Dynamiques et Auto-organisation de Dépôts aux Interfaces Liquide–Solide : vers des surfaces fonctionnelles stables sous forts flux thermiques (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Lorsqu’une goutte contenant un soluté s’évapore sur une surface, elle laisse un dépôt caractéristique en anneau connu sous le nom d’ « effet rond de café » (coffee-ring effect). Ce phénomène du quotidien, en apparence anodin, est le résultat de mécanismes physico-chimiques complexes, où évaporation, écoulements internes, transport et solidification de matière conduisent à une organisation spontanée de la matière au voisinage de la ligne triple, zone de contact entre solide, liquide et gaz. De nombreuses applications utilisent cet effet dans le domaine des matériaux fonctionnels (autoassemblage de particules solides, dépôts par impression à jet d'encre de conducteurs transparents, formation de motifs par auto-organisation, cristaux colloïdaux, quantum dots,…), des sciences biologiques (diagnostics médicaux comme l'analyse de sang, contrôle des aliments, surveillance des polluants environnementaux) ou du dégivrage et du refroidissement de surfaces par spray (échangeurs de chaleur, caloducs).
Particulièrement pour cette dernière application, les propriétés interfaciales des surfaces (mouillabilité, énergie de surface, rugosité) conditionnent l’efficacité des échanges de chaleur. Cependant, sous l’effet de sollicitations thermiques intenses et du contact répété avec les fluides, ces surfaces peuvent se dégrader, accumuler des dépôts solides et finalement perdre les propriétés pour lesquelles elles avaient été initialement conçues. Mieux comprendre les mécanismes à l’origine de cette altération constitue un enjeu majeur pour la durabilité des dispositifs soumis à de forts flux de chaleur répétés.
Ainsi, l’interface liquide-solide, et en particulier la ligne triple, ne peut plus être considérée comme un simple lieu de transfert. Elle devient une zone microscopique active, assimilable à un micro-réacteur, où les phénomènes de transports, les transformations physico-chimiques et les dynamiques interfaciales sont fortement couplés. En effet, à leur tour, les dépôts solides qui se forment dans cet espace rétroagissent sur les écoulements, les transferts thermiques et les propriétés de surface, accentuant leur évolution dans le temps.
L’objectif de la thèse est de comprendre comment ces dépôts se forment localement, s’organisent et influencent la durabilité des surfaces fonctionnelles. Il s’agira d’identifier progressivement les mécanismes en jeu depuis des situations quasi-stationnaires jusqu’à des régimes dynamiques et fortement hors équilibre, tels que l’impact rapide de gouttes (voir figure ci-dessous). En explorant ces phénomènes, le projet cherche à identifier les conditions permettant non seulement de contrôler la structuration locale de la matière, mais aussi de guider des mécanismes d’auto-organisation, ouvrant la voie à la conception de surfaces fonctionnelles durables et optimisées pour des applications extrêmes.

Le doctorant aura en charge la mise en place et la conduite des expériences en faisant appel à des diagnostics optique et thermique (imagerie infrarouge, fluorescence induite par laser, caméra rapide, ombroscopie) ainsi qu’à des caractérisations multi-échelles des surfaces (MEB, profilométrie optique, DRX, MET, XPS). Il devra aussi collecter et analyser les données expérimentales afin de proposer des interprétations et des mécanismes en jeu.
Pour cela, il suivra une stratégie expérimentale progressive sur la formation du dépôt et son influence sur les phénomènes de transfert en partant d’une configuration quasi-stationnaire (film liquide alimenté) en passant par une goutte sessile qui s’évapore lentement pour finir par des gouttes en situations dynamiques.

Compétences :
- Master ou diplôme d’ingénieur en physico-chimie ou en science et ingénierie des matériaux, avec idéalement une spécialisation en physico-chimie des interfaces. Des connaissances en phénomènes de transfert (thermique, écoulements) seront appréciées.
- Capacité à s’intégrer dans un projet de recherche interdisciplinaire et multi-équipes, et à évoluer au sein de deux équipes aux thématiques complémentaires.
- Maîtrise du français et/ou de l’anglais.

Votre Environnement de Travail

Le doctorant sera amené à travailler sur les sites de l’Institut Jean Lamour (localisation site ARTEM) et du LEMTA (localisation site BRABOIS), entre lesquels il se déplacera régulièrement, et disposera d’un bureau personnel sur chacun d’eux.

A propos de l’Institut Jean Lamour :
L’Institut Jean Lamour (IJL) est une unité mixte de recherche du CNRS et de l’Université de Lorraine. Spécialisé en science et ingénierie des matériaux et des procédés, il couvre les champs suivants : matériaux, métallurgie, plasmas, surfaces, nanomatériaux, électronique.
En 2026, l'IJL compte 258 permanents (33 chercheurs, 133 enseignants-chercheurs, 92 IT-BIATSS) et 389 non-permanents (146 doctorants, 43 post-doctorants / chercheurs contractuels et plus de 200 stagiaires), de plus de 70 nationalités différentes.
Il collabore avec plus de 150 partenaires industriels et ses collaborations académiques se déploient dans une trentaine de pays.
Son parc instrumental exceptionnel est réparti sur 4 sites dont le principal est situé sur le campus ARTEM à Nancy.

A propos du Laboratoire Energies et Mécanique Théorique et appliquée :
Le Laboratoire d’Énergétique et de Mécanique Théorique et Appliquée (LEMTA) est une unité mixte de recherche du CNRS et de l’Université de Lorraine. Il est rattaché à l’Institut des Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes (INSIS) du CNRS. Spécialisé en énergétique, mécanique et transferts, il couvre les champs suivants : mécanique des fluides, transferts thermiques et de masse, énergétique, physico-chimie des écoulements, milieux complexes et procédés.
Le LEMTA compte environ 80 chercheurs et enseignants-chercheurs, 30 personnelles techniques et administratifs, environ 80 doctorants et postdoctoants. Ses activités expérimentales et numériques s’appuient sur des plateformes instrumentales de pointe.

Contraintes et risques

-

Rémunération et avantages

Rémunération

2300,00 € brut mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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