Les laboratoires

Directeur : Vincent Vivier
Directrice adjointe : Juliette Blanchard

Les recherches menées au Laboratoire de Réactivité de Surface visent à élaborer et contrôler la surface de matériaux inorganiques (de type oxyde métallique par exemple) pour des applications dans le domaine de la catalyse hétérogène (dépollution, procédés « verts », valorisation de molécules bio-sourcées ou de polluants), des biointerfaces (biocapteurs, surfaces anti-biofilms, biopile, chimie prébiotique) et de l’électrochimie (batteries, corrosion, électrocatalyse) La démarche de recherche commune aux différents projets nécessite généralement, l’élaboration ou la fonctionnalisation contrôlée à l’échelle moléculaire des solides inorganiques, la caractérisation des matériaux (en particulier de leur surface) et l’étude de leur réactivité. Les chercheurs possèdent donc des compétences très complémentaires en chimie organique ou organométallique, biochimie, chimie inorganique et des matériaux, électrochimie ainsi que dans le domaine des techniques de caractérisation physico-chimiques avancées.

Si les objets manipulés et les objectifs de valorisation sont différents, la cohésion scientifique est forte autour de problématiques communes comme la structuration/ fonctionnalisation de surfaces planes ou divisées et la caractérisation avancée de ces surfaces et de leur réactivité. Nous avons donc adopté une structuration scientifique fédératrice, favorisant les échanges scientifiques et les synergies, autour de trois thèmes qui constituent nos lignes de force et touchent à la fois les domaines de la catalyse, des biointerfaces et de l’électrochimie.

Thèmes de recherche

• Ingéniérie de surface nanostructurée et fonctionnelles (Franck Launay)
• Sciences des surfaces et interfaces solide-liquide (Claude Jolivalt)
• Approche moléculaire des sites actifs et de leur réactivité (Guylène Costentin, Juliette Blanchard)

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Directrice : Corinne Chanéac
Directrice adjointe : Corinne Pozzo Di Borgo

Le Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris est un acteur reconnu dans le domaine de l’élaboration par des voies de chimie douce de matériaux fonctionnels inorganiques ou hybrides organiques-inorganiques, et sur l’évaluation de leurs propriétés physico-chimiques à différentes échelles. Ces matériaux ciblent des applications à fort impact sociétal plus particulièrement dans les domaines de l’énergie, la santé et l’environnement.
Le laboratoire rassemble toutes les facettes de la chimie des matériaux avec un couplage fort entre méthodes de synthèse et procédés de mise en forme, et des interfaces affichées avec la physique et la biologie. L’ensemble de ces expertises sont complétées par l’utilisation et le développement de techniques modernes de caractérisation, combinées à des méthodes de modélisation structurale.

Thèmes de recherche

• MAT BIO Matériaux et Biologie (Francisco Fernandes)
• MHP Matériaux Hybrides et Procédés (Cédric Boissière)
• NANO New Advanced Nano-Objects (David Portehault)
• RMES Reactive Materials of Energy deviceS (Christel Laberty-Robert)
• SMILES Spectroscopies, Modélisation, Interfaces pour l’Environnement et la Santé (Niki Baccile)

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Directeur : Richard Taïeb
Directeur adjoint : Ahmed Naitabdi

