Figure 3 : Part dans les effectifs de la section 15 des chercheurs recrutés CR2 et CR1 depuis 2010, par délégation régionale. R représente le nombre de chercheurs recrutés, E l’effectif total dans la DR concernée et A=R/E l’attractivité de cette délégation.

Le programme Horizon 2020 de la Commission Européenne souligne clairement l’importance des matériaux avancés et des technologies connexes comme des outils et facteurs clés dans le renforcement de la capacité de productivité et d’innovation de l’Europe et de sa compétitivité dans les secteurs d’application de haute technologie. En outre, depuis 2007, le Plan technologique stratégique pour l’énergie (Plan SET) fournit le cadre stratégique entre les États membres, l’industrie et l’Union européenne pour investir conjointement sur le développement et le déploiement commercial de technologies sobres en carbone, plus efficaces, sûres et fiables, dans lesquels les matériaux jouent un rôle majeur.

Les technologies clés (KETs) recommandées par l’Europe sont : les matériaux avancés, la photonique, les nanotechnologies, la biotechnologie, la micro- et la nanoélectronique. Ces technologies clés ne sont pas seulement liées, mais sont toutes basées sur de nouveaux progrès dans le développement des matériaux et de leur mise en œuvre via des procédés performants.

En plus de ces cinq technologies clés génériques, le groupe MatSEEC (Materials Science and Engineering Committee) a identifié le rôle clé de l’énergie. Fournir suffisamment d’énergie avec un impact écologique acceptable en Europe ainsi que dans le monde est l’un des principaux défis de la société. La production efficace de l’énergie, de la conversion et du stockage sont des objectifs importants pour l’Europe qui a besoin des efforts de la recherche fondamentale sur la conception de nouveaux matériaux, et sur l’optimisation de matériaux existants et adaptables.

Les matériaux avancés et leurs innovations sont un élément important dans pratiquement toutes les industries manufacturières. Les marchés devraient offrir un volume supplémentaire au sein de l’UE de 55 milliards d’euros au cours des 5 à 7 prochaines années avec un potentiel considérable dans les domaines de l’énergie (19 milliards d’euros), l’environnement, la santé, les transports et les technologies de l’information et de la communication (TIC).

La section 15 affiche une stratégie qui va de la synthèse au procédé en passant par des étapes de caractérisation et de modélisation à différentes échelles de temps et d’espace. Cette stratégie s’est fortement accentuée par des incitations d’embauche de chargés de recherche spécialisés sur le stockage électrochimique de l’énergie, la métallurgie au sens large et ses concepts et la cristallochimie, discipline incontournable de la compréhension fine de la structure des matériaux. La stratégie scientifique alliée à un effort important de ressources humaines est au cœur du dispositif européen des enjeux sociétaux à l’horizon 2020.

Le CNRS se place en force de proposition dans l’élaboration des futurs appels à projet du programme Horizon 2020. Une soixantaine de chercheurs sont actifs dans les groupes thématiques nationaux (GTN) mis en place par le Ministère de l’Enseignement et de la Recherche. Des chercheurs dont les thématiques scientifiques relèvent de la section 15 sont présents dans les GTN sur l’énergie, les nanomatériaux et matériaux avancés, et le transport.

Le CNRS apporte une pierre importante à l’édification de l’espace européen de la recherche en participant, avec ses partenaires français, européens et internationaux, à la construction et l’exploitation de grands équipements scientifiques (LLB, ESRF, ILL, Soleil, RMN, IDRIS..). Des chercheurs de toutes les disciplines (astronomes, biologistes, physiciens, chimistes…) ont ainsi accès aux équipements les plus performants dans un environnement scientifique international de très haut niveau.

L’institut de Chimie mène une politique volontariste de relations internationales en participant lui-même à diverses actions internationales, en favorisant la participation des chercheurs de ses laboratoires aux différents accords et conventions gérés par la Direction des Affaires Européennes et la Direction des Relations Internationales du CNRS, et en mettant en place des structures opérationnelles telles que les Programmes Internationaux de Coopération Scientifique (PICS), Laboratoires Internationaux Associés (LIA), Groupement de Recherches Internationaux (GDRI), les Unités Mixtes Internationales (UMI). La société Saint-Gobain, le NIMS (institut national pour les sciences des matériaux au Japon) et le CNRS ont signé le 7 juin 2013 une lettre d’intention pour étendre leur collaboration scientifique dans le domaine de la chimie des matériaux. Cette politique associe étroitement la section 15 qui est consultée pour la création des nouvelles structures.

