En impression 3D, tout se joue dans les matériaux : résistance, légèreté, durabilité, usages. Un enjeu clé pour l’industrie… et pour les ingénieur·es de demain.

Qu’il s’agisse de pièces de fusée, d’automobile, de pont ou même d’aliments, la fabrication additive (FA) redéfinit complètement le champ des possibles dans de très nombreux domaines d’activités. Elle offre des perspectives prometteuses en matière de matériaux, mais elle pose également des défis techniques, économiques et environnementaux qui nécessitent une maturation et une adaptation des procédés en lien avec les matériaux utilisés.

Plus connu sous la dénomination « impression 3D », ce procédé met en œuvre des polymères (plastiques) ou des alliages métalliques pour fabriquer des objets du quotidien. Les imprimantes 3D polymères sont accessibles au grand public pour quelques centaines d’euros. Elles permettent notamment de fabriquer des pièces prototypes (d’où le nom prototypage rapide), des coques de téléphone, des pièces de rechange, des prothèses, des bijoux, des jouets, des objets de décorations ou des maquettes.

Dossier Pop’Sciences – CNRS : « ANNÉE DE L’INGENIERIE – Quand l’ingénierie façonne la recherche scientifique »

Au-delà de l’image d’Épinal du métier d’ingénieur des ponts et chaussés chargé d’aménager le territoire et de concevoir nos infrastructures routières, l’ingénierie intervient dans bien d’autres domaines. De la physique des matériaux à la santé en passant par la préservation de l’environnement et la production d’énergie verte, elle contribue ainsi à faire avancer la recherche scientifique sur tous les plans.

©Émilie Josse

Comme le résumait quelque peu abruptement l’ingénieur en aéronautique hongrois Théodore von Kármán (1881-1963) et premier récipiendaire de la Médaille nationale des sciences des États-Unis « Le scientifique décrit ce qui est, tandis que l’ingénieur crée ce qui n’a jamais existé. » D’un point de vue étymologique, le mot ingénierie provient du latin genere signifiant en effet créer ou produire. En tant que discipline, l’ingénierie recouvre quant à elle l’ensemble des activités de conception et de planification contribuant à la réalisation d’un projet scientifique ou technique. C’est cette démarche que le CNRS et ses partenaires académiques entendent notamment mettre à l’honneur tout au long de cette année universitaire.

Vers une infinité de combinaisons moléculaires

Dans les laboratoires explorant la physique des matériaux, l’ingénierie est devenue une alliée incontournable. Grâce à elle, les scientifiques peuvent désormais façonner de nouveaux polymères plastiques dépourvus de toxicité. L’intégration de liaisons chimiques plus faciles à rompre dans la structure de ces colliers de perles moléculaires contribue par ailleurs à améliorer leur recyclage. Cette ingénierie à l’échelle de la molécule bénéficie également à une nouvelle classe de matériaux hybrides fusionnant un composé organique avec un métal. Conçus à la manière d’un jeu de Lego moléculaire, ces polymères dits « de coordination » offrent une infinité de combinaisons et des perspectives d’applications dans la production et le transport d’électricité ou le stockage d’informations.

Repousser sans cesse les limites de détection

Améliorer les performances des outils d’analyse est un autre domaine dans lequel excellent les sciences de l’ingénierie. D’ici quelques années, sonder les matériaux à l’échelle subatomique pour percer les secrets de leurs propriétés pourrait ainsi devenir réalité en combinant la microscopie électronique à une technique de spectroscopie reposant sur la diffusion d’un faisceau d’électrons. En appliquant les préceptes de l’ingénierie moléculaire, des physiciens ont pu concevoir des tubes polymères de dimension nanométrique – À titre de comparaison, un cheveu humain a une épaisseur d’environ 50 000 nanomètres – recouvert d’une fine couche d’un autre polymère conducteur d’électricité. Parvenir à mettre au point une telle structure ouvre la voie à des détecteurs de photons bien plus précis capables de faire avancer la recherche en physique des particules.
En matière de santé, l’ingénierie est à même de renforcer les capacités d’analyse de l’imagerie médicale. Reposant sur la diffusion d’ultrasons, l’échographie compte parmi les techniques qui pourraient bientôt bénéficier de ces avancées. La mesure du risque d’accident vasculaire cérébral (AVC) ou celle de l’efficacité d’un traitement du cancer par chimiothérapie figurent parmi les nouveaux usages de l’échographie d’ores et déjà testés par les scientifiques.

Faire feu de tout bois avec la photocatalyse

Recourir à l’hydrogène comme source d’énergie fait partie des solutions envisagées par la France et d’autres pays pour assurer leur transition énergétique et tendre ainsi vers la neutralité carbone. Mais pour l’heure, plus de 90% de la production l’hydrogène repose encore sur l’utilisation de ressources fossiles telles que le charbon ou le gaz. Afin de mettre en œuvre des dispositifs de production éco-responsables, des ingénieurs misent sur l’usage de semi-conducteurs intégrant des matériaux ferroélectriques et activés par une source lumineuse. Cette forme de photocatalyse pourrait en outre servir à éliminer certains polluants (antibiotiques, pesticides) accumulés dans le bassin de rétention des eaux usées d’un hôpital ou d’une exploitation agricole.

Il arrive enfin aux spécialistes de l’ingénierie de prendre un peu de hauteur pour améliorer les capacités de détection des satellites chargés de scruter notre planète. Basé sur l’intégration de nouvelles méthodes mathématiques dans un modèle d’observation de la Terre, cette approche vise à renforcer l’acuité des systèmes de télédétection par satellite. Et se faisant d’accéder à des informations jusqu’ici invisibles à l’œil du scientifique comme les variations de température dans chacun des quartiers d’une ville confrontée à une canicule.

