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Thèmes de recherche

Les matériaux nouveaux

Le développement de matériaux innovants a largement contribué à la renommée du département de physique depuis sa création au début des années 70.  Ces matériaux nouveaux présentent généralement des surfaces et interfaces qui leur confèrent des propriétés originales.  Le PMR a ainsi développé une grande expertise dans le domaine du dépôt de couches minces de tous types (métalliques, semiconductrices, oxydes, polymères, biomolécules) par différentes techniques physico-chimiques : pulvérisation, évaporation, épitaxie par jet moléculaire ou plasmas froids à basse pression.

Ces matériaux Carbon nanotubesnouveaux sont le plus souvent des nanomatériaux, pour lesquels les effets d’interface deviennent dominants, ainsi que les effets quantiques, dus à la taille nanométrique des objets créés.  Ces effets confèrent aux matériaux des propriétés uniques.  Ces nanomatériaux sont par exemple des nanoparticules (TiO2…), des nanotubes de carbone fonctionnalisés, des nanocomposites, combinant deux types de nanoparticules (nanotube de carbone et métal), des matériaux bioinspirés, etc.

Le développement des matériaux nouveaux au PMR s’effectue régulièrement en partenariat avec des industries wallonnes, notamment grâce au plan Marshall.

L’environnement

Dans ses racines historiques, la physique est intimement liée à la connaissance de la nature.  Les recherches en physique à Namur s’inscrivent résolument dans une optique de science naturelle : comprendre la nature, s’inspirer de la nature et agir sur l’environnement.

La nature a optimisé par essais et erreurs, pendant des centaines de millions d’années, des nanostructures d’une grande complexité conférant aux matériaux biologiques une multifonctionnalité rarement atteinte avec des matériaux artificiels.  Le biomimétisme est une nouvelle approche qui vise à s’inspirer des structures organiques complexes dans de nombreuses espèces animales ou végétales.  Le domaine d’applications privilégié au PMR est la photonique naturelle, une nouvelle discipline née de l’observation de la réponse optique des structures naturelles.

Mais le PMR vise aussi à agir sur l’environnement par une série de projets innovants, tels que la conversion du CO2, le développement de nouvelles cellules photovoltaïques moins coûteuses et moins polluantes ou le développement de matériaux hybrides pour des piles à combustibles.  La pollution atmosphérique est un défi planétaire majeur auquel le PMR répond en développant des méthodes de détection des polluants atmosphériques à l’aide de spectroscopies laser à très haute résolution, en partenariat avec d’autres laboratoires européens.

Enfin, de nombreux chercheurs utilisent la technologie plasma pour la synthèse et le traitement de matériaux nouveaux au PMR.  Cette technologie est très respectueuse de l’environnement, comparée aux méthodes conventionnelles par voie liquide.

Les sciences de la vie

Toujours dans une optique naturelle, les recherches au PMR sont souvent aux frontières du vivant.  Les techniques d’analyse et de synthèse de matériaux permettent au PMR de collaborer activement avec des biologistes et des médecins.  Les recherches principales concernent de nouvelles méthodes de traitement de cancer par radiothérapie (faisceaux de protons, nanoparticules radioactives), le développement de matériaux biocompatibles, l’étude de la toxicité des nanoparticules, le développement de biosenseurs pour le diagnostic précoce de maladies, etc.  Les recherches en biomimétisme, par leur observation des fonctionnalités biologiques des matériaux naturels, sont aussi menées en dialogue avec les biologistes.

Les lasers

Le PMR développe des spectromètres de très haute résolution basés sur des diodes laser et des lasers CO2 pour l’étude des phases gazeuses.  D’autres types de lasers accordables en fréquence dans l’infrarouge et dans le visible, de durées d’impulsion ultracourtes (picoseconde), sont assemblés et appliqués aux spectroscopies optiques non linéaire (SFG, SHG, CARS), extrêmement sensibles aux surfaces et interfaces.

La physique fondamentale

En tant que centre de recherche universitaire, le PMR vise aussi à la compréhension des mécanismes fondamentaux des interactions entre le rayonnement et la matière. De nouvelles découvertes dans les domaines, par exemple, de l’interaction non linéaire de faisceaux lasers avec des films biologiques, ou de l’interaction d’ions avec des films minces organiques, ou de la photoémission dans des nanomatériaux, contribuent au rayonnement scientifique international de la recherche en physique à l’Université de Namur. Plus loin de nous, le PMR est aussi actif dans la spectroscopie à distance d’atmosphères planétaires ou la simulation, en laboratoire, de réactions nucléaires se produisant au cœur des étoiles.  Une longue expérience en modélisation numérique en physique du solide et l’accès à des ordinateurs puissants permet enfin d’expliquer, voire de prédire, de nombreuses observations expérimentales.  Les propriétés électroniques et optiques de nanomatériaux ont ainsi été expliquées avec succès par les chercheurs du PMR.  La coloration structurale des insectes a aussi pu être élucidée par la combinaison de la microscopie électronique et de méthodes de calcul originales.

Les axes de recherche du département sont évidemment interconnectés, les thématiques environnementales, par exemple, étant liées aux progrès des matériaux, mais aussi au développement de spectroscopies laser, aux calculs théoriques et au monde du vivant.  De plus, les cinq thématiques du PMR font toutes appel à l’interaction de rayonnements avec la matière.