Si l’interaction recherche fondamentale – recherche et développement et le fonctionnement sur projets constituent indubitablement des facteurs de découverte, d’invention, et même d’adaptation de la recherche scientifique aux besoins et finalités définis par la société, la recherche scientifique au CNRS ne saurait se réduire à une R&D sans risque de pétrification en une panoplie utilitariste. La recherche scientifique ne doit pas devenir à la science ce que la grammaire est au langage. Henri Poincaré soulignait déjà en 1908, dans Science et Méthode :

« Il suffit d’ouvrir les yeux pour voir que les conquêtes de l’industrie qui ont enrichi tant d’hommes pratiques n’auraient jamais vu le jour si ces hommes pratiques avaient seuls existé, et s’ils n’avaient été devancés par des fous désintéressés qui sont morts pauvres, qui ne pensaient jamais à l’utile, et qui pourtant avaient un autre guide que leur caprice. »

Il semble aujourd’hui indispensable, sans vouloir opposer recherche fondamentale et recherche appliquée mais tout en veillant à conserver un équilibre entre elles, de faire perdurer et surtout de redynamiser au profit des chimistes de la section 15 leur culture exploratrice de la recherche de nouvelles phases et de nouveaux composés, présentant ou non des propriétés nouvelles. L’une des missions des plus fondamentales des chercheurs de la section 15 doit en effet consister à « alimenter » en nouvelles compositions les étagères des laboratoires concernés par l’élaboration, la mise en forme, la structuration de nouveaux matériaux, que ce soit sous forme de cristaux, de couches minces ou de matériaux massifs. Cette recherche exploratoire doit rester libre, c’est-à-dire orientée selon des critères de curiosité et d’intuition scientifiques définis par les chercheurs eux-mêmes. À ce jour, on peut regretter qu’aucun appel d’offres piloté par les agences de financement de la recherche ne prenne en compte ce type de recherche très en amont. De plus, l’organisation des structures de recherche doit être conçue de manière à laisser aux chercheurs cette liberté nécessaire à la prise en considération de l’imprévu qu’évoquait Jean Rouxel, dans sa leçon inaugurale du Collège de France (Chimie des solides : une autre chimie, 1997) :

« Le squelette nouveau, celui qui va créer une brusque discontinuité, est quelquefois obtenu de manière inattendue, le problème étant alors d’avoir la culture suffisante pour le reconnaître pour ce qu’il est. (…) Cette aptitude du chimiste à jouer d’un squelette structural lui permet aussi, à l’inverse en quelque sorte, de voir la richesse éventuelle des possibilités offertes par ce solide nouveau qu’il vient d’obtenir au détour d’une réaction non prévue. Le chimiste du solide est au carrefour du prévisionnel et de l’inattendu. »