En cette Année de l’Ingénierie, Pop’Sciences et la délégation Rhône Auvergne du CNRS mettent à l’honneur la diversité de la recherche scientifique relevant de cette discipline à travers une série de sept articles. Ceux-ci mettent en lumière les travaux du laboratoire Ingénierie des matériaux polymères¹, du Centre de recherche en acquisition et traitement de l’image pour la santé², de l’Institut de recherches sur la catalyse et l’environnement³, du laboratoire Matériaux ingénierie et science⁴ et du Laboratoire d’optique atmosphérique⁵. Ces articles offrent ainsi un aperçu des récentes avancées obtenues dans le domaine de la physique des matériaux, de l’imagerie médicale, de la photocatalyse, ou en ce qui concerne l’étude des propriétés de la matière à l’échelle de ses atomes. À travers ce dossier, nous espérons inspirer les curieux de sciences, montrer la surprenante diversité des métiers de l’ingénierie et éveiller la curiosité des jeunes élèves.

Article rédigé par Grégory Fléchet, journaliste scientifique – Janvier 2026

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¹ Unité CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, INSA Lyon, Université Jean Monnet

² Unité CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, Inserm, Insa Lyon

³ Unité CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1

⁴ Unité CNRS, INSA Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1

⁵ Unité CNRS / Université de Lille

lles RESSOURCES du dossier :

Dans ce dossier, nous vous invitons à découvrir un aperçu des travaux en cours et des avancés récentes de scientifiques lyonnais. Pour chaque article, les liens avec les programmes scolaires sont proposés.

• #1 : Coup d’accélérateur sur la modélisation des transferts radiatifs atmosphériques – Publié le 20/01/26 

Image Nasa/Johnson Space Center

Tout rayonnement qui traverse l’atmosphère est en partie absorbé par les gaz qui la composent. Parce que ces interactions jouent un rôle déterminant dans la simulation des données recueillies par les satellites, elles doivent être modélisées avec précision. En s’appuyant sur une approche novatrice, des scientifiques ont montré qu’il était possible d’effectuer plus rapidement cette opération tout en mobilisant un minimum de ressources informatiques. Ces travaux devraient permettre d’accéder à de nouvelles informations sur les propriétés de l’atmosphère et de la surface terrestre.

LIRE L’ARTICLE

• #2 : Faciliter le suivi médical des patients grâce aux ultrasons – Publié le 20/01/26 

© Hervé LIEBGOTT/CNRS Images

Adaptée à la visualisation de la plupart de nos organes, l’échographie est notamment employée pour détecter des anomalies, comme des tumeurs, des kystes ou des malformations. Les capacités d’analyse de cette technique d’imagerie reposant sur la diffusion d’ultrasons restent toutefois largement sous-exploitées. S’efforçant d’améliorer les performances de l’échographie, les travaux de scientifiques lyonnais laissent entrevoir de nouveaux usages prometteurs dans le domaine biomédical.

LIRE L’ARTICLE

• #3 : Les polymères, nouvelle voie pour la mise au point de nano-détecteurs – Publié le 20/01/26 

© Laurence MEDARD/CNRS Images

Pour détecter avec précision des particules élémentaires, des scientifiques développent des capteurs composés de millions de « nano-canaux », des tubes mille fois plus fins qu’un cheveu. En tapissant l’intérieur de ces minuscules tunnels de nouveaux matériaux à base de polymères, une équipe lyonnaise espère créer des dispositifs plus compacts et plus sensibles. Une piste innovante qui permettrait de transformer la détection à haute résolution en physique fondamentale.
LIRE L’ARTICLE

• #4 : La photocatalyse promise à un avenir radieux – Publié le 20/01/26 

© Didier COT/CNRS Images

Méthode permettant d’accélérer une réaction chimique grâce à l’absorption de la lumière, la photocatalyse peut trouver des applications dans bien des domaines. Depuis plus d’une décennie, des chimistes lyonnais s’efforcent d’améliorer les performances de ce procédé catalytique dans le but de faire émerger de nouvelles applications dans le traitement des eaux usées et la production d’hydrogène vert.

LIRE L’ARTICLE

• #5 : Sonder la matière à l’échelle atomique pour révéler ses propriétés – Publié le 20/01/26 

© Alex BOURGEOIS, Céline VARVENNE, Pierre-Antoine GESLIN | CNRS Images

Comprendre comment les constituants les plus élémentaires de la matière sont liés entre eux à pour tenter de percer leurs secrets. Tel est l’objectif que s’est fixé Matthieu Bugnet à partir d’outils dédiés à l’étude des matériaux. En combinant la microscopie électronique en transmission avec une méthode de spectroscopie avant-gardiste, le scientifique cherche à révéler la structure de matériaux à l’interface des atomes qui les constituent.

LIRE L’ARTICLE

• #6 : De nouveaux matériaux hybrides aux atouts multiples –Publié le 28/01/26 

© Bertrand REBIERE / ICGM / CNRS Images

Fruit de l’association d’un métal et d’un ligand organique, les réseaux métallo-organiques disposent de propriétés inédites laissant entrevoir de futures applications dans les domaines de la santé, de l’environnement ou de l’énergie. Portant sur l’un de ces matériaux hybrides, les travaux de la chimiste Aude Demessence révèlent ses potentialités en matière de thermoélectricité et de stockage de données.

LIRE L’ARTICLE

• #7 : « Repenser la synthèse des polymères dans la perspective de les rendre plus faciles à recycler » Interview de Jannick Duchet-Rumeau – Publié le 20/01/26 

© Cyril FRESILLON/PEPSEA/CNRS Images

Professeure de chimie à l’INSA Lyon et directrice du laboratoire Ingénierie des matériaux polymères (IMP), Jannick Duchet-Rumeau s’efforce de concevoir des polymères plus respectueux de l’environnement en modifiant la structuration de ces matériaux à l’échelle nanométrique. La scientifique explore en outre de nouvelles pistes visant à contrôler leurs performances mécaniques ou à améliorer leur durabilité et leur dégradabilité, une fois ces matériaux devenus obsolètes.

LIRE L’INTERVIEW

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mmerci !

Ce dossier a été réalisé grâce à la collaboration de différents scientifiques de l’Université de Lyon. Nous les remercions pour le temps qu’ils nous ont accordé.

