Sciences : histoire orale

BOILOT Jean-Pierre, 2000-12-12

Sophie Jourdin — 2011-10-28T12:00:58Z

Jean-Pierre Boilot worked on b-alumina in the 1970s and subsequently on ionic conductors within the framework of chimie douce.

BERNADETTE BENSAUDE-VINCENT (BBV) : Quel fut votre parcours individuel ?

JPB : Je suis entré au laboratoire Collongues en 1971, étant assistant à l'Ecole de céramique de Sèvres où j'enseignais la chimie. Mon sujet de thèse portait sur l'alumine-b plus exactement sur les gallates. On cherchait à améliorer la conduction ionique en remplaçant l'aluminium par du gallium. On connaissait, bien sûr, les travaux de Yao et Kummer et on savait déjà échanger les ions sodium par d'autres. Mais ceci n'a constitué qu'un chapitre de ma thèse qui devait en avoir 5 ou 6.
Après j'ai eu un rôle très particulier : travailler à l'interface de la physique et de la chimie. Cette expérience de collaboration de la physique et de la chimie du solide, c'était une innovation. Seul Yves Le Car avait commencé avant moi. Lui avait un financement industriel, avec CGE qui est devenu Alcatel. Cette collaboration est issue de discussions entre Robert Collongues et André Guinier qui était responsable d'un groupe de physique du solide à Orsay au bâtiment 510. Le Car a commencé à faire de la diffusion des rayons X, organisation des ions de conduction dans alumine-b. J'ai poursuivi dans cette voie. La collaboration s'est étendue. Je passais 50% de mon temps au labo Collongues et 50% en physique chez Guinier et chez Jérôme, un autre groupe de physique du solide qui faisait de la RMN. Une grande partie de ma thèse concernait des problèmes fondamentaux : comment les ions s'organisent, ordre désordre, stœchiométrie.

BBV : Quels étaient les modèles théoriques à l'époque ?

JPB : Peu de choses pour comprendre les mécanismes de conduction. C'est venu plus tard. Les physiciens durs ont attaqué le problème plus tard.
J'ai soutenu ma thèse d'Etat en 1975 devant un jury très impressionnant : Jacques Friedel, Jean Rouxel, Michel Fayard, qui est devenu directeur du secteur chimie au CNRS, Jeanine Théry et Robert Collongues. Je me souviens avoir été mauvais, je n'étais pas fier de moi.

BBV : Avez-vous poursuivi sur alumine-b ?

JPB : Oui de 1975 à 82 j'ai travaillé avec Gaston Colin, cristallographe et avec Philippe Colomban qui est arrivé au labo Collongues. Je l'avais eu comme étudiant à l'école de céramique. On a travaillé essentiellement sur deux aspects : alumine-b stœchiométrique et alumine-b''. Même type de base : compréhension, organisation des ions en utilisant les paramètres fondamentaux du solide : répulsion entre ions, transition au désordre etc.

BBV : Y avait-il alors une communauté française de chercheurs sur l'alumine-b ?

JPB : Oui, il y avait des séminaires organisés ici à Polytechnique par Bernard Sapoval->http://pmc.polytechnique.fr/bs/english.html] et Hervé Arribart. Les gens ici ont commencé à travailler sur l'alumine-b avec des porteurs de protons et ils utilisaient la RMN.
Donc si l'on fait le bilan de ces 10 ans, il y a deux caractéristiques propres à ce sujet

- C'étaient les premières recherches fondamentales menées parallèlement à la recherche industrielle car CGE en France, Ford, General Electric aux USA faisaient des recherches plus appliquées sur les accumulateurs sodium-soufre. C'était particulièrement motivant de voir qu'il y avait des possibilités d'application.
- Deuxième caractéristique : c'était la possibilité de travaux à l'interface physique-chimie. Ces deux aspects là se retrouvent plus tard dans les recherches sur les supra-conducteurs au cours des années 90.

BBV : Aviez-vous des contacts avec l'industrie ?

JPB : On avait des contacts avec CGE et on allait parfois à Marcoussis voir M. Dumas de CGE. Mais on faisait de la recherche fondamentale.
Des contacts avec l'industrie, il y en avait sans doute au labo Collongues. Mais je n'étais pas au courant. Par contre, au laboratoire Collongues, Didier Goureyet était plus proche des préoccupations industrielles, tout en étant en recherche fondamentale.