Nous pouvons en effet mentionner, avec Jean Jacques (L’imprévu ou la science des objets trouvés, Éditions Odile Jacob, 1990), une pléthore de découvertes faites par sérendipité, en dehors de toute programmation à l’échelle nationale ou internationale, dans lesquelles la culture personnelle des chercheurs s’est montrée déterminante (Pasteur parlait en 1854 d’« esprits préparés » et Réaumur en 1742 d’« un de ces hasards qui ne s’offrent qu’à ceux qui sont dignes de les avoir, ou plutôt, qu’à ceux qui savent se les procurer. ») : la glycérine, la cimétidine (médicament contre l’ulcère gastrique), l’aspirine, le contraceptif RU 486, le néoprène, l’attracteur de Hénon, le téflon, le cyanoacrylate d’éthyle (colle glu), les polyox, le nylon, l’adrénaline, le coton-poudre, la diffraction des électrons, l’électricité galvanique, l’électromagnétisme, les éthers-couronnes, les alliages Invar, le LSD, les naines blanches, le plus grand nombre premier (2²¹⁶⁰⁹¹-1) connu en 1990, la pénicilline, le positron, les pulsars, les quasars, les quasi-cristaux, les fullerènes, la radioactivité, les rayons X, la saccharine, la supraconductivité, le transistor, la vitamine K, la vulcanisation (les pneus « Goodyear »), le phosphore et sa luminescence prolongée, et cette liste n’est, bien évidemment, pas exhaustive. Un certain goût de l’aventure doit par conséquent être valorisé en chimie du solide, et pour que ce goût et cette curiosité se traduisent en une créativité qui sorte des normes, plutôt que de se transformer en un aventurisme de projets ou en une chimie de synthèse « pêche à la ligne », la formation des chercheurs doit impérativement inclure la thermodynamique classique et statistique, la cristallographie et la mécanique quantique. Les contraintes imposées par les modes de financement budgétivores et chronophages mis en place depuis une décennie, associées à la prolifération aussi polymorphe qu’incontrôlée des expertises sollicitées aux chercheurs, paraissent antinomiques avec cette conception de la recherche exploratoire, libre, pilotée par la curiosité et l’intuition, basée sur une formation solide dans le cadre conceptuel et disciplinaire de la section 15. Ces préoccupations ont été au cœur d’une action nationale de formation en octobre 2011, soutenue par le programme interdisciplinaire sur les matériaux du CNRS (PIR Mat), et également au cœur de la contribution commune du CNRS aux Assises de l’ES&R de 2012.

Les laboratoires qui émargent à la section 15 de l’INC sont par essence interdisciplinaires (figure 1). Il est en effet difficile d’imaginer des travaux de recherche en chimie du solide, métallurgie, ou matériaux céramiques sans des interfaces fortes avec la physique, les sciences de l’ingénieur ou même les sciences biologiques. Pour être factuel, on peut recenser quelques indicateurs qui reflètent la présence de l’interdisciplinarité parmi les activités de la section 15. Elle se traduit tout d’abord dans les mots-clefs de la section, et plus particulièrement dans ceux qui concernent les domaines applicatifs (matériaux pour l’énergie, l’optique, biomatériaux…). L’interdisciplinarité est aussi visible au travers des affiliations des unités ; ainsi, des 37 unités pour lesquelles la section 15 est la section principale, 33 d’entre elles émargent secondairement à d’autres instituts du CNRS (INSIS, INP, INEE, INSB, INSU, IN2P3). De plus, les chercheurs de la section 15 sont force de propositions et contribuent aux recherches développées dans le cadre de la Mission pour l’Interdisciplinarité (MI) du CNRS, en particulier dans les 4 thèmes suivants : (i) Nucléaire, énergie, environnement, déchets, société (NEEDS) (par exemple, dans le projet fédérateur Matériaux), (ii) Nano, (iii) Transition énergétique : ressources, société, environnement, (iv) Instrumentation aux limites. Les activités liées à la valorisation sont aussi fortement interdisciplinaires ; celles-ci ont récemment été recensées et classées par la Direction de l’Innovation et des Relations avec les Entreprises (DIRE) en 45 domaines d’innovation et 10 axes stratégiques d’innovation (ASI). Parmi ces derniers, au moins 5 concernent directement les activités de la section 15 (nanomatériaux, optoélectronique, stockage de l’énergie, énergie solaire, matériaux bio-sourcés et recyclés), ce qui témoigne à nouveau de la richesse et du potentiel interdisciplinaire des unités de la section 15. Enfin, les GDR sont des outils qui contribuent efficacement et depuis longtemps à promouvoir l’interdisciplinarité. Il serait difficile d’en faire une liste exhaustive, mais citons par exemple le GDR 3339 PACS (Piles à Combustibles et Systèmes) qui rassemble des équipes de l’INC et de l’INSIS, le GDR3182 (Nano-alliages et Nano-hybrides à base de Métaux) avec des équipes de l’INP et de l’INC, le GDR 3338 (Verres) avec des équipes de l’INC, INP, INSU et INSIS, les GDR C’Nano qui dépendent de l’INP mais rassemblent de très nombreuses équipes d’autres instituts CNRS (INC, INSIS, etc.). La section 15 unifie un fort potentiel de caractérisation des matériaux dans les laboratoires. Aussi, les unités de la section 15 sont-elles très impliquées dans les plate-formes instrumentales interdisciplinaires telles que l’IR RMN ou l’IR EMIR ou METSA, les TGI ILL, LLB, ESRF, SOLEIL, etc.