• Céline Cornet, enseignante-chercheuse à l’Université de Lille et Frédéric André, physicien CNRS au Laboratoire d’optique atmosphérique (LOA, unité CNRS / Université de Lille), anciennement rattaché au Centre d’énergétique et de thermique de Lyon (CETHIL, unité CNRS / INSA de Lyon).
• Pauline Muleki-Seya, chercheuse CNRS au Centre de recherche en acquisition et traitement de l’image pour la santé (Creatis, unité CNRS / Inserm / Insa Lyon / Université Claude Bernard Lyon 1)
• Serghei Anatoli, physicien CNRS au laboratoire Ingénierie des matériaux polymères (IMP, unité CNRS / INSA de LYON / Université Claude Bernard Lyon 1 / Université Jean Monnet)
• Gilles Berhault, chimiste CNRS à l’Institut de recherche sur la catalyse et l’environnement (Ircelyon, unité CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1)
• Matthieu Bugnet, chercheur CNRS au laboratoire Matériaux ingénierie et science (MatéIS, Unité CNRS/INSA Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1)
• Aude Demessence, chimiste CNRS à l’Institut de recherche sur la catalyse et l’environnement (Ircelyon, unité CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1)
• Jannick Duchet-Rumeau, professeure de chimie à l’INSA Lyon et directrice du laboratoire Ingénierie des matériaux polymères (IMP, unité CNRS / INSA de LYON / Université Claude Bernard Lyon 1 / Université Jean Monnet)

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ppour aller plus loin :

Nous vous proposons une sélection de ressources accessibles en ligne pour vous et vos élèves.

• Espace ressources du site web de l’Année de l’ingénierie
  Sur cette page, vous trouverez diverses ressources destinées aux élèves et aux enseignants dans le cadre de l’Année de l’Ingénierie. Kits pédagogiques, vidéos, portfolios et autres supports seront mis à disposition pour enrichir l’apprentissage et l’enseignement des ingénieries.
• Trouver un intervenant professionnel de la recherche
  Cette action permet de trouver un professionnel de la recherche, qu’il soit homme ou femme,  pour intervenir en classe. Ce professionnel présentera les métiers de la recherche ou des recherches actuelles, afin de susciter des vocations ou bien tout simplement de faire découvrir comment le savoir scientifique se construit. Pour les professeurs des collèges et des lycées, inviter un professionnel de la recherche dans sa classe permet de compléter le cours, en l’illustrant avec des exemples actuels et authentiques, et d’aider les élèves dans leur choix d’orientation.

Dossier Pop’Sciences – CNRS : « ANNÉE DE L’INGÉNIERIE – Quand l’ingénierie façonne la recherche scientifique »

Au-delà de l’image d’Épinal du métier d’ingénieur des ponts et chaussés chargé d’aménager le territoire et de concevoir nos infrastructures routières, l’ingénierie intervient dans bien d’autres domaines. De la physique des matériaux à la santé en passant par la préservation de l’environnement et la production d’énergie verte, elle contribue ainsi à faire avancer la recherche scientifique sur tous les plans.

©Émilie Josse

Comme le résumait quelque peu abruptement l’ingénieur en aéronautique hongrois Théodore von Kármán (1881-1963) et premier récipiendaire de la Médaille nationale des sciences des États-Unis « Le scientifique décrit ce qui est, tandis que l’ingénieur crée ce qui n’a jamais existé. » D’un point de vue étymologique, le mot ingénierie provient du latin genere signifiant en effet créer ou produire. En tant que discipline, l’ingénierie recouvre quant à elle l’ensemble des activités de conception et de planification contribuant à la réalisation d’un projet scientifique ou technique. C’est cette démarche que le CNRS et ses partenaires académiques entendent notamment mettre à l’honneur tout au long de cette année universitaire.

Vers une infinité de combinaisons moléculaires

Dans les laboratoires explorant la physique des matériaux, l’ingénierie est devenue une alliée incontournable. Grâce à elle, les scientifiques peuvent désormais façonner de nouveaux polymères plastiques dépourvus de toxicité. L’intégration de liaisons chimiques plus faciles à rompre dans la structure de ces colliers de perles moléculaires contribue par ailleurs à améliorer leur recyclage. Cette ingénierie à l’échelle de la molécule bénéficie également à une nouvelle classe de matériaux hybrides fusionnant un composé organique avec un métal. Conçus à la manière d’un jeu de Lego moléculaire, ces polymères dits « de coordination » offrent une infinité de combinaisons et des perspectives d’applications dans la production et le transport d’électricité ou le stockage d’informations.

Repousser sans cesse les limites de détection

Améliorer les performances des outils d’analyse est un autre domaine dans lequel excellent les sciences de l’ingénierie. D’ici quelques années, sonder les matériaux à l’échelle subatomique pour percer les secrets de leurs propriétés pourrait ainsi devenir réalité en combinant la microscopie électronique à une technique de spectroscopie reposant sur la diffusion d’un faisceau d’électrons. En appliquant les préceptes de l’ingénierie moléculaire, des physiciens ont pu concevoir des tubes polymères de dimension nanométrique – À titre de comparaison, un cheveu humain a une épaisseur d’environ 50 000 nanomètres – recouvert d’une fine couche d’un autre polymère conducteur d’électricité. Parvenir à mettre au point une telle structure ouvre la voie à des détecteurs de photons bien plus précis capables de faire avancer la recherche en physique des particules.
En matière de santé, l’ingénierie est à même de renforcer les capacités d’analyse de l’imagerie médicale. Reposant sur la diffusion d’ultrasons, l’échographie compte parmi les techniques qui pourraient bientôt bénéficier de ces avancées. La mesure du risque d’accident vasculaire cérébral (AVC) ou celle de l’efficacité d’un traitement du cancer par chimiothérapie figurent parmi les nouveaux usages de l’échographie d’ores et déjà testés par les scientifiques.

