Thèse Elaboration de Revêtements Composites Structurables de Nitrures Métalliques à Fonctionnalités et Propriétés Ajustables H/F

Université Jean Monnet Saint-Etienne

Établissement : Université Jean Monnet Saint-Etienne
École doctorale : SIS - Sciences Ingénierie Santé
Laboratoire de recherche : LabHC - Laboratoire Hubert Curien
Direction de la thèse : NICOLAS CRESPO-MONTEIRO ORCID 0000000203626418
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-06T23:59:59

Le projet NITRIMIX vise à développer une méthode innovante d'élaboration de revêtements composites homogènes structurables de nitrures métalliques (NM) aux propriétés ajustables. Les NM présentent des performances mécaniques, thermiques, chimiques et optiques remarquables. Lorsque les revêtements de NM sont micro ou nanostructurés, ils présentent de nouvelles fonctionnalités et propriétés, notamment optiques (filtrage, plasmonique) ouvrant la voie à la conception de nouveaux métamatériaux et métasurfaces. Pour ces applications, concevoir des revêtements composites structurables avec des propriétés ajustables (indice, réflectance, transmittance, conductivité, dureté, ...) devient un atout considérable pour adresser de nouvelles propriétés et fonctionnalités.

Les techniques conventionnelles de synthèse (CVD, PVD, laser pulsé) permettent d'obtenir des nitrures simples, mais ne permettent pas à notre connaissance l'obtention de revêtements composites sans îlot ou sans empilement. L'obtention de tels revêtements homogènes constitue donc un défi.

NITRIMIX propose une approche combinée sol-gel / micro-nano-impression / nitruration flash IR en atmosphère d'ammoniac. Cette stratégie permet, un mélange contrôlé des oxydes métalliques via la chimie sol-gel, la structuration directe par micro-nano-impression, sans étapes de gravure et une nitruration rapide par recuit thermique infrarouge préservant la micro-nano-structuration.

La thèse portera tout d'abord sur l'élaboration et l'étude de revêtements modèles TiN/ZrN avec des ratios variables afin de comprendre les mécanismes de nitruration, démontrer l'homogénéité des films et ajuster leurs propriétés optiques pour concevoir des métasurfaces fonctionnelles. Ce procédé sera par la suite étendu à d'autres oxydes (HfO, TaO), ce qui permettra d'élaborer de nouveaux revêtements composites et par la suite de nouvelles métasurfaces.

Les nitrures métalliques sont des matériaux fonctionnels de grand intérêt en raison de leurs excellentes propriétés mécaniques, thermiques, chimiques et optiques, notamment pour des applications en revêtements avancés et en optique nanostructurée. La micro- et nanostructuration de ces matériaux permet l'émergence de nouvelles fonctionnalités, en particulier pour les métamatériaux et métasurfaces à propriétés optiques contrôlées, mais requiert des revêtements composites homogènes et finement ajustables. Or, les procédés conventionnels de synthèse des nitrures métalliques (PVD, CVD, laser pulsé) restent limités pour l'élaboration de revêtements composites homogènes et structurables sans formation d'îlots ou d'empilements.

Développer des revêtements composites mico-nanostructurés de nitrures métalliques à propriétés optiques et fonctionnelles ajustables pour des applications en métasurfaces

Le projet NITRIMIX propose une approche innovante combinant la chimie sol-gel, la micro-nano-impression et une nitruration flash par recuit thermique infrarouge sous atmosphère d'ammoniac, afin de lever les verrous scientifiques et de permettre l'élaboration de revêtements composites de nitrures métalliques aux propriétés ajustables, ouvrant la voie à la conception de métasurfaces fonctionnelles inédites.