Indispensables aux activités de la section 15, deux des disciplines les plus en danger sont la cristallographie et la thermodynamique. Comment vouloir prétendre élaborer des nanomatériaux ou nanostructures de plus en plus complexes et analyser leurs propriétés sans en Connaître la stabilité, la composition chimique et l’organisation structurale ?

Pour ce faire, il est nécessaire de prévoir à l’échelle atomique la structure de la matière (que ce soit de manière expérimentale ou par modélisation) et il est a minima indispensable de maîtriser les bases que sont l’atomistique, la nature (ionique, covalente, iono-covalente) de la liaison chimique, les arrangements structuraux de ces atomes (symétrie cristalline pour les phases cristallisées, structure locale et à plus longue distance pour les matériaux amorphes). Les chercheurs de la section 15 souhaitent alerter la communauté scientifique sur le constat qu’actuellement la cristallographie, dont le monde entier salue en 2014 avec l’Unesco la naissance il y a un siècle, est de moins en moins enseignée dans les universités et écoles d’ingénieurs françaises.

Les recherches en cristallochimie menées par la communauté représentée en section 15, sont indissociables du recours aux Grands Instruments (TGI). Un soutien marqué aux TGI est par conséquent indispensable. Ce soutien doit commencer par le LLB, la source nationale de neutrons, qui seule permet aux cristallochimistes de préparer correctement les expériences soumises au niveau international et de résoudre dans des délais satisfaisants les nombreux problèmes de diffusion élastique et inélastique émanant de nos laboratoires.

La thermodynamique est une autre discipline en danger. Elle permet de reconnaître la stabilité de nouvelles phases et de multi-matériaux dans l’environnement de leur fabrication et de leur fonctionnement. Elle nécessite à la fois une recherche expérimentale et de la modélisation pour construire de nouveaux diagrammes de phases de plus en plus complexes. La section 15 est convaincue de la nécessité de maintenir vivace la thématique « Thermodynamique » et en particulier la thermodynamique des matériaux à haute température. La section est consciente de sa faiblesse numérique et de sa dissémination sur l’ensemble du territoire. On peut toutefois citer le GDR 3584 « Thermodynamique des Matériaux à Haute Température », créé le 1^er janvier 2013, qui a pour but de faciliter les échanges et le développement de la communauté sur les moyens expérimentaux et les méthodes de calculs ab initio. Cet effort d’attractivité doit être étendu à d’autres types de matériaux afin de guider la recherche exploratoire.

La dynamique de conception et d’élaboration de matériaux originaux, de nature à participer à des développements technologiques innovants, ne peut être entretenue que par l’acquisition permanente de connaissances fondamentales nouvelles. Le processus de créativité en science des matériaux passe donc, en premier lieu, par la maîtrise de disciplines de base et de techniques de caractérisation performantes. Celles-ci sont essentielles pour définir les stratégies d’élaboration ou pour mesurer, comprendre et faire évoluer les propriétés observées.

La création de matériaux bénéficie aussi de la mise en œuvre pertinente de technologies d’élaboration innovantes aptes à générer de nouvelles phases, des microstructures spécifiques, des états hors équilibre, des défauts, etc. à la base de propriétés originales ou exaltées. Les procédés jouent ainsi un rôle primordial dans la phase initiale de création d’un matériau.

Ils interviennent aussi de manière déterminante dans les phases ultérieures de développement, notamment lors de la mise en forme ou de l’intégration d’un matériau à l’échelle appropriée et dans l’environnement complexe dans lequel il doit assurer sa ou ses fonction(s). C’est enfin la compatibilité des procédés avec les contraintes industrielles, environnementales et normatives qui décide au final, de l’avenir applicatif du matériau.

Il apparaît donc clairement que la section 15 doit :

a) veiller à conserver des compétences du meilleur niveau dans les disciplines de base telles que la chimie du solide, la thermodynamique, la cristallographie et la cristallochimie, la métallurgie, qui relèvent toutes de son périmètre thématique,

b) s’appuyer sur des collaborations pluri et transdisciplinaires pour bénéficier d’un socle de compétences élargi,

c) disposer des meilleures compétences techniques et des outils les plus performants nécessaires à la caractérisation fine des solides, d’une part, à leur modélisation, d’autre part,

d) développer ou intégrer de nouveaux procédés d’élaboration,

e) garder de fortes relations avec le secteur industriel.