BBV : Avez-vous ressenti un certain pessimisme industriel sur l'alumine-b au cours de ces années ?

JPB : Non, il y eut une effervescence de 1970 à 76. Le pessimisme est venu après. Il y avait peut être des problèmes pour les gens qui ne travaillaient pas sur le sujet. C'est faux de dire qu'il y avait un pessimisme dans les années 70. Pour les années 80, c'est une autre histoire. Plus de problème d'énergie, d'autres problématiques sont arrivées : utiliser des systèmes. On savait que les batteries sodium-soufre ne seraient pas commerciales. Elles ne le seront peut-être jamais. Donc du point de vue industriel, c'était un tout petit peu moins motivant.

BBV : Avez-vous participé aux congrès internationaux des années 70-80 ?

JPB : Bien sûr je pourrai vous donner la liste. C'est un autre aspect important : il y avait une compétition internationale, essentiellement avec les Américains, avec les gens de General Electric - Roth - et les gens de Bell Telephon. J'ai commencé à participer en 1976 Schenectady ; 1979 Lake Geneva (USA), Gatlinburg (Tennessee) en 1981, Grenoble en 1983, Lake Tahoe en 1985 ; Garmisch en 1987. Outre cette série des Solid State Ionics il y avait Rome (1976) et Saint-Andrews en Ecosse, en 1978. A chaque fois on avait des papiers dans ces conférences.

BBV : Y-a-t-il eu une évolution ou réorientation de vos recherches sur cette période ?

JPB : On a pousuivi les mêmes pistes de recherche sur les deux alumines-b.
Philippe Colomban, chimiste, s'est consacré à l'élaboration des mono-cristaux d'alumine-b. Seuls deux groupes au niveau international savaient faire la synthèse des alumines-b : Colomban au laboratoire Collongues et Farrington chez General Electric. C'était un procédé à haute température avec quelques subtilités chimiques pour parvenir à faire l'alumine stoechiométrique. Mais il n'y eut pas de brevets sur les mono-cristaux. L'objectif était purement fondamental car les applications se faisaient sur un milieu polycristallin, céramique.
Parallèlement à partir de 1978, on a commencé à travailler sur d'autres conducteurs ioniques qui pouvaient remplacer l'alumine. Ils faisaient partie d'une série qu'on appelait nasicons : c'étaient des phosphates ou des phospho-silicates avec des ions sodium.
Le choix du sodium repose sur des arguments très simples : il faut un ion monovalent, de la bonne taille. S'il est trop gros il ne diffuse pas facilement ; s'il est trop petit (cas du proton ou du lithium) il vient se coller sur le réseau ; ou on a une interaction trop forte avec les anions (les chimistes disent trop polarisants). Les meilleurs ions sont Na+ et Ag+. Ensuite le choix dépend des applications. A cette époque là le problème était le stockage d'énergie, on visait des accumulateurs de haute puissance pour faire du stockage. Les critères de densité d'énergie massique portaient le choix sur les éléments légers, donc le sodium plutôt que l'argent.

BBV : Est-ce que la crise d'énergie a infléchi les recherches au labo Collongues ?

JPB : Peut-être mais à cette époque j'étais trop concentré sur ma thèse et je n'avais pas de vue d'ensemble. Pour revenir aux applications, les nasicons ont eu moins d'intérêt car ils sont moins stables, ils résistent moins bien au sodium liquide. Ils n'ont pas eu le succès de l'alumine-b mais des gens travaillent encore dessus. Il y a eu beaucoup de travail sur cette famille : diversité de compositions et de phases. Elle présente un intérêt pour la compréhension des paramètres fondamentaux du solide mais moins que l'alumine-b.

BBV : Rétrospectivement considérez vous que ce travail sur les nasicons a été positif ?