Faire feu de tout bois avec la photocatalyse

Recourir à l’hydrogène comme source d’énergie fait partie des solutions envisagées par la France et d’autres pays pour assurer leur transition énergétique et tendre ainsi vers la neutralité carbone. Mais pour l’heure, plus de 90% de la production l’hydrogène repose encore sur l’utilisation de ressources fossiles telles que le charbon ou le gaz. Afin de mettre en œuvre des dispositifs de production éco-responsables, des ingénieurs misent sur l’usage de semi-conducteurs intégrant des matériaux ferroélectriques et activés par une source lumineuse. Cette forme de photocatalyse pourrait en outre servir à éliminer certains polluants (antibiotiques, pesticides) accumulés dans le bassin de rétention des eaux usées d’un hôpital ou d’une exploitation agricole.

Il arrive enfin aux spécialistes de l’ingénierie de prendre un peu de hauteur pour améliorer les capacités de détection des satellites chargés de scruter notre planète. Basé sur l’intégration de nouvelles méthodes mathématiques dans un modèle d’observation de la Terre, cette approche vise à renforcer l’acuité des systèmes de télédétection par satellite. Et se faisant d’accéder à des informations jusqu’ici invisibles à l’œil du scientifique comme les variations de température dans chacun des quartiers d’une ville confrontée à une canicule.

En cette Année de l’Ingénierie, Pop’Sciences et la délégation Rhône Auvergne du CNRS mettent à l’honneur la diversité de la recherche scientifique relevant de cette discipline à travers une série de sept articles. Ceux-ci mettent en lumière les travaux du laboratoire Ingénierie des matériaux polymères¹, du Centre de recherche en acquisition et traitement de l’image pour la santé², de l’Institut de recherches sur la catalyse et l’environnement³, du laboratoire Matériaux ingénierie et science⁴ et du Laboratoire d’optique atmosphérique⁵. Ces articles offrent ainsi un aperçu des récentes avancées obtenues dans le domaine de la physique des matériaux, de l’imagerie médicale, de la photocatalyse, ou en ce qui concerne l’étude des propriétés de la matière à l’échelle de ses atomes. À travers ce dossier, nous espérons inspirer les curieux de sciences, montrer la surprenante diversité des métiers de l’ingénierie et éveiller la curiosité des jeunes élèves.

Article rédigé par Grégory Fléchet, journaliste scientifique pour Pop’Sciences et CNRS- Janvier 2026

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¹ Unité CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, INSA Lyon, Université Jean Monnet

² Unité CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, Inserm, Insa Lyon

³ Unité CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1

⁴ Unité CNRS, INSA Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1

⁵ Unité CNRS / Université de Lille

lles RESSOURCES du dossier :

Dans ce dossier, nous vous invitons à découvrir un aperçu des travaux en cours et des avancés récentes de scientifiques lyonnais. Pour chaque article, les liens avec les programmes scolaires sont proposés.

• #1 : Coup d’accélérateur sur la modélisation des transferts radiatifs atmosphériques – Publié le 20/01/26 

Image Nasa/Johnson Space Center

Tout rayonnement qui traverse l’atmosphère est en partie absorbé par les gaz qui la composent. Parce que ces interactions jouent un rôle déterminant dans la simulation des données recueillies par les satellites, elles doivent être modélisées avec précision. En s’appuyant sur une approche novatrice, des scientifiques ont montré qu’il était possible d’effectuer plus rapidement cette opération tout en mobilisant un minimum de ressources informatiques. Ces travaux devraient permettre d’accéder à de nouvelles informations sur les propriétés de l’atmosphère et de la surface terrestre.

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• #2 : Faciliter le suivi médical des patients grâce aux ultrasons – Publié le 20/01/26 

© Hervé LIEBGOTT/CNRS Images

Adaptée à la visualisation de la plupart de nos organes, l’échographie est notamment employée pour détecter des anomalies, comme des tumeurs, des kystes ou des malformations. Les capacités d’analyse de cette technique d’imagerie reposant sur la diffusion d’ultrasons restent toutefois largement sous-exploitées. S’efforçant d’améliorer les performances de l’échographie, les travaux de scientifiques lyonnais laissent entrevoir de nouveaux usages prometteurs dans le domaine biomédical.

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• #3 : Les polymères, nouvelle voie pour la mise au point de nano-détecteurs – Publié le 20/01/26 

© Laurence MEDARD/CNRS Images

Pour détecter avec précision des particules élémentaires, des scientifiques développent des capteurs composés de millions de « nano-canaux », des tubes mille fois plus fins qu’un cheveu. En tapissant l’intérieur de ces minuscules tunnels de nouveaux matériaux à base de polymères, une équipe lyonnaise espère créer des dispositifs plus compacts et plus sensibles. Une piste innovante qui permettrait de transformer la détection à haute résolution en physique fondamentale.

LIRE L’ARTICLE

• #4 : La photocatalyse promise à un avenir radieux – Publié le 20/01/26 

© Didier COT/CNRS Images

Méthode permettant d’accélérer une réaction chimique grâce à l’absorption de la lumière, la photocatalyse peut trouver des applications dans bien des domaines. Depuis plus d’une décennie, des chimistes lyonnais s’efforcent d’améliorer les performances de ce procédé catalytique dans le but de faire émerger de nouvelles applications dans le traitement des eaux usées et la production d’hydrogène vert.

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• #5 : Sonder la matière à l’échelle atomique pour révéler ses propriétés – Publié le 20/01/26 

© Alex BOURGEOIS, Céline VARVENNE, Pierre-Antoine GESLIN | CNRS Images

Comprendre comment les constituants les plus élémentaires de la matière sont liés entre eux à pour tenter de percer leurs secrets. Tel est l’objectif que s’est fixé Matthieu Bugnet à partir d’outils dédiés à l’étude des matériaux. En combinant la microscopie électronique en transmission avec une méthode de spectroscopie avant-gardiste, le scientifique cherche à révéler la structure de matériaux à l’interface des atomes qui les constituent.

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• #6 : De nouveaux matériaux hybrides aux atouts multiples – Publié le 28/01/26 

© Bertrand REBIERE / ICGM / CNRS Images

Fruit de l’association d’un métal et d’un ligand organique, les réseaux métallo-organiques disposent de propriétés inédites laissant entrevoir de futures applications dans les domaines de la santé, de l’environnement ou de l’énergie. Portant sur l’un de ces matériaux hybrides, les travaux de la chimiste Aude Demessence révèlent ses potentialités en matière de thermoélectricité et de stockage de données.