La conception, l’élaboration et la caractérisation de matériaux nouveaux sollicitent non seulement des compétences générales sur un spectre large de disciplines, mais aussi fréquemment, des compétences très pointues dans une discipline de base. Ces dernières sont détenues par des spécialistes de haut niveau dont il convient de soutenir et reconnaître les activités et d’assurer le renouvellement au fil du temps. En effet, ces spécialistes contribuent à repousser les frontières de la connaissance ou à apporter le surplus de créativité qui façonne les matériaux les plus originaux. Les disciplines identifiées sont notamment la chimie du solide et la thermodynamique, dont l’apport est fondamental pour concevoir des voies d’élaboration prometteuses, mais aussi la cristallographie et la cristallochimie, qui apportent les bases indispensables à la compréhension des propriétés.

Le spectre large de disciplines évoqué précédemment va en réalité au-delà du périmètre thématique de la section 15. Il s’étend notamment à la physique et au domaine du vivant. La physique peut en effet anticiper des comportements originaux au sein des matériaux et apporter les concepts nécessaires à l’interprétation de leurs propriétés. Les organismes vivants se déclinent en d’innombrables combinaisons de microstructures pour tirer le meilleur profit de la matière solide et développer des propriétés spécifiques. La biologie est ainsi une source d’inspiration qui enrichit les apports prédictifs et explicatifs de la physique à la science des matériaux. Il émerge en outre des travaux aux interfaces de la science des matériaux et de ces disciplines, portés souvent par de jeunes chercheurs dont le positionnement dans les sections actuelles du Comité National est difficile. Il convient donc de promouvoir la transdisciplinarité en faisant une place à ces chercheurs dans des sections nouvelles de type CID ou en acceptant d’élargir le périmètre thématique de la section 15.

Les caractérisations physico-chimiques fines de l’échelle macroscopique jusqu’à celle de l’atome, sont indispensables au processus de création de matériaux nouveaux. Les laboratoires doivent donc être équipés ou pouvoir accéder facilement, via des plate-formes mutualisées, aux équipements haut de gamme permettant d’effectuer ces caractérisations. Le corollaire est l’association à ces matériels, de personnels techniques qualifiés, capables de tirer le meilleur profit de ces équipements. Le maintien de la motivation et l’actualisation régulière des compétences de ces personnels, par des plans de formation ambitieux, revêtent aussi une importance stratégique.

Les outils et les méthodes de modélisation connaissent un développement rapide. Ils apportent une contribution de plus en plus significative à la compréhension fine de la matière à l’état solide et sont peu à peu capables d’en prévoir les propriétés. L’impact de la modélisation sur la manière de concevoir ou d’élaborer des matériaux nouveaux ne peut que s’accroître dans les prochaines années. Il est donc nécessaire d’encourager les activités de modélisation et de sensibiliser les expérimentateurs à leurs potentialités et à l’apport déterminant qu’elles peuvent, ou pourront avoir, dans la création de matériaux originaux.

Les développements technologiques actuels offrent sans cesse de nouvelles possibilités dans le domaine des procédés d’élaboration, de mise en forme et d’intégration des matériaux. L’évolution des lasers ou des faisceaux d’électrons ainsi que des optiques et dispositifs de positionnement et d’automatisation associés, ont par exemple permis le développement de machines de fabrication dite additive. Outre les possibilités offertes par ces machines pour la réalisation de pièces de formes complexes, des microstructures ou des phases originales peuvent potentiellement être créées, permettant d’obtenir des fonctionnalités améliorées. D’une manière plus générale, la miniaturisation des sources d’énergie et les progrès dans la maîtrise de leur utilisation conduiront nécessairement à des procédés de formation ou de traitement de matériaux nouveaux. Il ne faut donc pas faire l’économie de l’appropriation de ces technologies et de leur intégration dans le processus de créativité des chercheurs de la section.