JPB : Oui on aurait peut-être pu arrêter un peu plus tôt. On a travaillé là dessus de 1978 à 1984 mais toujours en parallèle avec l'alumine-b. C'est un travail qui se faisait à Polytechnique où je suis venu en 1981. C'est un sujet qu'on a développé ici avec Colomban, toujours en liaison avec les physiciens du solide (Collin) d'Orsay dans le groupe de Robert Gomès qui avait pris la succession de Guinier.
Après on a pris un virage vers les sols-gels. La transition s'est faite par le biais des nasicons. On avait dans l'idée d'élaborer des phases amorphes pour conducteurs ioniques. Elles étaient dérivées du nasicon. On a préparé les premiers verres organo-minéraux en s'inspirant des conducteurs ioniques type nasicons. Notre modèle à nous était le conducteur ionique. Puis on a eu des résultats intéressants sur ces matériaux, sans rapport avec la conduction ionique. Ces hybrides organo-minéraux, à la frontière entre organique et minéral sont faits à température ambiante avec une chimie douce.

BBV : N'est-ce pas un paradoxe que de la chimie à haute température du labo Collongues sorti une chimie à température ambiante ?

JPB : Oui à la même époque Jacques Livage faisait des gels V205.

BBV : Qu'est-ce qui a motivé votre virage vers les verres ?

JPB : Du point de vue industriel, l'alumine-b c'était moins motivant et, du point de vue fondamental, on avait fait le tour. De plus, je démarrais un groupe ici à Polytechnique, c'était le moment de passer à un nouveau projet.

BBV : Est-ce que ce virage vers les verres organo-minéraux a changé votre place dans la recherche ?

JPB : Au niveau du CNRS, non, car on appartient toujours à la famille chimie du solide. Mais on a eu des contacts industriels nouveaux avec Saint-Gobain (Silor). Bien sûr pendant deux ans, on a eu un peu de ralentissement dans la production de publications. Mais le virage se fait bien.

BBV : Quelles sont les activités de votre laboratoire actuellement ?

JPB : Actuellement on est toujours sur la chimie douce. En plus des hybrides organo-minéraux, on travaille sur des objets nanométriques. On part de molécules et on essaie de construire des solides à partir de ces molécules. Ce sont essentiellement des matériaux pour l'optique : lasers ou stockage de l'information optique.

BBV : Quelles sont les techniques que vous utilisez ? Sont-elles totalement différentes de celles qu'on utilisait au laboratoire de Collongues ?

JPB : C'est de la chimie classique avec des béchers mais pas de haute température. C'est bien différent des labos d'alumine où on avait des fours à 2000°C. Le labo Collongues était surtout tourné vers l'élaboration de matériaux alors que maintenant on fait surtout de la caractérisation. Comme maintenant on dispose de nombreuses techniques, on peut faire des thèses sur la caractérisation avec peu de chimie.
Ce que m'a appris l'alumine-b c'est qu'il faut faire de la chimie. C'est le matériau qui est intéressant. C'est le message le plus important. Toutes les avancées qu'on a eues au laboratoire Collongues, c'est parce qu'on a su faire de la synthèse de matériaux avant et mieux que les autres. Notre premier travail est de faire de l'innovation en matériaux, mais on a beaucoup de collaboration en physique.
Notre troisième thème est la pile à combustible. Il est arrivé avec un ancien du laboratoire de Collongues : Philippe Barboux. Il travaillait sur les films minces de céramique et prépare maintenant des membranes conductrices ioniques pour les piles à combustibles. C'est donc un retour à la tradition d'origine.
Mais il y a un lien entre les verres, les particules nanométriques et les piles à combustibles. Ce sont toujours des procédés à basse-température. On travaille sur la diffusion de molécules comme autrefois on travaillait sur la diffusion des ions.

BBV : Combien de personnes travaillent dans votre groupe ?

JPG : Actuellement notre groupe de chimie du solide comprend 10 personnes et il est l'une des composantes de l'UMR-CNRS intitulée Laboratoire de Physique de la matière condensée qui comprend 50 personnes.

BBV : Quels sont vos liens avec l'étranger ?

JPB : Nous avons gardé des relations avec Bruce Dunn de UCLA (nous avons ici un chercheur permanent qui a fait son post-doc là bas). Nous avons également une collaboration avec un laboratoire allemand. Pas de programme européen, c'est trop de paperasses.

BBV : Comment voyez-vous la chimie du solide française sur la scène internationale ? Est-ce qu'elle n'a pas d'une certaine manière fait obstacle à l'essor d'une science des matériaux en France ?