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• #7 : « Repenser la synthèse des polymères dans la perspective de les rendre plus faciles à recycler » Interview de Jannick Duchet-Rumeau – Publié le 20/01/26 

© Cyril FRESILLON/PEPSEA/CNRS Images

Professeure de chimie à l’INSA Lyon et directrice du laboratoire Ingénierie des matériaux polymères (IMP), Jannick Duchet-Rumeau s’efforce de concevoir des polymères plus respectueux de l’environnement en modifiant la structuration de ces matériaux à l’échelle nanométrique. La scientifique explore en outre de nouvelles pistes visant à contrôler leurs performances mécaniques ou à améliorer leur durabilité et leur dégradabilité, une fois ces matériaux devenus obsolètes.

LIRE L’INTERVIEW

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mmerci !

Ce dossier a été réalisé grâce à la collaboration de différents scientifiques de l’Université de Lyon. Nous les remercions pour le temps qu’ils nous ont accordé.

• Céline Cornet, enseignante-chercheuse à l’Université de Lille et Frédéric André, physicien CNRS au Laboratoire d’optique atmosphérique (LOA, unité CNRS / Université de Lille), anciennement rattaché au Centre d’énergétique et de thermique de Lyon (CETHIL, unité CNRS / INSA de Lyon).
• Pauline Muleki-Seya, chercheuse CNRS au Centre de recherche en acquisition et traitement de l’image pour la santé (Creatis, unité CNRS / Inserm / Insa Lyon / Université Claude Bernard Lyon 1)
• Serghei Anatoli, physicien CNRS au laboratoire Ingénierie des matériaux polymères (IMP, unité CNRS / INSA de LYON / Université Claude Bernard Lyon 1 / Université Jean Monnet)
• Gilles Berhault, chimiste CNRS à l’Institut de recherche sur la catalyse et l’environnement (Ircelyon, unité CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1)
• Matthieu Bugnet, chercheur CNRS au laboratoire Matériaux ingénierie et science (MatéIS, Unité CNRS/INSA Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1)
• Aude Demessence, chimiste CNRS à l’Institut de recherche sur la catalyse et l’environnement (Ircelyon, unité CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1)
• Jannick Duchet-Rumeau, professeure de chimie à l’INSA Lyon et directrice du laboratoire Ingénierie des matériaux polymères (IMP, unité CNRS / INSA de LYON / Université Claude Bernard Lyon 1 / Université Jean Monnet)

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ppour aller plus loin :

Nous vous proposons une sélection de ressources accessibles en ligne pour vous et vos élèves.

• Espace ressources du site web de l’Année de l’ingénierie
  Sur cette page, vous trouverez diverses ressources destinées aux élèves et aux enseignants dans le cadre de l’Année de l’Ingénierie. Kits pédagogiques, vidéos, portfolios et autres supports seront mis à disposition pour enrichir l’apprentissage et l’enseignement des ingénieries.
• Trouver un·e intervenant·e professionnel·le de la recherche
  Cette action permet de trouver un professionnel de la recherche, qu’il soit homme ou femme,  pour intervenir en classe. Ce professionnel présentera les métiers de la recherche ou des recherches actuelles, afin de susciter des vocations ou bien tout simplement de faire découvrir comment le savoir scientifique se construit. Pour les professeurs des collèges et des lycées, inviter un professionnel de la recherche dans sa classe permet de compléter le cours, en l’illustrant avec des exemples actuels et authentiques, et d’aider les élèves dans leur choix d’orientation.

Ressource #5 du dossier Pop’Sciences – CNRS : « ANNÉE DE L’INGENIERIE – Quand l’ingénierie façonne la recherche scientifique » ARTICLE 

Comprendre comment les constituants les plus élémentaires de la matière sont liés entre eux à pour tenter de percer leurs secrets. Tel est l’objectif que s’est fixé Matthieu Bugnet à partir d’outils dédiés à l’étude des matériaux. En combinant la microscopie électronique en transmission avec une méthode de spectroscopie avant-gardiste, le scientifique cherche à révéler la structure de matériaux à l’interface des atomes qui les constituent.

Visualisation stylisée d’une simulation atomique d’un alliage à haute entropie, c’est-à-dire composé de plusieurs éléments en proportions égales, ici du fer, du chrome, du nickel et du manganèse. © Alex BOURGEOIS, Céline VARVENNE, Pierre-Antoine GESLIN | CNRS Images

Conductivité électrique ou thermique, élasticité ou rigidité, résistance à la rupture ou à la corrosion, transparence ou opacité sont autant de propriétés dont peuvent disposer les matériaux que nous employons au quotidien. Bien que toutes ces caractéristiques s’appliquent à des structures ou des objets de dimension macroscopique, elles trouvent leur origine dans l’agencement de la matière à l’échelle de ses atomes voire même en-deçà. Parvenir à mettre en évidence cette organisation constitue toutefois un véritable défi technique que Matthieu Bugnet, chargé de recherche CNRS et spécialiste de microscopie électronique en transmission, s’efforce de relever à travers les investigations qu’il mène au sein du laboratoire Matériaux ingénierie et science (MatéIS)¹. « Nos recherches visent en quelque sorte à sonder ces constituants élémentaires de la matière que sont les atomes dans le but de comprendre leur organisation ainsi que celle des électrons présents autour du noyau des atomes et qui assurent la cohésion de ces derniers », explique-t-il. Pour déterminer de quelle manière les atomes interagissent les uns avec les autres, le scientifique étudie les liaisons chimiques entre atomes de divers matériaux cristallins² à l’aide d’un microscope électronique en transmission (MET).

