Description du sujet de thèse

La nanofluidique explore le transport des fluides à l’échelle nanométrique et ouvre des perspectives pour des technologies durables et innovantes. Cependant, les mécanismes gouvernant la friction liquide-solide restent mal compris, en particulier le rôle des interactions entre les excitations collectives du fluide et du matériau confinant. Ce projet vise à exploiter le désordre pour mieux comprendre et contrôler le transport nanofluidique. Le premier axe porte sur l’impact du désordre intrinsèque des fluides sur la friction sous confinement. Lorsqu’un liquide est refroidi vers sa transition vitreuse, il devient plus visqueux, mais des expériences récentes ont révélé qu’un tel refroidissement peut paradoxalement réduire la friction et accélérer l’écoulement à l’échelle nanométrique. À l’aide de simulations numériques avancées, nous étudierons des liquides confinés de complexité croissante, depuis des modèles atomiques idéalisés jusqu’à des liquides moléculaires intégrant des degrés de liberté internes et la polarisabilité. La température sera utilisée comme un paramètre de contrôle des spectres de relaxation du liquide afin d’élucider le rôle des interactions liquide-solide dans la friction. Le second axe se concentre sur l’influence du désordre sur les fluctuations du matériau confinant. Contrairement aux solides cristallins, les matériaux désordonnés possèdent des propriétés vibrationnelles spécifiques pouvant affecter la friction. En particulier, l’introduction de défauts atomiques dans les membranes de graphène modifie leur dynamique vibrationnelle et impacte la friction avec les fluides confinés. Nous caractériserons cet effet via des simulations de pointe et établirons un cadre analytique pour la friction induite par les phonons, en collaboration avec le groupe Micromégas du LPENS. Ces travaux seront confrontés aux mesures expérimentales de friction hydrodynamique, où une chute soudaine du glissement est attendue. Enfin, des recherches exploratoires examineront le potentiel des membranes désordonnées pour la séparation moléculaire. En concevant des défauts ciblés, nous viserons le développement de membranes quasi-2D capables de séparation dynamique, inspirées des matériaux poreux 3D utilisés pour la séparation isotopique. Ce projet apportera une compréhension microscopique des mécanismes de friction liquide-solide et ouvrira la voie à des applications innovantes en nanofluidique.

Contexte de travail

Le projet doctoral s'effectuera au Laboratoire de Physique de l'École Normale Supérieure, situé au 24 rue Lhomond, Paris 5e. Camille Scalliet dispose d'une expertise en simulations numériques de liquides et solides désordonnés, ainsi que la mise au point d'algorithme performants. Ce projet se déroulera en collaboration étroite avec le groupe Micromégas au sein du meme laboratoire LPENS sur les aspects théoriques et expérimentaux.

Contraintes et risques

Ce projet est théorique, il n'existe donc pas de conditions de sécurité spécifiques.