JPB : C'était suite au démarrage de la physique du solide. Il y a avait a deux pôles de chimie du solide en France, celle de Hagenmuller à Bordeaux et celle de Collongues à Paris. L'une plus mandarinale que l'autre. Des gens comme Rouxel, je les mets dans la famille Hagenmuller. En fait, si on prend les labos actuels de chimie du solide, ce sont tous des descendants d'Hagenmuller ou des descendants de Collongues.
Les deux écoles sont tournées vers la science fondamentale plus que vers les applications. C'est totalement différent de l'approche science des matériaux aux USA. Elle n'existe pas en France. L'approche Materials Science est plus tournée vers les applications. En France, il y a eu beaucoup de recherche fondamentale. L'originalité française n'est pas dans la collaboration avec l'industrie mais dans l'approche physique, dans la collaboration entre chimistes et physiciens du solide. Je défends l'approche française. Si les gens avaient été très proches du milieu industriel, je ne crois pas qu'on aurait été aussi forts en chimie du solide.

BBV : Peut-on associer une coloration politique à cette discipline ?

JPB : Traditionnellement en France, les physiciens sont plutôt à gauche et les chimistes plutôt à droite. Quant à la couleur de ces deux écoles de chimie du solide, je dirais que Hagenenmuller était un gaulliste bon teint ; il serait plutôt proche de Pasqua aujourd'hui ; Collongues, lui, était plutôt centre droite, bon vivant.

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Pour citer l'entretien :

« Entretien avec Jean-Pierre Boilot », par Bernadette Bensaude-Vincent, 12 décembre 2000 Sciences : histoire orale, https://sho.spip.espci.fr/spip.php?article121.

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Entretien avec Jean-Pierre Boilot, par Bernadette Bensaude-Vincent, 12 décembre 2000

Lieu : Ecole polytechnique, Palaiseau, France

Support : non communiqué

Transcription : Bernadette Bensaude-Vincent

Edition en ligne : Sophie Jourdin

BARBOUX Philippe, 2000-12-12

Sophie Jourdin — 2011-09-19T08:33:30Z

Philippe Barboux est professeur au Laboratoire de physique de la matière condensée, à l'Ecole Polytechnique – Palaiseau (France).

Pour citer l'entretien :

« Entretien avec Philippe Barboux », par Bernadette Bensaude-Vincent, 12 décembre 2000, Sciences : histoire orale, https://sho.spip.espci.fr/spip.php?article46.

PHILIPPE BARBOUX (PB) : J'ai fait une thèse chez Collongues après avoir commencé la biologie à Polytechnique. A l'époque, en 1981, Bernard Sapoval voulait un rapprochement avec la chimie du solide, aussi m'a-t-il envoyé voir Collongues. C'était un personnage enthousiasmant. Je me rappelle cette visite dans son bureau à l'Ecole de chimie, en plein mois de mai avec deux arbres en fleurs derrière la fenêtre. Après une heure et demie de baratin sur les batteries, il m'avait convaincu, je me suis inscrit en thèse sous sa direction.
Il m'avait mis sur les gels conducteurs ioniques, dans le groupe de Livage. On y faisait la découverte de propriétés curieuses, amusantes. On étudiait la mobilité protonique à température ambiante dans l'eau.

BERNADETTE BENSAUDE-VINCENT (BBV) : Y-avait-il un enjeu industriel ?

PB : A l'époque, ils n'avaient pas – et moi non plus – réalisé tout le potentiel industriel. C'était novateur de chercher les applications de ces solides. Collongues avait, lui, une notion de ces applications mais ce n'était pas primordial dans son esprit. Dans le labo Collongues, on préparait des oxydes à hautes températures. Les Américains, en revanche, vendaient des applications même s'ils faisaient le même travail que nous.
J'ai fait deux thèses : d'abord, une thèse de troisième cycle, en 1984, qui m'a permis d'entrer au CNRS. Puis, comme la thèse d'Etat avait disparu j'ai fait une thèse d'université : les deux sur la mobilité des ions dans les systèmes poreux et les matériaux cristallins.
Après la thèse, j'ai voulu travailler avec Jean-Marie Tarascon sur les batteries au lithium mais on est passé aux supra-conducteurs en 1987.

BBV : Comment en êtes-vous venu aux piles à combustibles ?

