​Clément a soutenu sa thèse de doctorat le 12 décembre 2023 sur l'Étude des déformations au sein des nanoparticules de platine et palladium en conditions électrochimiques. Dans le cadre d'une collaboration, la thèse a été co-dirigée par le Dr Marie-Ingrid Richard du laboratoire MEM de l'irig et par le Dr Frédéric Maillard du Laboratoire Électrochimie et Physicochimie des Matériaux et des Interfaces (LEPMI) ​de Grenoble INP.

Dans un contexte de réduction des émissions de CO₂, les énergies renouvelables gagnent considérablement en importance au sein de notre société. Cependant, le principal défi demeure leur intermittence qui rend difficile leur utilisation systématique. Pour pallier ce problème, l’hydrogène est envisagé comme la pièce maîtresse d’un paysage énergétique favorable aux énergies vertes. Il permet de stocker l’énergie électrique sous forme de liaisons chimiques, puis est utilisé dans divers mécanismes tels que la régénération d’électricité dans une pile à combustible ou la fabrication de gaz de synthèse.

Ce paradigme est envisageable à condition de pouvoir transiter efficacement entre électricité et hydrogène, ainsi que de stocker l’hydrogène sans perte. Les catalyseurs, comme le platine, accélèrent fortement les réactions fondamentales de la pile à combustible, tandis que le palladium, système modèle, permet de stocker de grandes quantités d’hydrogène dans son volume.

Les travaux de Clément Atlan visent ainsi à développer notre compréhension de ces catalyseurs présents dans les technologies de conversion et de stockage de l’énergie. Un aspect clé est l’utilisation de l’analyse des déformations comme outil précieux pour capturer des phénomènes d’adsorption en surface et d’absorption dans le volume d’une nanoparticule. L’étude aborde des questions cruciales liées à l’interprétation de ces déformations en tant qu’indicateur d’adsorption ionique. L’idée, déjà développée pour des systèmes similaires en phase gaz, vise à cartographier avec précision les sites d’adsorption dans des conditions électrochimiques et notamment sous contrôle de potentiel.
L’imagerie par diffraction cohérente des rayons X en condition de Bragg (BCDI) ^[1] apparaît comme une technique particulièrement intéressante, offrant de manière non destructive des informations structurelles sur des nanoparticules uniques. Plus précisément, il est possible de cartographier en trois dimensions les champs de déplacement atomique et des déformations avec des sensibilités atteignant respectivement le picomètre et 10^-2% ^[2]. Généralement d’une résolution de 10 nm, cette technique s’applique ici à des particules de taille comprise entre 200 et 350 nm. L’étude contribue également au développement des concepts de déformations et introduit différentes méthodologies pour la détermination de ces dernières dans le contexte du BCDI. Ces méthodologies sont d’un intérêt particulier lorsqu’il s’agit d’étudier des phénomènes d’adsorption ou d’absorption.


A l’échelle d’une particule unique, les résultats ​montrent que l’adsorption d’ions bisulfate engendre une évolution des déformations en fonction du potentiel ^[3]. Des simulations de statique moléculaire et de théorie de la fonctionnelle de la densité appuient les observations expérimentales, notamment en faisant le pont entre l’échelle de mesure du BCDI et l’échelle atomique requise par les simulations des phénomènes d’adsorption. 

Lorsque l’hydrogène est absorbé en quantité suffisante dans le palladium, cela entraîne une transition de phase significative et une augmentation notable de son paramètre de maille. Ces mécanismes d’absorption sont examinés en détail en suivant individuellemnt le comportement des nanoparticules de palladium pour différents potentiels de l’électrode où elles sont incorporées, et pendant les transitions de phase induites par l’hydrogénation. Des variations notables entre les phases riches et pauvres en hydrogène sont observées allant jusqu’à une augmentation de 3,5 % du paramètre de maille​. Des inversions réversibles des déformations hétérogènes se produisent lors des transitions de phase, ce qui permet de proposer un modèle décrivant cette transition.