Le Laboratoire de Chimie Physique-Matière et Rayonnement (LCPMR) est une unité mixte de recherche (UMR 7614) rattachée à Sorbonne Université et aux instituts de chimie et de physique du CNRS. L'unité est située sur le campus Pierre et Marie Curie et regroupe des équipes de physico-chimistes et de physiciens, expérimentateurs et théoriciens, spécialisés dans l'étude des interactions rayonnement-matière.
Les activités scientifiques de l'unité s'inscrivent au cœur de la recherche fondamentale pour l'étude de la matière et de ses interactions avec le rayonnement. Les systèmes étudiés vont de la matière condensée (matériaux complexes, interfaces), aux atomes, molécules et agrégats, isolés ou adsorbés sur des surfaces. Elles s'ouvrent également vers les domaines des nanosciences et des attosciences (étude de la dynamique des systèmes à l'échelle de temps de l'attoseconde). L'unité comporte une importante composante expérimentale, développant conjointement des activités de recherche, d'instrumentation, mais aussi de valorisation. Les spectroscopies X, XUV et électroniques sont les outils communs à ces équipes qui, réunies au LCPMR, constituent un pôle d'innovation et d'expertise reconnu pour ces techniques. Dans ce contexte, une très intense activité est développée autour de l'utilisation du rayonnement synchrotron, non seulement en Europe, avec en premier lieu SOLEIL (Saint Aubin), BESSY (Berlin), ELETTRA (Trieste), Max (Lund) SLS (Villingen), ESRF (Grenoble), mais aussi aux Etats-Unis (ALS) et au Japon (Photon Factory). Depuis quelques années, cette activité s'est tournée aussi vers l'utilisation des performances des sources de lumière XFEL (Laser à électron libre dans le domaine X), à LCSL (Stanford), FLASH (Hambourg), SACLA (Sayo), FERMO (Trieste)…

Thèmes de recherche

• Structure électronique de matériaux complexes, surfaces et interfaces (Gheorghe S. Chiuzbaian)
• Théorie des processus en couches internes et ultra-rapides (Stéphane Carniato)
• Réactivité sous rayonnement d’espèces en phase gazeuse (Marc Simon)

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Directeur : Jean-Baptiste D’Espinose

La déformabilité - la capacité d'un matériau à changer de forme - est une propriété clé, qui est au cœur d'un très large éventail de phénomènes tels que le décollement d'un ruban adhésif, la mise en forme d'un solide par goutte-à-goutte ou l'écoulement d'un liquide à travers un milieu poreux. Au SIMM, nous étudions comment les liquides et les solides se forment et se... déforment. En fait, la déformabilité de la matière molle est rendue possible par quelques caractéristiques déterminantes :

• Des interactions faibles au sein de la structure, qu'il s'agisse de liaisons chimiques faibles à courte portée ou d'interactions à plus longue portée (par exemple, les interactions de van der Waals entre les surfaces ou l'électrostatique)
• Des structures supramoléculaires, à différentes échelles de longueur, de 10 nm à 100 µm, avec plus ou moins d'hétérogénéités et de hiérarchie, et la dynamique associée
• Un rôle important des surfaces et des interfaces, car la déformation peut impliquer des changements de surface et des changements d'énergie associés.

C'est pourquoi nous considérons les solides mous et les fluides complexes à la fois du point de vue du génie chimique et des sciences des matériaux, avec un large spectre d'approches allant de la chimie des matériaux à la physique, en passant par la physico-chimie et la mécanique. Même si nous nous intéressons à d'autres propriétés comme l'optique, nous visons principalement la compréhension fondamentale de propriétés comme le transport, l'écoulement, la rhéologie ou plus généralement la résistance à la déformation (écoulement élastique, viscoplastique ou visqueux, à la fois en volume et en surface). Naturellement, nous étudions également leurs interactions et leurs relations avec la structure du matériau. En raison de l'importance de tous ces phénomènes pour de nombreux procédés industriels, nous sommes convaincus que nos recherches peuvent contribuer au développement de technologies respectueuses de l'environnement.

Deformability — the ability of a material to change shape — is a key property, which is central to a very wide range of phenomena such as the debonding of an adhesive tape, the shaping of a solid by drip casting or the flow of a liquid through a porous medium. At SIMM, we investigate how liquids and solids form and... deform. In fact, deformability in soft matter is made possible through a few defining features:

• Weak interactions within the structure, either short range weak chemical bonds or longer range interactions (e.g. van der Waals interactions between surfaces or electrostatics)
• Supramolecular structures, at various length scales, from 10 nm to 100 µm, with more or less heterogeneities and hierarchy, and the associated dynamics
• A strong role of surfaces and interfaces, because deformation can imply changes in surface area and associated changes in energy

This is why we consider soft solids and complex fluids with the points of views of both chemical engineering and material sciences, with a broad spectrum of approaches ranging from materials chemistry to physics, through physical chemistry and mechanics. Even if we are interested in other properties like optics, we mainly target fundamental understanding of properties like transport, flow, rheology or more generally resistance to deformation (elastic, viscoplastic or viscous flow, for both bulks and surfaces). Naturally we also investigate their interactions and their relations to material structure. Because of the strong relevance of all these phenomena for many industrial processes, we believe our research can help empower the development of environmentally friendly technologies.