PB : Aujourd'hui, je reviens à mon sujet de thèse. Les piles à combustible, c'est un sujet enthousiasmant pour recruter des étudiants en stage ou en thèse. J'ai commencé en septembre 99. La thématique est la diffusion dans les membranes. On travaille le nafion qui rentre dans les piles à combustible. C'est un polymère qui se déforme quand on applique une tension dessus. On mesure les déplacements du nafion. On a un projet muscle artificiel avec un étudiant qui fait de la robotique.

BBV : Avez-vous des liens avec l'industrie sur ce sujet ?

PB : Nous travaillons dans le cadre du CNRS, sans contrat industriel, sauf pour les thèses d'étudiants (thèse Cifre-Saint-Gobain). On a cependant des consultations ponctuelles : par exemple H2Tech une petite entreprise locale nous demande conseil mais juste au moment d'écrire leurs rapports. L'effort pour établir un contrat européen fut un échec. Renault nous a dit prenez des brevets d'abord après on verra.

BBV : Comment expliquer l'abandon du projet pile à combustible dans les années 80 après les efforts déployés dans les années 70 ?

PB : Dans les années 70, la recherche était sous-tendue par la volonté de faire des économies d'énergie et d'argent à cause de la crise pétrolière. De plus, à cette époque l'industrie française était en tête de la technologie sodium-soufre et alumine-bêta avec CGE. Sur la pile à combustible à base de zircone, Mme Antony a travaillé à Orléans dans les années 70.
Dans les années 90 se produit une remobilisation sur le thème du stockage d'énergie aux USA par suite de plusieurs accidents : d'une part, le tremblement de terre de San Francisco a révélé la non-fiabilité de la source d'énergie de secours (les batteries au plomb dans les hôpitaux n'ont pas marché). Et surtout plusieurs accidents d'explosion avec des batteries de portables ont focalisé l'attention sur la sécurité. Moli-Energy, où travaillait Tarascon, a fait faillite par suite d'une explosion de certains de leurs téléphones. Donc la recherche sur le stockage d'énergie est orientée vers deux objectifs : fiabilité et sécurité.
Pour augmenter la sécurité des batteries au lithium il y a deux voies :

la voie Armand, qui consiste à utiliser un électrolyte solide à la place de l'éther. Li-PEO avec un sulfure, par exemple. On joue sur la passivation et on ralentit la formation des dendrites de lithium métallique qui sont extrêmement dangereuses. Mais on perd en puissance.
la voie japonaise : ne pas avoir de lithium métallique mais seulement du lithium –ion grâce à un graphite d'intercalation à l'anode : Li-C6. C'est la batterie rocking-chair. Le problème c'est qu'on augment le poids et qu'on diminue la puissance.

BBV : Envisage-t-on des piles à combustibles pour les portables ?

PB : Oui, c'est récent depuis un an et demi on travaille sur des mini-piles à combustibles. Il y a des brevets américains sur des catalyseurs basse température avec du méthanol comme source d'hydrogène. On peut espérer un facteur 2. Beaucoup de gens travaillent dessus actuellement. L'idée est d'avoir des feutrines imbibées de méthanol qu'on recharge comme les briquets d'antan.

BBV : Quelles sont les chances de la pile à combustible pour les véhicules électriques par comparaison avec les batteries électriques ?

PB : La batterie Lithium-ion est envisageable. Problèmes de solidité et de résistance. La batterie polymère est envisageable mais le problème est qu'il faut plus que de l'énergie, de la puissance.
Actuellement il y a des recherches sur la pile à combustible à Westinghouse (zircone, haute-température) et en France à Grenoble. Le problème avec la zircone c'est qu'elle réagit avec l'oxyde de la cathode. Les électrodes interdiffusent l'une dans l'autre, d'où vieillissement rapide.

BBV : Quelle est la situation de la recherche en conduction ionique en France ?

PB : Dans les années 90, il n'y avait plus de recherche en conducteurs ioniques en France. En fait, on était tourné vers la recherche fondamentale. On était absent de la concurrence internationale au moment où les Japonais ont occupé le terrain des batteries qui s'exportent en même temps que leurs appareils.

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Entretien avec Philippe Barboux, par Bernadette Bensaude-Vincent, 12 décembre 2000

Lieu : Laboratoire de physique de la matière condensée, Ecole Polytechnique- Palaiseau, France.

Support : enregistrement sur cassette.

Transcription : Bernadette Bensaude-Vincent.

Edition en ligne : Sophie Jourdin.