Ingénierie, synthèse et relations structures/propriétés de copolymères à blocs pour la génération et le stockage de l'énergie

par Thomas Clement

Projet de thèse en Sciences des Polymères

Sous la direction de Patrice Rannou et de Lionel Picard.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Systèmes Moléculaires et Nano Matériaux pour l'Énergie et la Santé (laboratoire) depuis le 27-10-2017 .


  • Résumé

    Cette thèse vise à concevoir, synthétiser et caractériser de nouvelles génération de copolymères à blocs fonctionnels auto-assemblés et hiérarchisés permettant d'encoder aux travers des différentes échelles de longueurs pertinentes des fonctionnalités de transport excitonique et ioniques performantes dans des films minces grâce à la maitrise de la triple corrélation liant leur architectures, leur organisation structurale et leurs propriétés de transport. Le programme de recherche est centré sur la chimie organique et macromoléculaire d'architectures multi-blocs par les techniques de polymérisations contrôlées ad hoc (ATRP, RAFT, ROMP, Chimie click) pour concevoir, synthétiser et caractériser de nouvelle génération de films minces (nanocomposites) concentrateur solaire luminescent et d'électrolyte solide polymère à conduction mono-ionique pour le génération et le stockage (électrochimique) de l'énergie. Cette thèse permettra la génération de mini-bibliothèques de matériaux fonctionnels assurant des fonctions critiques pour le domaine de la photonique (objectif 1) et de la nanoionique/nanofluidique (objectif 2), importants sur les plan sociétaux et économiques et en accord avec la stratégie nationale de recherche (S.N.R.) et la stratégie nationale de la recherche énergétique (S.N.R.E.). La réalisation de son premier objectif a pour but d'obtenir des cellules solaires simples jonctions à rendement de conversion photovoltaïque amélioré par l'addition (fabrication additive) d'un film mince (nanocomposites) permettant une meilleure gestion de la collecte des photons de l'ensemble du spectre solaire via une nouvelle technologie de guide d'ondes à concentration solaire luminescente (LSC). La réalisation de son deuxième objectif visera quant à elle à produire des batteries plus efficaces et plus sûr via l'intégration de films minces d'électrolytes solides polymères 2.0 encodant efficacement un transport mono-ionique de dimensionnalité contrôlée (1D/2D/3D) au travers de morphologies (macro)moléculaires prédéfinies par ingénierie macromoléculaire. Soutenu scientifiquement et financièrement par l'Idex-UGA, cette thèse se déroulera dans les cadres (ISP: International Strategic Partnership) du projet collaboratif international CHARTEUSE (mai 2017-octobre 2020) liant l'UMR5819-SyMMES (CEA/CRS/UGA), le CEA-Liten et l'Université de Pennsylvanie et du projet collaboratif international ANR (ANR-15-PIRE-0001)/NSF (Grant NSF-OISE 1545884) PIRE (Partnership for International Research and Education) REACT (http://react.seas.upenn.edu/).

  • Titre traduit

    Engineering, synthesis, and structure/property correlations of block copolymers for energy generation and storage


  • Résumé

    This thesis aims at designing, synthesizing, and characterizing new generations of self-assembled and hierarchized functional block copolymers encoding, across all relevant length scales, high performance excitonic and ionic transport in thin films through mastering the triple correlation linking their chemical structures, their structural organizations and their transport properties. The PhD research program focuses on organic and macromolecular chemistry towards multi-block architectures by ad hoc controlled polymerization techniques (ATRP, RAFT, ROMP, click chemistries) to design, synthesize and characterize new generation of luminescent solar concentrator and solid polymer electrolyte thin films with single-ion conduction for the generation and (electrochemical) storage (electrochemical) of energy, respectively. This thesis will allow for the generation of mini-library of functional materials providing critical functions for the field of photonics (objective 1) and nanotechnology (objective 2), which are important societal and economic issue and are in line with the (French) National Strategy of Research (SNR) and the (French) National Energy Research Strategy (SNRE). Its first objective consists in designing and using nanocomposites to better manage photon harvesting of the entire solar spectrum via a new generation of luminescent solar concentrator (LSC) waveguide technology. Through the realization of its second objective, it aims at producing more efficient and safer by design batteries integrating 2.0 version of solid polymer electrolyte thin films efficiently encoding (1D/2D/3D) dimensionality-controlled single-ion transport into prescribed (by macromolecular engineering) morphologies . Scientifically and financially supported by the Idex-UGA, this thesis will take place within the frameworks of the Idex-UGA-ISP (International Strategic Partnership) international collaborative project CHARTEUSE (May 2017-October 2020) linking the UMR5819-SyMMES (CEA/CNRS/UGA), the CEA-Liten and the University of Pennsylvania as well as within the ANR (ANR-15-PIRE-0001)/NSF ( NSF-OISE grant 1545884) PIRE (Partnerships for International Research and Education) project (March 2016-March 2021) REACT (http://react.seas.upenn.edu/)