi n'est pas la capture mais la libération post-capture du CO2 à un faible coût énergétique. Dans ce contexte, nous proposons l'utilisation d'un récepteur moléculaire synthétique capable de stabiliser, par de faibles interactions intramoléculaires, les produits de fixation du CO2. Ce récepteur unique est conçu pour subir un changement de configuration suite à un stimulus lumineux, conduisant à la dissociation du complexe entre le récepteur et le CO2 qui a perdu sa principale source de stabilisation.

 

Le présent projet soutenu par IMUST vise à développer une nouvelle classe de pérovskites hybrides pour des applications photovoltaïques. Les composés cibles sont des composés à base d'halogénures de formule générale : [M(L)]3+[M'2X9]3-. De nouvelles techniques de synthèse seront développées et une caractérisation multi-échelles seront réalisées à l'IRCELYON afin d’identifier et proposer une nouvelle classe d'absorbeurs pour le photovoltaïque.

L'objectif du stage est d'implémenter un microscope à force atomique AFM pour mettre en place un nouveau mode de fonctionnement "l' AFM 3D". Dans ce mode, la pointe AFM est balayée verticalement et latéralement pour imager l'espace interfacial 3D dans le liquide sur quelques nanomètres. Cette technique originale est la seule qui permet de suivre directement l'organisation des molécules d'eau autour de molécules biologiques adsorbées ou à la surface de couches organiques.Des applications en tribologie et pour la réalisation de biocapteurs sont envisagées.
Le /la candidate devra avoir des connaissances en physique ou en physico-chimie et un goût prononcé pour l'interdisciplinarité, l'instrumentation et l'expérimentation. Aucune connaissance en biologie n'est nécessaire.

Le cancer du pancreas est un défi majeur pour les oncologues à cause de son pronostic défavorable et des possibilités de traitement limitées. La chimiothérapie est peu efficace à cause de la faible diffusion des molecules cytotoxiques vers les cellules cibles, dûe d’un environnement tumoral particulièrement dense. En collaboration avec l’Assistance Publique-Hôpitaux de Paris (AP-HP), nous proposons d’étudier l’influence de plusieurs stimuli physiques pour altérer localement les propriétés du tissu tumoral et ainsi faciliter la pénétration des agents anti-cancéreux. Les nanoparticules (NPs) à base d’or possèdent un effet photothermique qui permet par exemple d’améliorer l’efficacité des agents chimiothérapeutiques sur les cellules cancéreuses qui sont plus sensibles à la chaleur que les cellules saines.
L’étudiant en stage de Master travaillera sur ce projet en collaboration avec 3 laboratoires du Labex iMUST: l’Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), l’Institut Lumière Matière (ILM) et le Laboratoire Ampère. L’étudiant synthétisera différentes nanostructures d’or (nanobâtonnets, coeur-coquille) présentant une absorption dans le proche infrarouge, une région spectrale dans laquelle l’absorption et la diffusion des tissus biologiques est minimale. Ces nanostructures seront étudiées in vitro sur des cultures cellulaires 2D et 3D (sphéroïdes). Un dispositif développé actuellement par Ampère et l’ILM pour l’électroporation de sphéroïdes sera utilisé dans cet objectif. Il permet la culture de centaines de sphéroïdes de tailles et formes identiques dans un hydrogel microstructuré et un remplacement facile du milieu de culture en évitant les étapes de manipulation des sphéroïdes. La pénétration et la distribution des NPs dans les cellules sera quantifiée par microscopie optique et corrélée à l’efficacité thérapeutique. En particulier, les NPs d’or seront détectées par photoluminescence excitée à deux photons en utilisant le microscope multiphotonique de la plate-forme NanOpTec.

 

« Développement de microstructures à base de couches déposée spar laser pulsé pour l'optique intégrée »
 

Dans ce projet, nous souhaitons développer de nouvelles microstructures intégrées sur des substrat en Si réalisées par décollement (lift-off) de couche déposées par laser pulsé. Le dépôt par laser pulsé (PLD) est une technique de croissance de couches de haute qualité couramment utilisée pour de nombreuses applications en optique [1,2]. En PLD, un faisceau laser pulsé intense est focalisé à travers une fenêtre optique sur une cible sous vide. Si la cible absorbe suffisamment d'énergie, l'interaction laser-matériau conduit à la formation d'un plasma qui peut se déposer sur le substrat face à la cible. Cette méthode présente l'avantage que les molécules atteignant la surface ont une énergie pouvant dépasser l'énergie thermique ce qui permet d'envisager des mise en forme par décollement pour une micro-structuration rapide et précise sans gravure. Récemment, nous avons montré que les guides d'ondes Y2O3:Eu3+ peuvent être fabriqués en combinant PLD et décollement [4]. Sur la base de ces résultats, nous voulons maintenant développer un convertisseur de longueur d’onde en terres rares directement intégré au-dessus de guides d'ondes à base de SiN. Pour ce stage, le candidat sera en charge de l'étape de lithographie dans la salle blanche NanoLyon gérée par l'Institut des Nanosciences de Lyon (INL) et de la croissance PLD à l'Institut de la Matière Lumière (ILM). Les différents paramètres de croissance, de conception et de lithographie seront étudiés afin de développer les convertisseurs de longueur d'onde en circuit intégré. Les dispositifs fabriqués seront mesurés principalement par microscopie électronique à balayage, photoluminescence et mesure d'absorption. Ce stage pourra être poursuivi par un travail de thèse.

