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« Transformer la matière avec la lumière, c’est fascinant »

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Portrait de LabEx

Spécialiste des interactions entre les lasers et les matériaux, Jean-Philippe Colombier mène ses recherches au sein du laboratoire Hubert Curien, membre du LabEx Manutech-SISE.


Sur quoi portent vos recherches ?

Depuis une dizaine d’années, j’étudie les effets de l’irradiation laser sur la matière : en quoi cela modifie sa surface, sa texture… J’observe comment se passe cette transformation, comment les électrons réagissent au grain de lumière, absorbent son énergie pour la redistribuer aux atomes. Notre laboratoire est spécialisé dans les lasers ultra-brefs. Ces flashes lumineux, ultra-rapides, concentrent l’énergie dans le temps et l’espace. Leur puissance est gigantesque, équivalente à celle d’une centrale électrique.

A quoi servent vos études ?
En modifiant le relief d’une surface, sous l’effet du laser, on peut lui conférer de nouvelles propriétés. Par exemple, on peut la « réorganiser » de manière à obtenir un effet de « mouillabilité » – à l’instar de la goutte d’eau qui glisse sur une fleur de lotus – ou un effet « peau de requin », avec les mêmes performances de pénétration dans l’eau. Ou encore, on peut chercher à reproduire les « propriétés diffractives » des ailes du papillon pour colorer les métaux. A la clé, toutes ces expérimentations peuvent déboucher sur de nouvelles applications industrielles.

… Par exemple ?
On peut imaginer fabriquer une surface auto-nettoyante, ou une texture qui empêche la glace de se former, ou encore, qui diminue les émissions de CO2 des moteurs en limitant les frottements… C’est notre partenaire l’Equipex MANUTECH-USD « Ultrafast Surface Design » – un regroupement de laboratoires et d’industriels – qui travaille à l’exploitation industrielle de nos recherches. Notre rôle à nous, c’est de comprendre comment se passe la « structuration » de la surface. Comment, avec le laser, on va pouvoir créer des bosses, des cavités… qui vont modifier ses propriétés.

A quel stade en est la recherche sur ces sujets ?
Aujourd’hui, on parvient à créer ces effets-là, sans vraiment en connaître le processus. Notre objectif, c’est d’arriver à maîtriser ces phénomènes. Les recherches sur les effets des lasers existent depuis une cinquantaine d’années déjà. D’autres laboratoires en France et dans le monde se concentrent, comme nous, sur l’irradiation ultra-brève. La visée industrielle fait notre spécificité.

Concrètement, comment travaillez-vous ?
Nous travaillons par simulation, sur ordinateur. L’échelle à laquelle la matière se transforme est si ténue qu’il nous serait impossible d’observer ce qui se passe en réel, même avec des microscopes ultra-puissants. Nous retranscrivons donc ces mécanismes sous forme de calculs.

Que vous apporte le LabEx Manutech ?
Avant tout, des moyens humains. Le dispositif nous a ainsi permis de recruter deux postdoctorants pour deux projets spécifiques. L’un d’entre eux vise notamment à comprendre le processus de création de « rides homogènes » sur grande surface : comment celles-ci apparaissent ; quel type de matériau faut-il utiliser ; combien de flashes lumineux… ? A la croisée de l’optique et des matériaux, cette étude expérimentale est menée en collaboration avec l’Ecole des Mines, experte dans la caractérisation des matériaux. C’est l’autre grand intérêt du LabEx : réussir à faire travailler ensemble des structures qui, normalement, ont chacune leurs problématiques.

Qu’est-ce-qui vous passionne le plus dans votre métier ? J’aime ce principe de pouvoir transformer la matière avec la lumière, un peu comme le ferait un alchimiste. Sous l’effet de la lumière, la matière change d’état, devient gaz ou liquide. Cette conversion-là, ce passage m’intéresse. Il tient encore pour moi du mystère.


Propos recueillis par Caroline Hamon.

Thématique : Portrait de LabEx


Le LabEx Manutech SISE

Le LabEx Manutech SISE (Science & ingénierie des surfaces et interfaces) vise à comprendre les phénomènes de surface (l'usure, le frottement, la réactivité chimique ou la mouillabilité, la résistance à la fatigue), à contrôler ou créer des fonctions de surface, à développer l'usinage et l'assemblage de technologies pour explorer la surface et la structure d'interface, à différentes échelles.

Manutech SISE rassemble 4 laboratoires et 2 sociétés de recherche à Lyon et Saint-Etienne. Il collabore avec le pôle de compétitivité VIAMECA, et compte d’autres partenaires, comme l’Ecole Centrale Lyon, l’ENISE, l’INSA Lyon, ainsi que deux sociétés industrielles engagées dans la R&D : "IREIS", du groupe HEF, et "Science et Surface".