Plongée dans l'étonnant univers des nanotubes

Parvenir à moduler les propriétés électroniques des nanotubes de carbone et de nitrure de bore, tel est le principal objectif que s'est fixée Shaïma Enouz dans le cadre de la thèse qu'elle réalise actuellement sous la responsabilité d'Annick Loiseau, au sein du Laboratoire d'Etudes des Microstructures (LEM). Disposant de tous les moyens expérimentaux nécessaires pour mener ses travaux - "un privilège pour une doctorante", reconnaît-elle - elle bénéficie également des compétences et du savoir-faire d'hommes et de femmes "qui vous donnent envie de croquer la recherche à pleines dents" s'enthousiasme cette jeune femme qui envisage le métier de chercheur avant tout comme un partage.

C'est à la fin de son DEA, alors qu'elle cherchait un laboratoire pour effectuer un stage de fin d'études, que Shaïma Enouz s'est orientée tout naturellement vers l'Onera. "Je connaissais quelque peu la réputation de cet établissement de recherche, en particulier la diversité de ses thématiques dans le domaine de l'aéronautique et de l'espace, et la richesse de son encadrement.", se rappelle-t-elle. A l'université de Rennes I, où elle a obtenu successivement un Deug en sciences de la matière puis un Magistère "Matériaux" qui l'a conduit enfin à un DEA de Physique de la Matière et du Rayonnement, l'un de ses professeurs lui procure alors les noms de quelques-uns de ses contacts au LEM, parmi lesquels figure celui de Annick Loiseau, Directeur de Recherche à l'Onera et coordinatrice pour le CNRS du Groupement de Recherche (GDR) "Nanotubes", devenu une structure européenne courant 2004.

Obtenir des nanotubes au gap modulable

C'est en tant que doctorante qu'elle travaille aujourd'hui au LEM, "une équipe où les gens sont d'une grande générosité", note-t-elle. Elle s'intéresse aux nanotubes de carbone et de nitrure de bore, son objectif étant de parvenir à moduler leurs propriétés électroniques. Rappelons que si les nanotubes de carbone sont des semi-conducteurs dits "à petit gap", les nanotubes de nitrure de bore, dans lesquels les atomes de carbone sont remplacés par des atomes de bore et d'azote, sont des semi-conducteurs dits "à grand gap". Dans le jargon des scientifiques, ce "gap", grand ou petit, correspond à la distance énergétique séparant les bandes de conduction et de valence, sa valeur déterminant la plus ou moins bonne conductivité du matériau. Les chercheurs savent qu'en changeant l'hélicité de ces nanotubes, c'est-à-dire l'orientation du feuillet de graphène par rapport à l'axe du nanotube ou angle d'enroulement, il est possible de modifier leur gap. Cependant, il est très difficile de contrôler cet aspect géométrique. En revanche, parvenir à synthétiser des composés hétéroatomiques, c'est-à-dire des carbone-azote (CN) ou des carbone-bore-azote (CBN), permettrait de jouer sur ce fameux gap et d'obtenir ainsi des nanotubes possédant un gap modulable. Autre possibilité : atteindre un gap correspondant à une émission dans l'ultraviolet, longueur d'onde où les sources et les détecteurs sont rares.

L'objectif de Shaïma Enouz est donc de réussir à synthétiser ce type d'échantillons, de les caractériser et de tester leurs propriétés électroniques. "Les prévisions théoriques les prédisent, reste à voir ce qu'il en est réellement. Un des objectifs de ma thèse est donc de procéder à des mesures expérimentales", explique-t-elle. A mi-parcours de son travail elle a déjà réussi à synthétiser des nanotubes de carbone dopés au bore et à l'azote. Le problème est qu'il s'agit de structures multifeuillets, dont les résultats expérimentaux sont très difficiles à interpréter, alors que les prédictions théoriques ont été calculées sur des structures monofeuillet. "L'objectif que je me suis fixé pour la fin 2005 est de synthétiser ces monofeuillets afin de pouvoir procéder à des mesures. Les résultats actuels me poussent à être optimiste", indique-t-elle.

La thèse, un véritable travail de chercheur

Pour y parvenir, cette doctorante dispose de solides atouts. Il y a notamment les moyens expérimentaux de l'Onera, en particulier la technique de vaporisation laser développée à Palaiseau. Shaïma Enouz tient à souligner que Jean-Lou Cochon, du Département Matériaux et Systèmes Composites (DMSC), lui apporte toujours une aide extrêmement précieuse pour la synthèse de ses composés durant les campagnes d'essais qu'ils réalisent ensemble. Ainsi, après avoir préparé ses cibles - une étape au cours de laquelle elle choisit les différents éléments chimiques constituant la poudre - c'est au DMSC à Palaiseau qu'elle procède à leur vaporisation sous différentes conditions de température, de pression, etc. Il reste alors à savoir ce qui se trouve dans les poudres qui sont récupérées. Là encore l'Onera dispose d'outils de microscopie électronique très performants. "Quand je suis arrivée au LEM, je n'avais jamais fait de microscopie électronique. Il a donc fallu comprendre rapidement le fonctionnement de cet appareil ainsi que les principes physiques qui interviennent dans les analyses structurales et chimiques des échantillons et ce afin de pouvoir voler de ses propres ailes. D'où l'importance de la thèse car c'est à ce moment que vous commencez à réaliser un véritable travail de chercheur", constate-t-elle.

Des nanotubes sont-ils présents dans la poudre ? Sont-ils dopés ? Quelle est la répartition des différents éléments ? Autant de questions qui nécessitent parfois la collaboration d'autres compétences que ce soit à l'Onera ou avec des équipes d'autres établissements comme celle de Christian Colliex de l'Université Paris-Sud XI ou le Groupe de Dynamique des Phases Condensées de l'Université de Montpellier II. "C'est une des forces de l'Onera que d'offrir aux jeunes doctorants la possibilité de pouvoir discuter librement avec des personnes d'expérience. Ces échanges sont très formateurs". Son avenir ? Une fois sa thèse achevée, Shaïma Enouz envisage de faire un post-doc, en France ou peut-être à l'étranger et, si possible, continuer de valoriser ses compétences au sein de l'Onera. "Il est important d'aller rencontrer d'autres chercheurs qui ont des visions différentes et de faire partager à d'autres équipes l'expérience acquise au cours de sa thèse", déclare-t-elle.