Les problématiques industrielles, plus généralement sociétales, font très souvent naître des besoins de nouveaux matériaux ou posent des questions fondamentales qui peuvent susciter des recherches d’un grand intérêt pour des laboratoires du CNRS. De même, les avancées scientifiques issues de travaux académiques peuvent initier de nouvelles applications technologiques ou faire l’objet d’exploitations industrielles à fort impact socio-économique. Dans ces cas, les jeunes docteurs formés dans les laboratoires sont des relais de choix pour assurer le transfert des connaissances et des technologies vers les entreprises. Ils peuvent ainsi compter parmi les bénéficiaires d’un croisement des cultures de l’industrie et du secteur académique qui conduit à la création d’emplois. La section 15 doit donc persévérer dans le développement des relations avec l’industrie, sous les différentes formes de partenariats disponibles (contrats directs, actions collaboratives aidées par les pouvoirs publics régionaux, nationaux ou européens, bourses ANRT, laboratoires communs, etc.), pour contribuer au développement de l’innovation et faciliter le transfert des résultats de la recherche publique vers le monde socio-économique.

Dans cette démarche, le soutien administratif et juridique apporté aux chercheurs ne doit pas être oublié. Il est en effet capital d’éviter la dispersion des forces des chercheurs dans des tâches pour lesquelles, par ailleurs, ils n’ont pas les compétences requises. Il est en outre capital de protéger les innovations qui naissent de leurs travaux et d’officialiser ainsi leurs apports au développement socio-économique.

Nous conclurons ce rapport en attirant l’attention du lecteur sur trois points qui nous paraissent déterminants – en positif comme en négatif – pour l’avenir des chimistes rattachés à la section 15. Du côté négatif, la section partage les inquiétudes qui sont nées ces dernières années de la décroissance continue du nombre des postes offerts à l’entrée au CNRS. Elle s’alarme du sort qui est ainsi réservé aux jeunes les plus brillants, passionnés par la recherche et pourtant abandonnés, des années durant, à la répétition de post-doctorats à l’étranger, en dépit des sommes considérables que la société a consenties à leur formation. Comme la plupart des autres sections, elle réclame la mise en place d’un plan pluriannuel en faveur de l’emploi scientifique statutaire afin de mettre un terme au gâchis des talents qu’elle constate année après année, et prévenir leur migration massive vers l’étranger qui ne manquera pas de se produire dans un futur proche.

Du côté positif, elle est heureuse de constater combien l’enthousiasme des jeunes est fertile d’inventivité et d’innovations. La recherche exploratoire, sur laquelle nous avons insisté plus haut dans ce rapport, est une réalité tangible qui bénéficie autant à l’avancée des connaissances qu’au progrès socio-économique et à nos industries, le moment venu. Cet effort doit être soutenu par les agences de financement de la recherche, au plan national comme européen puisque les crédits récurrents n’y suffisent plus depuis bien longtemps. Enfin, s’il n’est plus pertinent de distinguer entre recherche fondamentale et appliquée, du moins dans le périmètre scientifique de la section, il reste cependant important de constater combien l’enracinement de nos laboratoires dans les contacts et les collaborations industrielles est source de thématiques nouvelles et d’enrichissement mutuel. Les exemples abondent : alliages métalliques, matériaux ioniques, films minces, matériaux pour l’optique, etc. qui tous engagent les chercheurs de la section dans des collaborations pérennes avec l’industrie. Cette recherche s’accommode plus facilement que la recherche exploratoire des appels à projets et des programmes à terme court, mais exige sur le long terme que les conditions du ressourcement leur soient associées. Ces conditions doivent prendre en compte la mobilité intrinsèque à nos disciplines de leurs interfaces. Cette mobilité entraîne régulièrement dans le périmètre de la section de nouveaux matériaux (graphène, nanoparticules pour la vectorisation médicale, etc.), de nouveaux procédés (frittage flash, ALD, fabrication additive, etc.), de nouveaux concepts (tectonique moléculaire, simulation mésoscopique, etc. pour ne citer que quelques exemples) qui incitent la section 15 à modifier sa réflexion comme à adapter son périmètre. La seule lecture du présent rapport n’y suffit pas et on pourrait envisager que la commission des présidents du Comité National se saisisse régulièrement de la mise à jour des connaissances partagées par plusieurs sections ainsi que par les commissions interdisciplinaires.