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Directeur : Jean-Philip Piquemal
Directeur adjoint : Alexis Markovits

Le Laboratoire de Chimie Théorique est une unité mixte de recherche placée sous la double tutelle de Sorbonne Université et du CNRS. Les domaines d’intérêt du laboratoire recouvrent l’ensemble des aspects fondamentaux et des champs d’applications de la chimie théorique : cette étendue de compétences, affichée et reconnue aux niveaux national et international, fait la spécificité de l’unité.
Ses compétences s’étendent de l’innovation théorique ou méthodologique dans les approches DFT (Density Functional Theory), QMC (Quantum Monte-Carlo), QC (Quantum Computing) ou QM/MM (développements de champs de forces) aux modélisations et simulations numériques de systèmes complexes intéressant la chimie moléculaire organique, inorganique ou organométallique, la chimie aux interfaces, l’astrochimie, ou la biologie. Les recherches conduites trouvent leurs aboutissements dans ces larges domaines que constituent la catalyse, la synthèse asymétrique, la toxicologie moléculaire, la chimie des milieux extrêmes en phase gazeuse ou condensée, la pharmacochimie moléculaire ou l’étude/élaboration de nouveaux matériaux.
Ces thématiques s’inscrivent toutes dans un thème de recherche fédérateur reposant sur l’étude des aspects épistémologiques, sémantiques et conceptuels de la chimie (développements de méthodes interprétatives et rationalisation des concepts fondateurs issus de la chimie expérimentale).

Thèmes de recherche

• Pôle 1: Méthodes pour la chimie quantique
  Thème 1: Théorie de la structure électronique (Julien Toulouse)
  Thème 2: Interprétation chimique (Julia Contreras-Garcia)
• Pôle 2 : Méthodes pour la Simulation moléculaire
  Thème 3: Dynamique réactionnelle (Riccardo Spezia)
  Thème 4: Simulations multi-échelles et calcul haute performance (Jean-Philip Piquemal)
• Pôle 3: Modélisation des systèmes complexes
  Thème 5: Chimie inorganique et organométallique (Hélène Gérard)
  Thème 6: Astrochimie (Alexis Markovits)
  Thème 7: Matériaux pour l’environnement et l’énergie (Monica Calatayud)

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Directrice : Maguy Jaber

Le Laboratoire d’Archéologie Moléculaire et Structurale est une unité mixte de recherche (CNRS et faculté des sciences de Sorbonne Université). Une trentaine de chercheurs, enseignant-chercheurs, ingénieurs et techniciens, doctorants et post-doctorants y mènent des recherches dans les domaines de la physico-chimie ainsi que des sciences humaines et sociales.
Les travaux du LAMS s’intéressent au rôle des matières et des techniques dans l’élaboration d’objets patrimoniaux.
Chimistes, physiciens, ingénieurs, archéologues, épigraphiste, philologue et historiens de l’art et des techniques développent une approche pluridisciplinaire pour comprendre le geste créatif en l’associant à des savoirs scientifiques et techniques.

