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Thierry Brousse est enseignant-chercheur au sein du département Matériaux de Polytech Nantes et de l'Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel. Depuis plusieurs années, il travaille avec la Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) dans le cadre de ses projets de recherche sur les matériaux d'électrode de puissance. Il revient dans cet article sur les origines et les bénéfices de cette collaboration.

Les relations avec les collègues japonais sont des liens qui se construisent progressivement et dans la durée. C’est en 2010 que j’ai été pour la première fois invité comme conférencier au congrès « International Conference on Advanced Capacitors » (ICAC) à Kyoto. Ce congrès majeur du domaine a lieu tous les 3 ans au Japon, avec peu de participants hors Asie. Cela a été l’occasion de découvrir les travaux du professeur Katsuhiko Naoi de Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) sur un polymorphe de dioxyde de titane découvert à l’Institut des Matériaux de Nantes dans les années 80 et dont nous avions « détourné » l’emploi avec mes collègues René Marchand et Olivier Crosnier pour le tester comme matériau d’électrode de puissance dans des systèmes LiC (lithium-ion capacitors).

Le professeur Naoi avait connaissance de l’origine « nantaise » de nos travaux et est venu à l’Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN) en 2013 pour officialiser le début d’une collaboration. Les échanges ont alors débuté avec notamment plusieurs séjours de l’un de ses doctorants, Kazuaki Kisu, qui a particulièrement apprécié Nantes et la culture française.

La collaboration entre nos deux équipes s’est également renforcée avec l’arrivée du Dr Etsuro Iwama dans l’équipe du Professeur Naoi. Etsuro a fait sa thèse en France au CIRIMAT (Université Paul Sabatier/CNRS, Toulouse) sous la direction de Patrice Simon, pendant laquelle j’ai eu l’occasion de le rencontrer à plusieurs reprises. Lui aussi très attiré par la culture française, il parle couramment notre langue.

TUAT

De gauche à droite en kimono foncé : Patrick Rozier (Université Paul Sabatier Toulouse III), Thierry Brousse (Université de Nantes), Wako Naoi (Division of Art and Innovative Technologies, K&W Inc.) et Katsuhiko Naoi (TUAT).
 

Un cadre plus officiel a été donné à nos échanges à travers le programme « Global Innovation in Research » (GIR) mis en place par l’Université TUAT, qui visait à augmenter la visibilité et l’attractivité internationale de l’université japonaise. C’est dans ce cadre que j’ai pu effectuer plusieurs séjours à TUAT, en rencontrant des chercheurs du monde entier qui avaient également des collaborations avec des chercheurs de TUAT dans différents domaines : nanomatériaux, photovoltaïque, liquides ioniques, robotique, etc...

Visite TUAT 2016

Visite du laboratoire Advanced Capacitors Center à TUAT en mai 2016. De gauche à droite : Wako Naoi (Division of Art and Innovative Technologies, K & W Inc), Laurence Athouël, Nicolas Goubard-Brétesché, Thierry Brousse, Olivier Crosnier (Université de Nantes), Kazuaki Kisu, Junichi Miyamoto (TUAT).
 

Notre collaboration concernait principalement l’utilisation d’une technique unique de synthèse de matériaux nanocomposites par ultracentrifugation. Cette méthode permet d’obtenir le mélange intime à l’échelle nanométrique d’un matériau électroactif avec un carbone finement divisé, comme indiqué dans la figure ci-dessous. Ce couplage confère aux électrodes ainsi préparées une grande densité d’énergie et une forte densité de puissance, propriétés qui sont souvent antinomiques pour un système de stockage d’énergie. Notre apport côté français consistait en l’utilisation de cellules spécifiquement réalisées au laboratoire IMN par Fanch Guillou et Camille Douard pour étudier finement les mécanismes de stockage des charges dans différents matériaux d’électrodes. La complémentarité des deux équipes apparaît évidente à la lumière de ces spécificités.

Schéma

Nous avons ainsi pu partager des sujets de recherche dans un cadre bien déterminé, ce qui a donné lieu à 3 publications communes dans des revues à fort facteur d’impact :

Nos travaux ont également permis la publication d'un chapitre de livre (Materials for Electrochemical Capacitors in Springer Handbook of Electrochemical Energy,  2017) et une dizaine de communications dans des congrès internationaux.

La pandémie de Covid 19 a malheureusement mis un arrêt à nos séjours croisés, dans l’attente d’une amélioration et surtout de la réouverture des frontières au Japon. Certes les échanges se poursuivent mais une telle collaboration de recherche ne peut se gérer uniquement par Zoom !

Au-delà de ces résultats scientifiques majeurs dans le domaine, la fertilisation croisée entre les pratiques de la recherche à l’IMN et à TUAT a permis de repenser nos thématiques, et c’est en partie grâce à cette collaboration que nous avons les succès actuels sur les nouveaux matériaux pour les dispositifs de stockage d’énergie à forte puissance. Avec Olivier Crosnier, nous avons fait le choix de revenir sur une vision plus axée sur la chimie du solide que sur les dispositifs eux-mêmes, comme c’est le cas à TUAT, ce qui a contribué à redynamiser nos travaux de recherche.

Il est aussi intéressant de noter que le bâtiment occupé par le laboratoire de mes collègues japonais (« Advanced Capacitor Center ») est issu d’un partenariat avec l’entreprise Nippon Chemicon. Financé en grande partie par cette dernière, elle a permis l’indépendance énergétique du bâtiment grâce à l’implantation de panneaux solaires couplés à des supercondensateurs sur le toit pour la production d’électricité. Une partie des locaux est occupée par les ingénieurs de cette société, un peu comme dans le style de nos Labcoms, mais là aussi des différences culturelles significatives sont perceptibles dans ce type collaboration.

Patrick Le callet et Thierry Brousse Ces rencontres ont également été l’occasion de formidables moments de convivialité. Elles m’ont notamment permis de recroiser des collègues de Polytech, comme cette rencontre avec Patrick Le Callet, enseignant-chercheur à Polytech Nantes/LS2N, en visite en même temps chez ses partenaires dans une autre université à Tokyo, et qui a eu la gentillesse de me faire découvrir les minuscules bars à vins derrière la gare de Shibuya.


Je ne peux qu’encourager nos jeunes chercheurs à vivre cette expérience riche et dépaysante qui marque une carrière.
 

Thierry Brousse