AMADEUS : Conception automatisée assistée par l’apprentissage machine de céramiques à haute entropie-oxydes de type pérovskite pour des applications énergétiques

Pilote : Bouzid ASSIL

IRCER – Institut de Recherche sur les CERamiques

(UMR 7315 CNRS/Univ. Limoges)

Mots clés : Modélisation, haut débit, apprentissage automatique, flux de travail, base de données, pérovskites, céramiques à haute entropie, hydrogène, séparation électrochimique de l’eau, mise en forme 3D.

Dans le contexte socio-économique Européen actuel, la gestion de l’énergie est cruciale à tous les niveaux, de la production au stockage et à la distribution. Notre projet se concentre sur les enjeux de la production de sources d’énergie verte et durable.

Nous visons le développement d’une nouvelle famille de matériaux d’électrode à base d’électrocatalyseurs non-nobles, actifs et stables, en utilisant une approche exploratoire globale qui intègre des outils de modélisation avancée, du criblage à haut débit, de l’intelligence artificielle (IA), de l’exploitation des données, ainsi que des techniques de synthèse et de mise en forme.

Notre attention se porte sur l’étude de céramiques de type oxyde à haute entropie à structure pérovskites (HEPO), une famille de matériaux largement inexplorée mais offrant un potentiel prometteur dans l’électrocatalyse de l’eau. L’identification de matériaux à haute entropie stables et efficaces pour l’électrocatalyse dans cette famille exige une rupture dans les approches de conception numérique en raison de l’immense espace de compositions chimiques et de configurations qu’elle offre.

AMADEUS propose une stratégie novatrice qui accélérera la découverte de nouvelles phases pérovskites catalytiquement actives par la mise en place d’outils en libre accès, de méthodologie de calcul automatisé et de criblage à haut débit. Nous construirons des diagrammes de phase et des domaines de stabilité en fonction de la composition des HEPO, et prédirons les compositions catalytiquement actives pour les réactions de dégagement du dihydrogène (H₂) et du dioxygène (O₂), en nous appuyant sur des méthodes de calcul ab initio fiables déjà validées. L’utilisation d’algorithmes d’apprentissage machine réduira considérablement l’effort de calcul ab initio, permettant ainsi une exploration de compositions chimiques en haute dimension. Nous développerons des architectures de réseaux neuronaux spécifiques basées sur les données ab initio pour prédire la stabilité des matériaux et leurs activités catalytiques.

Toutes les données générées par AMADEUS seront regroupées dans la première base de données Française des matériaux à haute entropie, accessible à tous, et exploitées pour le développement d’outils d’IA. Nous utiliserons également des approches classiques de fouille de données pour mettre en évidence les corrélations latentes entre composition, structure et propriétés de ces matériaux. Ces efforts de modélisation nous permettront de définir les “règles de conception” des matériaux oxydes à haute entropie et de rationaliser les processus électrochimiques aux interfaces.

Les systèmes les plus prometteurs identifiés seront synthétisés et mis en forme afin d’évaluer leurs performances en conditions réelles, d’élaborer des protocoles de synthèse et de mise en forme appropriés et d’apporter une compréhension fine des mécanismes électrochimiques aux interfaces des céramiques à haute entropie.

AMADEUS est un projet multidisciplinaire qui aborde divers enjeux pour la découverte et la conception de nouveaux matériaux durables pour la production d’H₂. Nous adoptons une approche exploratoire qui intègre le calcul, l’automatisation, la gestion et l’exploitation des données, ainsi que l’utilisation de l’IA, l’optimisation des procédés de synthèse et la mise en forme 3D des matériaux d’électrode. Pour atteindre ces objectifs, AMADEUS regroupe six équipes d’experts Français (cinq laboratoires) avec une palette d’expertise qui couvre tous les aspects de modélisation et expérimentaux du projet et une reconnaissance internationale établie. Une telle synergie dans le consortium constitue un atout majeur pour la réussite de ce projet. Notre projet AMADEUS repousse les limites de la recherche en proposant une approche novatrice et pluridisciplinaire pour accélérer la découverte de matériaux durables et contribuer ainsi à la transition énergétique vers des sources d’énergie vertes et renouvelables.