Microscope électronique en transmission environnemental (ETEM), cet instrument permet d’analyser la structure et la composition de matériaux à l’échelle atomique, et leur évolution in situ sous différentes contraintes inhérentes à leur fonction : gaz, température, sollicitation mécanique… © Cyril FRESILLON / MATEIS / IRCELYON / CLYM / METSA / CNRS Images

Viser des niveaux de résolution extrêmes

En dépit d’un pouvoir de résolution supérieur à 0,1 nanomètre³, le MET qu’emploie Matthieu Bugnet n’est pas en mesure d’« imager » directement les liaisons entre les atomes. Pour cela, le scientifique associe depuis peu à cet outil d’observation un détecteur très performant optimisé pour la spectroscopie de pertes d’énergie des électrons (EELS pour Electron Energy-Loss Spectroscopy). Cette technique repose sur l’analyse des spectres générés par les pertes d’énergie que subissent les électrons lorsque ceux-ci traversent un matériau ou sont réfléchis à sa surface. « Appliquée à un échantillon de matière d’une ou deux dizaines de nanomètres d’épaisseur placé dans le microscope électronique, l’EELS offre la possibilité d’accéder à des niveaux de résolution énergétique et spatiale extrêmes qui peuvent nous permettre de comprendre ce qui se joue entre les atomes qui constituent cet échantillon », souligne le microscopiste. Pour éprouver les performances de ce dispositif d’analyse innovant, et s’assurer en premier lieu de sa capacité à révéler les caractéristiques des orbitales atomiques, c’est-à-dire la manière dont les électrons sont distribués autour de chaque atome, l’équipe de Matthieu Bugnet a eu recours à différents matériaux modèles. Ceux-ci présentent la particularité d’être très homogènes dans leur structure et leur composition chimique. Leurs propriétés et leurs caractéristiques spectrales en spectroscopie EELS sont en outre bien connues des spécialistes de la chimie des matériaux.

Faire le lien entre défauts et propriétés

Après avoir effectué des premiers tests pour le moins concluants sur un matériau cristallin connu, le dioxyde de titane (TiO₂), les scientifiques se sont ensuite focalisés sur des feuillets bidimensionnels de graphène. Ce cristal synthétique est constitué d’atomes de carbone disposés dans un même plan selon un motif hexagonal. En combinant les données expérimentales recueillies dans le MET à l’aide de l’EELS avec des outils de simulation adaptés à la modélisation de signaux de très faible intensité affectés par la nature même de l’expérience, ils sont ainsi parvenus à cartographier la signature d’orbitales atomiques du graphène.

À l’avenir, l’équipe envisage d’employer cette même méthode pour sonder les liaisons chimiques au niveau de défauts localisés dans les matériaux cristallins. Objectif de ces investigations : établir un lien entre les liaisons chimiques d’un matériau au voisinage de ses défauts et ses propriétés les plus intéressantes pour faciliter l’ingénierie des défauts. En parallèle de ces futurs travaux, des études seront effectuées aux interfaces du graphène et du carbure de silicium (SiC). « Un matériau hybride tel que celui-ci présente des configurations idéales pour nous permettre de maximiser nos chances de révéler le lien entre structuration des orbitales atomiques et des propriétés s’exprimant à l’échelle macroscopique », explique le microscopiste.

Sonder la matière à l’échelle de l’atome © Emilie Josse

La manipulation des atomes en ligne de mire

Qu’elles soient de nature physique, mécanique ou électronique, les propriétés des matériaux sont très souvent conditionnées par les défauts s’exprimant à des échelles très fines. Le fait de remplacer certains atomes constitutifs d’un matériau par d’autres éléments chimiques, ou d’arranger localement ces atomes de manière différente, pourrait alors suffire à lui octroyer de nouvelles caractéristiques. Si les travaux de Matthieu Bugnet n’ont pas encore permis, pour l’heure, de mieux définir l’intérêt de manipuler la matière à une échelle aussi fine. Ils attestent en revanche de la capacité de la microscopie électronique à visualiser l’effet des liaisons chimiques au niveau des défauts et des interfaces d’une grande variété de matériaux solides, dès lors que cette technique d’observation est associée à l’EELS. « Bien que nos premiers résultats restent très fondamentaux, ils laissent entrevoir la possibilité et surtout l’intérêt de façonner la matière à l’échelle de ses atomes, et ce de manière contrôlée, dans le but de faire advenir de nouvelles propriétés macroscopiques. »

D’ici une dizaine d’années, des domaines d’activité tels que la microélectronique, la catalyse, le stockage de données informatiques ou celui d’énergie pourraient bénéficier de cette conception à la carte des matériaux. En cherchant à améliorer l’analyse de la structure de la matière à l’échelle de leurs atomes, ces travaux devraient contribuer à relever l’un des grands défis de l’ingénierie consistant à développer de nouveaux matériaux dotés de propriétés inédites.

Article rédigé par Grégory Fléchet, journaliste scientifique – Janvier 2026

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¹ Unité CNRS/INSA Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1

² Solides dont les atomes, ions ou molécules sont disposés dans une structure ordonnée et répétitive, formant un motif tridimensionnel, bidimensionnel ou monodimensionnel régulier.

³ Un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre (10^-9 m), ce qui correspond peu ou prou au diamètre d’un atome d’hélium (He).

Ces recherches ont été financées en tout ou partie, par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) au titre du projet ANR-ORBITEM-AAPG2022. Cette communication est réalisée et financée dans le cadre de l’appel à projet Sciences Avec et Pour la Société – Culture Scientifique Technique et Industrielle pour les projets JCJC et PRC des appels à projets génériques 2022 (SAPS-CSTI-JCJ et PRC AAPG 22).

Ressource #6 du dossier Pop’Sciences – CNRS : « ANNÉE DE L’INGENIERIE – Quand l’ingénierie façonne la recherche scientifique » ARTICLE 

Fruit de l’association d’un métal et d’un ligand organique¹, les réseaux métallo-organiques disposent de propriétés inédites laissant entrevoir de futures applications dans les domaines de la santé, de l’environnement ou de l’énergie. Portant sur l’un de ces matériaux hybrides, les travaux de la chimiste Aude Demessence révèlent ses potentialités en matière de thermoélectricité et de stockage de données.

