@Laurent Ardhuin
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Médaille de cristal : Mathieu Frégnaux à l’interface entre instrumentation, physique et chimie des matériaux

Distinctions

Mathieu Frégnaux développe des outils d’analyse capables d’observer les dispositifs optoélectroniques et photovoltaïques en fonctionnement réel. Des avancées méthodologiques qui offrent un regard inédit sur les mécanismes à l’œuvre dans les matériaux pour l’énergie.

Ingénieur de recherche CNRS à l’Institut Lavoisier de Versailles (ILV), Mathieu Frégnaux est spécialiste de physico-chimie des surfaces et de spectroscopie de photoémission. Après une thèse en physique de la matière condensée à l’Université de Lorraine récompensée par le prix de thèse de son école doctorale en 2013, il s’oriente progressivement vers le développement de méthodes expérimentales permettant de sonder les matériaux au plus près de leurs conditions d’utilisation.

J’ai commencé par étudier la lumière émise par des nanocristaux semiconducteurs puis je me suis tourné vers la photoémission pour explorer la chimie des surfaces. Aujourd’hui, je combine ces deux approches pour observer les matériaux photoactifs en fonctionnement réel et mieux comprendre le lien entre chimie de surface et propriétés optoélectroniques.
Mathieu Frégnaux, Ingénieur de recherche CNRS à l’Institut Lavoisier de Versailles

Ses travaux portent sur la spectroscopie de photoémission XPS « operando », une technique qui permet d’analyser des matériaux lorsqu’ils sont soumis à un éclairement, à une polarisation électrique ou à une atmosphère gazeuse contrôlée. Sa démarche repose sur une rupture méthodologique importante : elle permet en effet d’observer directement les phénomènes physico-chimiques qui gouvernent le fonctionnement de dispositifs électroniques et photovoltaïques.

Ce qui me fascine dans l'operando, c'est ce moment où des concepts parfois complexes de la physique des semiconducteurs ou de l'électrochimie cessent d'être de simples équations pour devenir des pics qui se déplacent sous nos yeux.
Mathieu Frégnaux , Ingénieur de recherche CNRS à l’Institut Lavoisier de Versailles

Responsable d’une plateforme technique de l’ILV, Mathieu Frégnaux a notamment développé un couplage inédit entre photoémission XPS et photoluminescence, unique en France, capable de relier les propriétés chimiques de surface aux propriétés optoélectroniques des matériaux. Il a également mis au point des montages permettant d’appliquer une tension électrique directement dans les chambres d’analyse XPS afin d’étudier des dispositifs en fonctionnement réel, notamment des verres électrochromes tout-solide fournis par Saint-Gobain Recherche dans le cadre d’un contrat de collaboration. 

Ces développements apportent de nouveaux éclairages sur les mécanismes qui régissent les propriétés des matériaux pour l’énergie : migration ionique dans les cellules photovoltaïques à pérovskites, diffusion du lithium et changement de degrés d’oxydation associés aux électrodes dans des vitrages électrochromiques soumis à un champ électrique ou réactivité de surfaces en présence de gaz. Menés en collaboration avec des partenaires académiques et industriels français et internationaux, ces travaux contribuent à optimiser les performances et la durabilité des dispositifs optoélectroniques de nouvelle génération.

À travers cette médaille de cristal, le CNRS récompense un travail où l’innovation instrumentale devient un levier essentiel de compréhension des matériaux et des technologies de l’énergie.