Etude de l’élimination photocatalytique, à l’aide de nanofils ZnO, des nanoplastiques dans les eaux polluées

Le GREMAN est spécialisé dans les matériaux, composants et systèmes pour la conversion et la gestion de l’énergie électrique avec un objectif principal d’amélioration de l’efficacité énergétique.

Grâce aux compétences de ses quatre équipes qui couvrent les sciences des matériaux (physique et chimie des solides) et les sciences de l’ingénieur (microélectronique, acoustique ultrasonore, génie électrique), il est à même de mener des travaux allant de l’élaboration de nouveaux matériaux à propriétés remarquables jusqu’au développement de composants et dispositifs et leur intégration dans des systèmes électriques. Les applications concernent les nouveaux composants microélectroniques actifs et passifs, les transducteurs et systèmes ultrasonores, les systèmes de conversion d’énergie électrique.

Ces activités de recherche incluent des études fondamentales mettant en oeuvre des outils de simulation et des modèles développés au sein de l’unité. Elles s’appuient également sur un ensemble de plateformes technologiques parmi lesquelles le CERTeM (Centre d’Etudes et Recherches Technologiques en Microélectronique) pour la fabrication et la caractérisation multiphysiques et multi-échelles.

Contexte :

Parmi les diverses sources de pollution environnementale, le problème généralisé de la pollution par les micro et nanoplastiques (MNP) est apparu comme une préoccupation urgente, soulevant des questions sur l’impact environnemental, à la fois sur les écosystèmes et la santé humaine [1,2]. L’omniprésence des MNP soulève d’importants défis en matière de détection et d’élimination des milieux aquatiques. Les procédés conventionnels tels que la filtration, la coagulation, la sédimentation ou encore l’adsorption trouvent rapidement leurs limites face aux caractéristiques colloïdales des MNP, qui rendent leur élimination particulièrement complexe [3]. La dégradation photocatalytique de ces derniers à l’aide des semi-conducteurs métal-oxyde (les plus utilisés étant TiO2 et ZnO) activés par les irradiations UV et Vis réduit efficacement la charge organique liée aux MNP [4,5] représentés par des molécules largement détectées telles que les (i) Polystyrène (PS), (ii) Polyéthylène (PE) et (iii) Polyéthylène Téréphtalate (PET) issues de la fragmentation de matériaux plastiques courants (emballages, sacs plastiques, textiles, etc.).

Grâce à leur grande surface spécifique, il a été montré que les nanofils (NF) de ZnO sont des candidats prometteurs pour le traitement de l’eau, que ce soit pour des polluants solubles [6,7] ou des MNP de taille microscopique (300 µm) [8].

Le projet vise donc à étudier la capacité des NF de ZnO à dégrader par photocatalyse des MNP, de taille inférieure au µm, et à observer cette dégradation par des mesures ex-situ au MEB, à l’AFM, au SNOM (Scanning Near-field Optical Microscopy) et au FTIR (Fourier-Transform InfraRed spectroscopy).

Objectifs du stage :

Le stage comporte une partie de synthèse de matériaux et l’utilisation de techniques de caractérisation avancées disponibles au GREMAN :

- Synthèse hydrothermale et caractérisation (MEB, AFM, DRX) de nanofils ZnO (sur substrat Si/ZnO, sous-couche ZnO)

- Immersion des échantillons en solution contenant des NP (tests éventuels sur MP aussi)

- Caractérisation ex-situ des échantillons par MEB / AFM / SNOM / FTIR : nanofils seuls, nanofils & NP

- Vieillissement de l'échantillon sous irradiation :

• étude de la durée d'exposition, effet de la longueur d'onde
• étude effet de la densité et de la longueur des nanofils ZnO
• étude selon la taille des MNP (dans [8] elles font 300 µm)

[1] T. Gouin et al., Envir. Toxicol. Chem. (2019) https://doi.org/10.1002/etc.4529

[2] S. Cavazzoli et al., Envir. Monit. Assess. (2023) https://doi.org/10.1007/s10661-023-12030-x

[3] C.E. Enyoh et al., Micro (2025) https://doi.org/10.3390/micro5020017

[4] I. Nabi et al., iScience (2020) https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101326

[5] S. Singh et al., ACS Applied Materials & Interfaces (2024) https://doi.org/10.1021/acsami.4c06616

[6] M. Le Pivert et al., Catalysts (2022) https://doi.org/10.3390/catal12101231

[7] M. Bousmaha et al., Ceramics Int. (2024) https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.04.104

[8] E. A. Daher et al., Environmental Research (2025) https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.121836

Ce stage s’adresse à un.e étudiant.e de Master 2 Recherche ou d’école d’ingénieur, motivé.e et curieux.se, ayant de bonnes connaissances en chimie ou physique ou sciences des matériaux.