Les réseaux métallo-organiques, ou en anglais metal organic frameworks (MOFs), sont des solides hybrides (organique/inorganique) micro- ou méso-poreux ordonnés. © Bertrand REBIERE / ICGM / CNRS Images

En octobre dernier, le prix Nobel de chimie était conjointement accordé à Richard Robson, Susumu Kitagawa et Omar Yaghi. La prestigieuse récompense saluait les contributions pionnières de ces trois scientifiques dans le développement des tous premiers réseaux métallo-organiques (MOFs), des matériaux hybrides et poreux pouvant être assemblés comme des Lego®. S’inscrivant dans la lignée de ces travaux, les recherches que mène l’équipe d’Aude Demessence à l’Institut de recherches sur la catalyse et l’environnement de Lyon (Ircelyon)² se focalisent sur une famille spécifique de MOFs. Qualifiées de polymères³ de coordination, les structures auxquelles s’intéressent ces scientifiques associent un métal monétaire, tel que le cuivre, l’or ou l’argent, à une molécule organique. Un ligand à base de soufre fixé aux ions métalliques assure quant à lui la liaison avec le matériau organique. Tandis que les MOFs récompensés par le prix Nobel de chimie 2025 disposent d’une structure tridimensionnelle, les matériaux hybrides conçus par Aude Demessence présentent une architecture en une ou deux dimensions. « Les polymères de coordination que nous développons sont des matériaux anisotropes, c’est-à-dire qu’ils disposent de propriétés physiques qui varient selon leur orientation spatiale, souligne la chimiste des matériaux du CNRS. La configuration mono et bidimensionnelle limitant les directions dans lesquelles les électrons vont pouvoir se propager, la conductivité électrique du matériau s’en trouve ainsi renforcée. »

À gauche : structure d’un polymère de coordination monodimentionnel (1D MOF) et à droite : structure d’un polymère de coordination bidimentionnel (2D MOF). © Aude Demessence

Un câble électrique à l’échelle nanométrique

Ces polymères d’un genre nouveau se présentent sous la forme d’un « sandwich moléculaire » dans lequel le matériau organique constitué d’un assemblage d’atomes de carbone et de soufre est emprisonné entre deux couches d’une structure inorganique. Celle-ci a l’apparence d’un feuillet en deux dimensions au sein duquel alternent des chapelets d’atomes métalliques (cuivre, or ou argent) et des chapelets d’atomes de soufre. À travers cette nouvelle forme de matériaux hybrides, les scientifiques lyonnais cherchent à reproduire à l’échelle nanométrique les propriétés d’un câble électrique. « Si les matériaux inorganiques comme le cuivre sont réputés pour leur excellente conductivité électrique, ils présentent l’inconvénient de diffuser une trop grande quantité de chaleur, ce qui n’est pas sans poser des problèmes de déperdition d’énergie et d’échauffement, explique Aude Demessence. Le fait d’adjoindre une partie organique à ces matériaux vise donc à leur octroyer une faible conductivité thermique. » Outre une bonne conductivité électrique et une faible conductivité thermique, un polymère de coordination doit aussi disposer d’un coefficient de Seebeck élevé⁴ s’il veut prétendre à de futures applications thermoélectriques telles que la capacité de convertir la chaleur en électricité.

Polymères de coordination : des matériaux hybrides aux propriétés inédites © Emilie Josse

Record battu pour un polymère de coordination

L’un des polymères de coordination à base de cuivre mis au point par l’équipe d’Aude Demessence satisfait la plupart de ces conditions. Le matériau en question dispose en effet d’une faible conductivité thermique attestant de son pouvoir isolant. Son coefficient de Seebeck avoisine pour sa part les 420 μV/K, ce qui constitue un record pour un polymère de coordination. Si sa conductivité électrique reste encore très modeste⁵ pour pouvoir envisager dès à présent des développements dans le domaine de la thermoélectricité, plusieurs pistes sont déjà à l’étude pour tenter d’améliorer ce paramètre à l’aide de l’ingénierie moléculaire. « Cette approche va non seulement nous permettre de jouer sur la structuration et la dimensionnalité du polymère mais aussi de tester les effets bénéfiques d’autres ligands sur la conductivité électrique », précise la chimiste de l’Ircelyon. D’autres voies d’amélioration seront également explorées par les scientifiques comme le dopage résultant de l’insertion d’autres atomes métalliques ou la modification de la mise en forme du polymère dans la perspective de réduire la porosité entre ses différents constituants chimiques. Objectif de ces différents ajustements : faire en sorte que ce matériau hybride tende vers une conductivité électrique proche de celle des polymères de coordination les plus performants dans ce domaine⁵. Auquel cas, des applications allant de la conversion de la chaleur issue de cheminées d’usines en électricité à la fabrication d’une montre alimentée par la chaleur de la peau pourraient voir le jour dans les années à venir.

Insertion d’un échantillon de MOF au cours d’une expérience de diffraction des rayons X sur la ligne CRISTAL au synchrotron SOLEIL sur le site de l’université Paris-Saclay. De gauche à droite: Stéphane Pailhès, Erik Elkaïm et Chloé Andrade. © Aude Demessence

Vers un stockage de l’information plus vertueux

À la différence des matériaux inorganiques tels que le verre ou les céramiques, les polymères de coordination disposant d’une fraction organique se révèlent à la fois résistants et flexibles. Deux caractéristiques qui offrent la possibilité de contrôler facilement leur forme à l’échelle nanométrique⁶. Ces matériaux sont en outre capables de passer d’une phase cristalline – état actif équivalent au 1 du système informatique binaire⁷ – à une phase amorphe – état inactif assimilable au 0 – en réaction à une simple variation de température. Pour doter leur polymère de coordination à base de cuivre de cette capacité, les chimistes d’Ircelyon entendent une nouvelle fois recourir au design moléculaire. Visant à concevoir une nouvelle forme de mémoire informatique à très petite échelle, ces travaux entendent ainsi proposer une alternative plus vertueuse aux solutions reposant sur l’utilisation de chalcogénures⁸ « Alors que ces matériaux inorganiques nécessitent une augmentation de température de l’ordre de 600°C pour déclencher un changement de phase, une hausse de seulement 150°C suffit pour aboutir au même résultat avec notre polymère de coordination », indique Aude Demessence. Outre la perspective de réduire significativement la consommation d’énergie des futurs dispositifs de stockage de données de dimension nanométrique, ce MOF présente l’avantage d’être très peu toxique à la différence des chalcogénures. Deux qualités qui font de ce matériau hybride un sérieux candidat pour la conception de mémoires informatiques à la fois plus durables et performantes.

