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Thèse : Physique des films granulaires et des billes de gaz (H/F)

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Informations générales

Référence : UMR8205-FLOROU-002
Lieu de travail : CHAMPS SUR MARNE
Date de publication : lundi 11 mai 2020
Nom du responsable scientifique : Florence Rouyer
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Des recherches menées au laboratoire Navier dans la continuité des travaux précurseurs de Pickering ont récemment permis de produire de nouveaux objets pouvant être décrits comme des poches de gaz dans l'air, nommés : bille de gaz (gas marble) [1]. Ils sont constitués de gaz entouré d'une couche de grains piégés dans un mince film liquide dans un environnement gazeux. La résistance mécanique exceptionnelle de leur coque granulaire (film granulaire) leur promet de nombreuses applications [2] (par exemple, pour l'encapsulation de gaz, l'élaboration de matériaux de porosité hiérarchique, d'isolant acoustique, d'amortisseur de vibrations).
À l'échelle microscopique, trois mécanismes physiques sont à l'origine des interactions entre les grains : la capillarité, les contacts entre grains et la dissipation visqueuse (dans le film liquide et aux interfaces liquide/gaz). Les questions fondamentales que soulève l'existence de ces objets sont : Comment la microstructure de la phase dispersée et les interactions à l'échelle microscopique sont-elles liées et affectent-elles le comportement global du matériau ? Les billes de gaz et d'autres systèmes triphasiques (matériaux granulaires humides-non saturés, mousses de Pickering et mousses granulaires) constituent-ils une même classe de matériaux dans le sens où ils obéissent aux mêmes lois de comportement mais avec des paramètres d'état différents définis par la physique à l'échelle microscopique ?

Dans le cadre de la thèse, des expériences seront menées permettant une compréhension des mécanismes de création de ces nouveaux objets et de caractériser les propriétés mécaniques des films granulaires et des billes de gaz. L'étude des deux systèmes a pour objectif de corréler les deux échelles. D'une part, le comportement à l'équilibre d'une bille de gaz ou d'une assemblée de billes de gaz sera mis en regard des propriétés élastiques de la membrane/coque. D'autre part, les propriétés dynamiques d'une bille de gaz ou d'une assemblée de billes de gaz seront étudiées par propagation d'ondes acoustiques et interprétées à partir des propriétés d'atténuation du film granulaire et du réseau de l'assemblée. La structure multi-échelle et ternaire du matériau pourrait révéler différents modes de couplage particulièrement prometteurs au regard des applications potentielles.

[1] Y. Timounay, O. Pitois, F. Rouyer, Gas Marbles: Much Stronger than Liquid Marbles, Phys. Rev. Lett. (2017). doi:10.1103/PhysRevLett.118.228001.
[2] “Gas Marbles” Store Air in Strong Spheres, June 2, 2017• Focus Physics 10, 62. 'Gas marbles' surprise with their strength, Kira Welter, Chemistry World, 14 June 2017. “Fortified gas marbles are 10 times stronger than regular bubbles”, Daily news, News Scientist, 8 June 2017. “Gas marbles are tough when squeezed”, Physics Today, 5 Jul 2017 in Research & Technology. “Robust marbles are made of air”, Physics World, 06 Jun 2017.

Contexte de travail

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR PRC PhyGaMa démarrant en janvier 2020 qui a pour objectif d'étudier la physique des billes de gaz. Ce projet implique des chercheurs du laboratoire NAVIER (UMR CNRS, Ecole des Ponts et Université Gustave Eiffel) et des chercheurs du laboratoire FAST (UMR CNRS, Université Paris-Saclay). La thèse se déroulera au sein de l'équipe Rhéophysique du laboratoire NAVIER à Champs-sur-Marne. Des visites au FAST pourront être programmer de manière ponctuelle.

Contraintes et risques

RAS

Informations complémentaires

Le candidat devra être titulaire d'un diplôme de master (ou d'ingénieur) en mécanique ou physique. Le poste nécessite des connaissances en physique des liquides, de la matière molle et des milieux granulaires, des compétences expérimentales (traitement d'image, mise en place de dispositifs d'acquisition de mesures …) et de bonnes aptitudes de communication orale et écrite (français et anglais nécessaires). La motivation, le sérieux, la capacité de travail en autonomie et en équipe seront pris en compte lors du recrutement.
Les candidatures devront inclure un CV détaillé ; au moins deux références (personnes susceptibles d'être contactées) ; une lettre de motivation d'une page ; un résumé d'une page du mémoire de master ; les notes de Master 1 et 2 ou d'école d'ingénieur).

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