Thèmes de recherche

• Les matériaux hybrides, leur synthèse et leur vieillissement (Maguy Jaber, Laurence de Viguerie)
• L’histoire et l’évolution des productions matérielles (Philippe Walter)

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Directeur : Marc Fontecave
Directrice adjointe : Béatrice Golinelli-Pimpaneau

Le Laboratoire de Chimie des Processus Biologiques, situé au Collège de France, développe des recherches à l’interface de la chimie et la biologie. Plus spécifiquement, il étudie des systèmes enzymatiques complexes impliqués dans des voies métaboliques et biosynthétiques, comme la modification des ARNs ou la biosynthèse de l’ubiquinone, dont il caractérise la structure et les mécanismes. Il s’intéresse également à certaines métalloenzymes du métabolisme bioénergétique comme les hydrogénases, qui catalysent la réduction de l’eau en hydrogène avec une remarquable efficacité et qui sont considérés comme des biocatalyseurs potentiels pour une utilisation dans des dispositifs électrochimiques de stockage d’énergie (bioélectrodes pour électrolyseurs et piles à combustibles).
Enfin, les questions de la catalyse pour le stockage d’énergie sont traitées par des approches multiples en chimie de synthèse, en électrochimie et en photochimie, qui combinent chimie moléculaire bioinspirée, enzymologie artificielle, chimie du solide et chimie hybride (qui associe de composants moléculaires à des solides organiques-inorganiques). De nouveaux catalyseurs sont ainsi mis au point aussi bien pour l’oxydation de l’eau (catalyseurs pour l’anode des électrolyseurs), la réduction (catalyseurs pour la cathode des électrolyseurs) des protons en hydrogène et du dioxyde de carbone en composés organiques d’intérêt économique, notamment les hydrocarbures comme l’éthylène ou les alcools comme l’éthanol.

Thèmes de recherche

• Catalyse et stockage d'énergie (Marc Fontecave, Caroline Mellot-Draznieks)

• Enzymes de la biosynthèse de l'ubiquinone (Murielle Lombard)
• Enzymes de modification des ARNs (Béatrice Golinelli)

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Directeur : Matthieu Sollogoub
Directeurs adjoints : Alejandro Perez-Luna, Guillaume Izzet

De la molécule au matériau, l’Institut parisien de chimie moléculaire est une unité mixte de recherche Sorbonne Université/ CNRS. L’expertise en chimie moléculaire au sens large, la grande diversité des équipes et les plateformes techniques performantes du laboratoire mènent à des recherches allant de la structuration de la matière à l’échelle moléculaire aux matériaux, impliquant des savoirs faire en chimie inorganique et organique, science des polymères, nanosciences, et jusqu’aux interfaces avec la biologie. Les résultats scientifiques de l’IPCM, en relation avec les grands enjeux sociétaux, impactent des domaines allant de la santé, l’environnement, les énergies nouvelles, jusqu’aux technologies de l’information.

Thèmes de recherche

MACO : Méthodes et Applications en Chimie Organique (Louis Fensterbank)
ROCS : Réactivité organométallique et catalyse pour la synthèse (Alejandro Pérez-Luna)
ARC : Architectures Moléculaires (Hani Amouri)
E-POM : Edifices PolyMétalliques (Anna Proust)
ERMMES : Equipe Recherche en Matériaux Moléculaires et Spectroscopies (Rodrigue Lescouëzec)
GOBS : Glycochimie Organique Biologique et Supramoléculaires (Matthieu Sologoub)
ChemBio : Chemical Biology (Michèle Salmain, Serge Thorimbert)
CSOB : Chimie Structurale Organique et Biologique (Denis Lesage, Yves Gimbert)
LCP : Chimie des Polymères (Laurent Bouteiller).