Article rédigé par Grégory Fléchet, journaliste scientifique – janvier 2026

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¹ Molécule intégrant au moins un atome de carbone lié à au moins un atome d’hydrogène qui vient se fixer à un métal pour lui octroyer une nouvelle propriété.

² Unité CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1

³ Substance composée de molécules caractérisées par la répétition, un grand nombre de fois, d’un ou de plusieurs atomes ou groupes d’atomes.

⁴ Le coefficient de Seebeck correspond à la tension générée par l’application d’un gradient de température. Ce paramètre qui se mesure le plus souvent en microvolts par kelvin (μV/K), reflète l’efficacité thermoélectrique d’un matériau, c’est-à-dire sa capacité à convertir de la chaleur en énergie électrique. Le coefficient de Seebeck d’un matériau est considéré comme élevé à partir de de 100 µV/K.

⁵ Mesurée en siemens par centimètre (S/cm), la conductivité électrique atteint 0,0015 S/cm pour ce matériau, ce qui reste très loin des 2000 S/cm obtenu en 2020 pour un autre polymère de coordination à base de cuivre développé par une équipe américaine.

⁶ Un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre (10^-9 m), soit approximativement la distance entre deux atomes d’une même molécule.

⁷ Langage informatique dans lequel les données et instructions sont représentées par des combinaisons de uns et de zéros. Cela permet ainsi de stocker efficacement de grandes quantités de données tout en offrant un moyen simple de les traiter et de les analyser.

⁸ Famille de matériaux employés principalement dans le domaine de l’optique ayant la particularité d’être constitués d’éléments dits “chalcogènes” comme le tellure, le soufre, le sélénium ou l’arsenic.

Ces recherches ont été financées en tout ou partie, par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) au titre du projet ANR-MOTIC-AAPG2021. Cette communication est réalisée et financée dans le cadre de l’appel à projet Sciences Avec et Pour la Société – Culture Scientifique Technique et Industrielle pour les projets JCJC et PRC des appels à projets génériques 2021 (SAPS-CSTI-JCJ et PRC AAPG 21).

La transition énergétique ne se limite pas à produire une énergie bas carbone : elle impose d’assumer ses conséquences sur le très long terme. Le nucléaire, pilier de la décarbonation, soulève une question stratégique incontournable : comment garantir la sûreté du stockage des déchets radioactifs pendant des milliers d’années ? C’est à ce défi, aussi scientifique que sociétal, que répond la thèse de Zhixin Dong, doctorant chinois en cotutelle entre le laboratoire MatéIS de l’INSA Lyon et l’Université de Tōhoku au Japon.

Son approche est radicalement originale : s’appuyer sur l’archéologie pour anticiper l’avenir. En étudiant des objets métalliques enfouis depuis plus de 1 200 ans, il apporte des données concrètes là où les modèles de stockage nucléaire manquent encore de recul temporel.

À la croisée des sciences des matériaux, du patrimoine et des politiques énergétiques, ses travaux visent un objectif clair : réduire l’incertitude sur le comportement des conteneurs de déchets nucléaires à l’échelle du millénaire.

Zhixin Dong travaille sur des artefacts en fer datant de la période de Nara (710–794), une époque fondatrice de l’histoire japonaise. Ces objets,  façonnés par l’être humain et retrouvés lors de fouilles (une vis, une tête de marteau et une petite pièce métallique), ont environ 1 200 ans et ont donc déjà traversé des siècles d’enfouissement.

« Nous cherchons à comprendre comment des matériaux évoluent sur des durées qui dépassent largement une vie humaine », explique-t-il.

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Âge du bronze, âge du fer… Ces alliages métalliques ont marqué des étapes clés de notre Histoire et continuent de façonner notre quotidien. Pourtant, nous ne maîtrisons pas encore tous les secrets de leur formation et de leur déformation. À travers des simulations numériques menées à l’échelle atomique, plongez au cœur de la matière pour explorer les mécanismes fondamentaux qui rendent certains alliages facilement déformables ou au contraire extrêmement résistants. Explorez comment les scientifiques repoussent les limites de la connaissance pour imaginer les alliages métalliques du futur, matériaux essentiels à la transition énergétique de demain !

Cette conférence immersive des Échappées inattendues du CNRS a été enregistrée le 17 juin 2025 au Planétarium de Vaulx-en-Velin. Cette rencontre est organisée par le CNRS et le Planétarium de Vaulx-en-Velin, en collaboration avec RSA Cosmos. L’univers visuel a été réalisé par l’artiste Alex Bourgeois et l’ambiance sonore par Gahel.

Intervenants :

• Céline Varvenne et Pierre-Antoine Geslin, métallurgistes CNRS au laboratoire Matériaux ingénierie et science (MateiS, CNRS | INSA de Lyon | Université Claude Bernard Lyon 1)

Virginie Dumas, ingénieure de recherche à l’École Centrale de Lyon et membre du Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes, a reçu en 2024 la médaille de cristal du CNRS. Elle est une spécialiste de la bio-fonctionnalisation des surfaces et de la caractérisation mécanique et biologique de tissus vivants et de biomatériaux.

L’enjeu : optimiser les interactions entre les matériaux implantables, comme les implants dentaires, et les tissus biologiques afin de limiter les risques de complication. elle met ainsi au point des méthodologies, des procédés et des méthodes de caractérisation pour développer des connaissances précises sur le lien entre les propriétés biologiques et les topographies de surfaces structurées par laser femtoseconde.

À l’occasion de cette distinction, elle revient sur son parcours et ses activités.

>> Découvrez les médailles du CNRS 2024 sur le site : 

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