L’axe thématique Poudres et Poreux regroupe 11 C/EC et 2 ITA/BIATSS, ce qui représente 5,7 ETP. Il rassemble des spécialistes en élaboration, en thermodynamique expérimentale, en adsorption ainsi qu’en caractérisations texturales et structurales. Ce large domaine d’expertises permet d’aborder les grands problèmes soulevés par la matière divisée et notamment par la description des phénomènes survenant aux interfaces. Les travaux de cet axe s’appuient, en interne, sur les capacités de caractérisation des deux plateformes (CTC et DRX).
Les objets d’études sont des matériaux présentant une grande densité d’interfaces avec des degrés d’organisation divers. L’augmentation de la surface accessible est obtenue via la réduction de la taille des grains - on parle alors de poudres - ou via l’introduction de pores dans la matière - on parle sans ce cas de matériaux poreux. Ces matériaux sont divisés et se présentent sous des aspects très variés comme des matériaux pulvérulents, des monolithes ou encore des fibres. Leur étude soulève des questions fondamentales de premier plan notamment du fait de leurs propriétés de réactivité, d’adsorption et de transport spécifiques lorsqu’elles sont comparées à celles des matériaux massifs.
Ils sont également au cœur de nombreux procédés industriels comme la séparation et le stockage de gaz, le traitement des liquides et des surfaces. Ce sont donc des matériaux dont le potentiel d’applications dans les grands domaines de l’énergie, de l’environnement, de la santé et du patrimoine offre un nombre élevé d’opportunités. La compréhension des interactions entre la surface de ces matériaux divisés et le milieu dans lequel ils se trouvent (liquide ou gaz) constitue le cœur des thématiques développées dans le cadre de cet axe qui s’articule autour du triptyque synthèse/caractérisation/propriétés.
La compréhension des propriétés d’adsorption et ses aspects thermodynamiques, tant à partir des phases liquides que gazeuses, qui sont historiquement des points forts du MADIREL, sont au centre des activités de cet axe. Les problématiques liées à la stabilité et à la réactivité des matériaux poreux et divisés y sont également abordées.
Le laboratoire MADIREL est reconnu pour ses méthodes d’élaboration. L'élaboration de matériaux poreux de type inorganique (zéolithe) ou hybride organique-inorganique (MOF) y est réalisée par les voies hydro- ou solvothermale (le solvant utilisé étant de l'eau ou un solvant organique). Cette méthode de synthèse consiste à placer les réactifs et le solvant dans un réacteur clos et à le chauffer. Cette étape permet la dissolution des réactifs ainsi qu'une augmentation de la pression (autogénérée). Lors de la synthèse ou après refroidissement, le produit final se trouve sous forme cristallisée. Les paramètres de synthèse sont être adaptés et contrôlés afin de répondre aux problématiques de l’axe à savoir : la conception de nouveaux matériaux, la modification de ceux déjà existants (modification des ligands ou du cation métallique, introduction de défauts par modification des stœchiométries, etc.) ou encore le contrôle de la distribution en taille des particules produites.
La synthèse des zéolithes est également réalisée par voie hydrothermale supercritique notamment à partir d’argiles naturelles. Cette méthode est une des techniques spécifiques du MADIREL. Elle est prometteuse parce qu’elle offre d’abord la possibilité de synthétiser une large gamme de matériaux. Cette flexibilité d’élaboration permet par exemple de modifier in situ les propriétés d'adsorption de zéolithes avec divers cations. Elle est prometteuse aussi parce qu’elle produit moins d’effluents chimiques que la voie classique, ce qui réduit significativement l’impact environnemental des synthèses.