Partenaires du projet

CRIBC - UPHF une collaboration transfrontalière de longue date

Le partenariat du projet ECOPIEZOPLAS réunit deux opérateurs, chacun apportant des compétences spécialisées et des ressources essentielles pour la réalisation des objectifs de cette initiative transfrontalière.

Le CRIBC (Centre de Recherche Industrielle Belge des Céramiques) assumera le rôle de chef de file dans cette collaboration, avec le soutien du laboratoire IEMN de l'UPHF.

La collaboration étroite entre le CRIBC et le UPHF existe depuis plus de 25 ans, surtout grâce à la proximité des deux centres (20km) et a été concrétisée par la création du Groupement d'Intérêt Scientifique TECHCERA, qui veut renforcer encore davantage leurs capacités à relever les défis technologiques les plus innovants.

Les deux opérateurs forment ainsi une équipe unique dans la zone (voire même en Europe) autour des matériaux céramiques, couvrant toute leur chaîne de valeur, avec d'un côté un acteur académique et de l'autre, un centre de recherche appliquée, proche des industriels des deux régions transfrontalières.

Le CRIBC et l’UPHF ont été partenaires nombreux projets dans le cadre INTERREG FWVL

STIMAT « Support technologique Interrégional en MATériaux Avancés » (2002-2005)
PRISTIMAT « Partenariat en Recherches, Innovations et Supports Techniques Interrégionaux en Matériaux » (2008-2012)
PRISTIMED « Partenariat en Recherches, Innovations et Supports Techniques Interrégionaux en Matériaux pour le Secteur MEDical » (2013-2014)
PRISTIMAT2 « Partenariat en Recherches, Innovations et Supports Techniques Interrégionaux en MATériaux et Thermique » (2013-2014)
PRISTIFLEX « Partenariat en Recherches, Innovations et Supports Techniques Interrégionaux pour la caractérisation des revêtements par capteurs interdigités FLEXibles » (2013-2014)
TECH2FAB « Des technologies vers l’application industrielle (Technology to fabrication) (2016-2021)

Plus-value transfrontalière du projet ECOPIEZOPLAS

La coopération transfrontalière est essentielle pour le projet ECOPIEZOPLAS en raison de la nature multidisciplinaire des défis à relever, qui dépassent les capacités d'un seul acteur et nécessitent une combinaison de compétences spécialisées, de ressources et de perspectives diverses. Les objectifs du projet, centrés sur le développement de matériaux piézoélectriques sans plomb pour des applications technologiques et médicales avancées, requièrent une expertise et des infrastructures spécifiques qui ne sont pas entièrement disponibles dans une seule localité.

Les partenaires du projet, l'IEMN (site de Valenciennes) et le CRIBC apportent des expertises complémentaires qui sont cruciales pour le succès du projet.

L'IEMN possède une expertise en traitement de surface et caractérisations notamment électriques des films minces des matériaux piézoélectriques, tandis que le CRIBC est spécialisé dans la synthèse de poudres et la fabrication de cibles céramiques par frittage SPS et leur caractérisation subséquente. Cette mutualisation de compétences permet de couvrir l'ensemble du processus de développement des matériaux, de la synthèse initiale à l'application finale, ce qui serait moins réalisable sans cette collaboration transfrontalière. Le fait de contrôler la composition (et la densité dans une moindre mesure) des cibles est un atout majeur. Nous savons que la composition du film sera différente de celle de la cible au travers du passage des atomes dans le plasma. Disposant de l'autonomie de fabriquer les cibles, il nous sera possible de modifier la composition si cela apparait nécessaire. La conséquence est évidente : un contrôle rapide de la composition du film engendre un impact considérable.

CRIBC

Le CRIBC (Centre de Recherches de l’Industrie Belge de la Céramique) est un organisme de recherche collective créé en 1948, en application de la loi de Groote. Le CRIBC soutient l’industrie céramique par la réalisation de recherches appliquées, par la guidance et la veille technologiques et en organisant une information scientifique et technique au bénéfice de ses membres. Le service R&D regroupe une vingtaine de scientifiques et techniciens, chimistes et physiciens.

