Description du sujet de thèse

Contexte : La technologie des détecteurs à argon liquide (LAr) a connu un développement impressionnant ces dernières années dans les domaines de l'astroparticule et de la physique médicale. Ses rendements élevés de scintillation et d'ionisation, sa radiopureté et son évolutivité en font une cible idéale pour la recherche d'interactions à des énergies allant de quelques dizaines d'eV à plusieurs GeV d'énergies. Des développements récents montrent que les mélanges de Xe-Ar peuvent étendre et améliorer la capacité des détecteurs basés sur le LAr. Les détecteurs de Xe-Ar fonctionnent à la pression atmosphérique et à des températures pour lesquelles le mélange Xe-Ar est en phase liquide. La température du détecteur est légèrement inférieure à la température d'ébullition de l'Ar (87,3 K) et beaucoup plus basse que la température du point triple du Xe (161,4 K). Par conséquent, la teneur maximale en Xe dans le mélange Xe-Ar est imposée par la limite de solubilité du Xe solide dans le LAr. Pour déterminer cette limite et la région température-pression d'existence de la phase liquide du Xe-Ar, la connaissance précise du diagramme de phase du Xe-Ar est nécessaire. Bien que les gaz nobles aient été largement étudiés, il n'existe que peu de données bibliographiques sur le mélange Xe-Ar. Le projet de doctorat vise à étudier les propriétés thermodynamiques de ce mélange en utilisant des simulations moléculaires classiques. Il fait partie d'un projet plus large appelé X-ART accordé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) et dédié au développement de détecteurs de Xe-Ar.
Objectifs : Les propriétés thermodynamiques et de transport du mélange Xe-Ar seront étudiées par des techniques de simulation moléculaire (simulations Monte-Carlo et dynamique moléculaire), donnant un aperçu moléculaire du système et de son comportement lorsqu'il est soumis à des changements de conditions externes. En particulier, la transition liquide-solide du mélange Xe-Ar, le mécanisme de nucléation et de cristallisation de la phase solide riche en Xe et l'organisation locale des molécules dans la phase liquide seront étudiés. Une partie de cette étude sera inspirée par le développement récent autour des intégrales de Kirkwood-Buff qui fait le lien entre la structure locale et la thermodynamique [J. Chem. Phys. 157, 130901 (2022)]. Les résultats seront utilisés en collaboration avec des expérimentateurs pour développer une équation d'état précise des mélanges de Xe-Ar dans l'ensemble du diagramme de phase.
Compétences attendues du candidat : Master en physique, chimie physique, procédés chimiques ou dans un domaine connexe. Bonne connaissance de la thermodynamique. Bases en mécanique statistique. Une expérience en programmation et/ou en simulations numériques est un avantage.
Superviseurs :
1) Dr. Jean-Marc Simon, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, UMR 6303 CNRS, Dijon France
2) Dr. Céline Houriez, Centre de Thermodynamique des Procédés, ecole des mines de Paris

Contexte de travail

Le thésard évoluera au sein du département INTERFACES composé de 23 personnels permanents, dont 19 Enseignants-chercheurs et chercheurs, ainsi que 4 personnels ingénieurs et techniciens, et plus particulièrement avec l'équipe Adsorption sur Solides Poreux animée par I. Berzverkhyy. Cette équipe est constituée de 7 chercheurs/enseignant chercheurs qui étudie l'adsorption de molécules volatile sur des matériaux poreux (MOF, zéolithe, ...) par des approches expérimentales et de modélisation moléculaire. C'est cet aspect modélisation qui sera mis en avant dans la thèse qui se fera partiellement (1/3 du temps) à Fontainebleau au Centre de Thermodynamique des Procédés, de l'école des Mines de Paris. Ce centre est spécialisé dans les mesures thermodynamiques et la détermination d'équation d'état en s'appuyant aussi sur la modélisation moléculaire.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.