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Directeur : Lahouari Krim

L’objectif principal de MONARIS est de poser les bases d'un regroupement de la Chimie-Physique à Sorbonne Université (SU) en développant les synergies scientifiques au sein des différentes équipes du laboratoire mais aussi avec nos partenaires de l’IP2CT, en mutualisant des savoirs, des compétences et des moyens, afin d'atteindre une taille critique qui permettra de remplir pleinement nos objectifs et nos missions dans un contexte national et international de plus en plus compétitif.
Les objectifs scientifiques du laboratoire sont ainsi basés sur l'élaboration, la compréhension et la caractérisation, expérimentale et théorique, de systèmes nanophasés et notamment de la liaison chimique dans la construction de l'organisation et de la réactivité de la matière. Cette approche de la réactivité peut s’appliquer à une gamme d’échelles très large, de la molécule aux assemblages de nano-objets. Nous mettons l’accent sur l’évolution temporelle (in situ) d’un objet moléculaire, un domaine essentiel de la réactivité, et qui concerne une vaste gamme de problématiques, allant de la rupture/création de la liaison chimique jusqu’au vieillissement des artefacts historiques. Il s’agit ainsi de répondre à des interrogations sociétales dans le domaine de la transition environnementale, des nouvelles nanotechnologies mais aussi la connaissance et la préservation des matériaux du patrimoine. Pour cela nous développons des méthodes de caractérisations de pointe et entretenons un lien étroit avec la modélisation. Ces actions de recherche s’appuient sur des développements méthodologiques et expérimentaux et un dialogue constant avec la modélisation pour la compréhension de la réactivité de la matière. Nous visons aussi à renforcer les synergies au sein des équipes en développant nos cœurs de métier et nos coopérations nationales et internationales. Le laboratoire, de par ses approches interdisciplinaires, joue un rôle actif au sein de SU, que ce soit avec les instituts initiaux (OPUS, ICSD) mais aussi les Instituts et Initiatives créés en 2020 notamment l’Institut de Science des Matériaux (iMAT) et l’Initiative des Sciences et Ingénierie Moléculaires (iSIM). Nous sommes aussi très fortement impliqués dans la vie de l’université et ses missions d’enseignement.

Thèmes de recherche

MONARIS est structuré en trois équipes :

• Caractérisations, Interactions et Réactivités : Spectroscopie moléculaire (CIRS)  (Lahouari Krim)
• NAnomatériaux et matériaux nano-structurés : Réactivité, Caractérisation et spectroscOpieS  (NARCOS) (Alexa Courty, Ludovic Bellot-Gurlet)
• Modélisation et Chimie Théorique (E=MCT)  (Bruno Madebène)

Plateformes et équipements :

Nous disposons par ailleurs de différentes plateformes instrumentales de haut niveau dont certaines ont été mutualisées et ouvertes aux partenaires extérieurs, académiques ou non, dans le cadre de l’IP2CT.

• Plateformes instrumentales SPIRALES, MASSIR, MATPHAGAZ (incluse dans la plateforme PLASVO),       SPIMTERA pour la spectroscopie infra rouge et Térahertz très haute résolution en phase gaz.
• Plateforme PLASVO (spectroscopie vibrationnelles et optiques) pour la spectroscopie UV-Vis, Raman et Infra Rouge sur les matériaux solides, liquide, gaz (intégrée à l’IP2CT) la spectroscopie Raman et Infra Rouge portable dédiées aux mesures sur site et/ou de très haute sensibilité.
• Micro-spectroscopie de fluorescence : développée dans le cadre d’une ANR JCJC pour la mesure de fluorescence de molécules/ nanoparticules uniques.
• Plateforme STM/AFM (intégrée à la plateforme de spectroscopie X et Surface de l’IP2CT).
• Plateforme mesures magnétiques (en lien avec la plateforme de mesures physiques de SU).
• Plateforme "Calculs" : elle est constituée de ressources internes autogérées par E=MCT pour le    calculs       et la visualisation (208 cœurs) et de ressources spécifiques hébergées sur la plateforme Jarvis de l’IP2CT disponibles pour l'ensemble du laboratoire (304 cœurs).
• Un plateau technique performant pour la caractérisation operando et in situ des matériaux nanostructurés et pour la nanomécanique (autoclave 300°C- 100 bar, autoclaves optiques /conductivité 620°C-50 bar, dilatomètres basse et haute températures, thermobalance, Fours à atmosphères contrôlées, machine de traction /compression, cellule diamant, cryostats…).

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Directrice : Marie Jardat
Directrice adjointe : Christine Ménager

Le laboratoire PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX est une unité mixte de recherche du CNRS et de Sorbonne Université (UMR8234). PHENIX a été créée le 1er janvier 2014 à la suite de la disparition du laboratoire PECSA (Physico-chimie des Electrolytes, Colloïdes et Sciences Analytiques).
L’activité de recherche de PHENIX est centrée autour de la physico-chimie des électrolytes et des matériaux interfaciaux multi-échelles comme les systèmes colloïdaux et les matériaux poreux. Une de ses caractéristiques principales est le couplage fort entre expériences et modélisation.