 

[1] Abdellaoui N, et al.. Nanotechnologie. 2015. https://doi.org/10.1088/0957-4484/26/11/115604

[2] M. Jelinek et al. Physique laser 2009 https://doi.org/10.1134/s1054660x090220194

[3] https://ilm.univ-lyon1.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=217

[4] Gassenq A, et al. Optique Express 2021. https://doi.org/10.1364/OE.416450

Thanks to their outstanding properties, thermosetting polymers such as epoxy-based systems find applications in numerous industrial sectors (aeronautics, electronics…). The scope of this category of polymer materials is however hampered by their brittle character when highly crosslinked. To improve damage tolerance of thermosets with limited loss in thermomechanical properties (stiffness, Tg), polymerization-induced phase separation techniques involving rubbery materials have become popular strategies. To favor energy dissipation and restrain crack propagation in the material, the control of the morphology and the design of well-ordered nanostructures have been shown to be of paramount importance. In this context, amphiphilic block copolymers (BCP) made of one block with rubbery characteristics and a second one which remains miscible with the epoxy system in the course of the network formation (to prevent macrophase separation) constitute excellent candidates as rubber-toughening agents in epoxy-based networks. Whereas many BCP systems have been reported in epoxy-based systems¹, toughening strategies involving BCP promoting both i/ generation of phase-segregated rubbery nanodomains and ii/ (in these domains) the reversible formation of supramolecular assemblies (i.e. H-bonding groups) remain unexplored.
In this context, the main objectives of this internship will be i) to synthesize a series of well-defined BCPs with a H-bonding rubbery block and an epoxy-miscible block by RAFT polymerization, ii) to employ these BCPs to generate nanostructured epoxy thermosets with different morphologies and iii) to evaluate how (macro)molecular parameters (block copolymer composition, block copolymer content, nature and number of H-bonding motifs, morphology) impact mechanical properties (especially toughness) of the resulting polymer networks in order to optimize the properties of the thermosets.

¹a) M. A. Hillmyer, P. M. Lipic, D. A. Hajduk, K. Almdal, F. S. Bates J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2749-2750. b) Rebizant, V.; Venet, A.-S.; Tournilhac, F.; Girard-Reydet, E.; Navarro, C.; Pascault, J.-P.; Leibler, L. Macromolecules 2004, 37, 8017−8027.c) S. Chen, P. Alcouffe, A. Rousseau, J-F. Gérard, F. Lortie, J. Zhu, J. Bernard. Macromolecules 2021, 37, 8017−8027.

Architectured materials are artificial composites possessing specific properties obtained thanks to adequate topology or morphology designs. They are given high attention in many industrial applications (aeronautic, biomedical, building, vehicles, …) thanks to their enhanced performances. Topology optimization gives a practical way to distribute the material within a design domain and thus achieve the optimized performances. Such materials can be easily manufactured using 3D printer. The high power resolution of the recent 3D printers allows to achieve billion voxels design of architectured materials opening so the possibility to develop materials with original microstructures. However, the algorithms usually used for topology optimization reach their limits when scaling with small microstructures sizes. Moreover, running many computations for parametric studies (e.g. specific case optimization) still remains a challenging issue for many engineering applications. To handle this issue, real time original strategies are combined with multiscale topology optimization. At the offline step, a database of optimized architectured materials is built, it is then called at the online step for real time and rapid topology optimization without any need to rerun the topology optimization process.

Single-ion electrolyte membranes are materials having numerous applications for energy (fuel cells, flow battery, metal-ion batteries and (super) capacitor) and environmental technologies (wastewater treatment). The most common membranes are based on perfluorosulfonated or aromatic ionomers (polymers bearing a small fraction of ionic groups), resulting into a solid material able to transport counter-ions through a complex nanostructure. Yet such materials are expensive, are not environmentally friendly due to the chemical and solvents employed for their synthesis, and their mechanical and functional properties can hardly be adjusted which strongly constrain the design of technological devices.We recently developed a new methodology to obtain ionic membranes by processing biobased materials in water. The goal of this internship is to investigate the technological potential of such approach.
 

Le comportement de particules piégées à un interface liquide-liquide est un problème complexe car il implique plusieurs mécanisme de répulsion ou attraction entre grains. Ce projet exploratoire a pour but d'étudier expérimentalement la dynamique d'étalement de grains "pollués" par un surfactant à un interface eau-huile. Le/la stagiaire se concentrera sur la mesure de la vitesse radiale à l'interface.