Description du sujet de thèse

De nos jours, les solutions eau-éthanol sont utilisées dans de nombreux procédés industriels ainsi que dans la recherche fondamentale. Toutes ces observations donnent une impression de déjà-vu. Mais des discussions approfondies avec des industriels du parfum ou des experts en spiritueux mettent en évidence des croyances solides et populaires, telles que la maturation d'une semaine requise après le mélange du parfum, ou l'ouverture du goût du whisky distillé par une goutte d'eau.
D'un point de vue fondamental, le système eau-éthanol est le fameux exemple classique de mélange non idéal (cf figure). La plupart des observations expérimentales macroscopiques sont en faveur d'une ségrégation à grande échelle. Par exemple, Franks1,2 explique que l'excès positif d'enthalpie de Gibbs (GE) de +0,3kBT « se rencontre toujours dans les systèmes qui se séparent » et donne l'exemple du mélange butanol/eau qui présente deux phases macroscopiques coexistantes avec le même GE. Quelques articles ont souligné l'existence d'hétérogénéités3, sans explorer les grandes échelles spatiales et les dynamiques lentes. Un demi-siècle plus tard, cette affaire scientifique n'est toujours pas résolue.
1] Franks, F. & Ives, D. Structural Properties of Alcohol-Water Mixtures. Quarterly Reviews 20, 1 (1966).
2] Franks, F. & Desnoyers, J. Alcohol-Water Mixtures Revisited. Water Science Reviews 1, 171–232 (1985).
3] Dixit, S., et al, Molecular segregation observed in a concentrated alcohol-water solution. Nature 416, 829–832 (2002).

Contexte de travail

Le projet de thèse sera axé sur les techniques expérimentales capables de caractériser à la fois les structures multi-échelles et la dynamique de ces hétérogénéités à l'échelle atomique (techniques vibratoires et nucléaires), à l'échelle moléculaire supramoléculaire (diffusion des rayons X en interne et sur sources synchrotron). , et aux échelles macroscopiques (techniques variées de diffusion de la lumière).
Le doctorant travaillera en collaboration avec des groupes de Prague (P. Stepanek), NYC (O. Gang), synchrotron SOLEIL (T. Bizien). A Rennes, le doctorant bénéficiera de techniques expérimentales complémentaires (Raman, FTIR, RMN, diffusion des rayons X, dispositif optique original) ainsi que de l'état de leader international en dynamique moléculaire des mélanges liquides (A. Ghoufi).