Le CRIBC dispose d’un parc complet d’équipements de densification, avec notamment des fours dont les températures maximales peuvent atteindre 2400°C. Le CRIBC a acquis une solide expérience dans le domaine du frittage rapide, et notamment par Spark Plasma Sintering (SPS). Un équipement de pointe, unique en Wallonie, a été acquis en 2011 et permet la densification rapide (les temps de cycle sont inférieurs à 1 heure) d’échantillons céramiques, métalliques ou composites dont le diamètre peut atteindre jusqu’à 150mm. De nombreux projets, certains en lien direct avec les besoins industriels, d’autres plus axés recherche fondamentale, ont permis du CRIBC d’accroître ses connaissances et compétences dans cette technologie de pointe. Cet équipement sera utilisé dans le cadre de ce projet pour la réalisation de cibles « à façon » pour la réalisation des essais de pulvérisation cathodique. Le CRIBC dispose également de nombreux moyens de mise en œuvre, y compris pour les synthèses de poudres céramiques, ainsi que d’un plateau technique de métrologie et d’analyse complet (physique, chimique, mécanique, tribologique).

Le CRIBC, en tant que chef de file, aura la charge de la gestion administrative du micro-projet. Cela impliquera notamment :

- la préparation et la réalisation des réunions inter-partenaires,

- le suivi de l'avancement scientifique du projet,

- le reporting (en collaboration avec l'IEMN),

- le suivi des indicateurs,

- la gestion du budget.

D'un point de vue technique et scientifique, le CRIBC prendra en charge la préparation des poudres céramiques (nécessaires à la préparation des cibles de pulvérisation). Une optimisation de la composition du mélange sera notamment nécessaire. Les mélanges obtenus seront caractérisés au niveau composition (analyses DRX) et granulométrie.

Le CRIBC aura également la charge de préparer les cibles de pulvérisation cathodique par frittage SPS. Une optimisation des conditions de frittage (température et pression) sera nécessaire afin d'obtenir une densification maximale et une homogénéité de composition chimique. Après consolidation, les cibles seront caractérisées par diffraction des rayons X et les résultats obtenus comparés à ceux mesurées sur le mélange de poudres initial.

UPHF

L'IEMN- Site de Valenciennes travaille depuis des années sur les matériaux fonctionnels pour des applications en micro et nanotechnologies. Les matériaux se présentent sous forme de films minces (ou épais), ils sont déposés par pulvérisation cathodique radio fréquence magnétron. L'équipe dispose d'une salle blanche qui comporte de nombreux équipements : 3 bâtis de dépôts PVD (un équipement de métallisation, un équipement pour les dépôts d'oxydes et un équipement pour les dépôts de nitrure). Les dépôts peuvent se faire in situ (chauffage du substrat durant le dépôt jusque 800°C maximum) et les films sont cristallisés à la sortie du réacteur. La filière ex situ est également développé mais nécessite alors un recuit post dépôt. Plusieurs fours tubulaires sont alors utilisés pour cristalliser les films dans les bonnes phases. Nous disposons des équipements de caractérisations physico-chimiques (MEB, DRX ...). Une photolithographie optique permet également de fabriquer des MEMS. Un bâti de gravure plasma permet d'effectuer des motifs dans les films. Des équipements de caractérisations optiques et électriques permettent de qualifier les performances des films : indice de réfraction, permittivité, courant de fuite, coefficient piézoélectrique ...

Dans ce projet, l’IEMN prendra en charge :

- le dépôt des électrodes inférieures et supérieures qui permettrons de qualifier électriquement les films,

- le dépôt des films essentiellement sur silicium métallisé (électrode inférieure) et modifications des paramètres de dépôt (température, pression, puissance rf ...). L'objectif est bien évidemment d'obtenir des films à la bonne composition et cristallisés dans la phase cristalline recherchée,

- les caractérisations physico chimiques des films,

- les caractérisations électriques et en particulier les cycles d'hystérésis et piézoélectriques. L'objectif est d'atteindre un coefficient piézoélectrique d33 égal et supérieur au matériau de référence, le PZT.