Parmi les différentes thématiques de recherche, on peut mentionner l’élaboration et la fonctionnalisation de nanoparticules minérales, l’utilisation de matériaux magnétiques multi-échelles pour des applications environnementales, le développement et l’étude des comportements de particules magnétiques dans le cadre d’applications biomédicales, l’étude des sels fondus pour l’amont et l’aval du cycle électro-nucléaire, le stockage de l’énergie dans les accumulateurs et les supercondensateurs où l’élaboration originale d’électrodes et la compréhension de leur fonctionnement sont essentiels, la modélisation et le suivi expérimental des propriétés de transport et de rétention de fluides confinés et d’espèces chargées dans des systèmes interfaciaux multi-échelles. Ces différents sujets peuvent se distribuer selon trois axes thématiques à fort impact sociétal : l’énergie, la santé et l’environnement. Les recherches au sein de PHENIX reposent sur une triple compétence : une expertise certaine et reconnue dans l’expérimentation et la synthèse chimique, la capacité de mettre en œuvre des simulations numériques sur un très large domaine d’échelles de longueur et de temps, et un effort certain dans le développement de modèles théoriques adaptés.

Thèmes de recherche

• CIN : Colloïdes inorganiques (Christine Ménager, Jérôme Fresnais)
• ELI : Électrochimie et liquides ioniques (Damien Dambournet, Anne-Laure Rollet)
• MEM : Modélisation et dynamique multi-échelles (Benjamin Rotenberg et Guillaume Mériguet)

Axes transversaux :

• Etude du transport multi-échelle par RMN bas champ animé (Anne-Laure Rollet)
• Imagerie 3D par rayon X des matériaux d’intérêt environnemental et des systèmes colloïdaux animé (Laurent Michot, Pierre Levitz)

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Directeur : Hubert Perrot
Directrice adjointe : Catherine Debiemme-Chouvy

Le Laboratoire Interfaces et Systèmes Electrochimique mène ses travaux en électrochimie dans le contexte de la physico-chimie et de la réactivité aux interfaces.  Les domaines concernés sont la corrosion et son inhibition, les traitements de surface, le stockage et la conversion de l’énergie sous divers aspects, auxquels se sont progressivement ajoutés des problématiques relevant du domaine biologique, de la protection du patrimoine et plus généralement liées au comportement des interfaces dans les milieux naturels.

Thèmes de recherches

• Durabilité des matériaux – Interfaces en milieu naturel/industriel (C. Sanchez-Sanchez, Jérôme Pulpuytel)
• Réactivité de matériaux fonctionnels – Dispositifs électrochimiques (Alain Pailleret)

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Directeur : Jean-Marie Tarascon

Au sein du Collège de France, le laboratoire de Chimie du Solide et Energie se concentre sur la science fondamentale des matériaux pour les dispositifs de stockage et de conversion d'énergie.

En parallèle, le groupe a consacré des efforts de recherche vers la conception d'une nouvelle classe de matériaux fusionnant le domaine des matériaux de batterie et des électro-catalyseurs pour les applications de séparation de l'eau à travers la compréhension et le contrôle du redox d'oxygène à la surface et dans la masse des oxydes de métaux de transition.

Thèmes de recherche

• Batterie Li-ion -  Conception et découverte de matériaux d'électrodes
• Batteries Na-ion : Stratégies de conception pour les matériaux d'électrodes et d'électrolytes
• Toutes les batteries à semi-conducteurs
• Batteries intelligentes - Détection et auto-guérison de la batterie
• Électrocatalyse -  Maîtrise des propriétés interfaciales pour la production d'hydrogène vert

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Directeur : Rodolphe Vuilleumier
Directeur adjoint : Olivier Lequin

Thématiques en cours de rédaction

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