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Nouvelles mousses formées d'assemblages denses de ballons : relations structure-propriété (H/F)

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Informations générales

Référence : UPR22-WIEDRE-001
Lieu de travail : STRASBOURG
Date de publication : lundi 13 mai 2019
Nom du responsable scientifique : Wiebke Drenckhan-Andreatta
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les mousses liquides sont constituées de bulles de gaz empilées les unes contre les autres dans une phase liquide. La manière dont les bulles se déforment dans cet empilement est contrôlée par l'énergie associée aux interfaces gaz/liquide, ce qui crée des contraintes très strictes quant aux types de structures de mousses pouvant être obtenues [1].

Un nombre croissant de systèmes de mousses modernes reposent sur des formulations qui rendent l'interface gaz/liquide semblable à une « peau » via l'adsorption de protéines, de polymères synthétiques ou de nanoparticules, donnant aux bulles une nature semblable à celle d'un ballon (« bullons »). Ceci introduit des forces d'interaction supplémentaires entre les bulles, entraînées par une élasticité interfaciale, une adhésion et/ou un frottement. Les « bullons » qui en résultent s'organisent alors très différemment dans la mousse [2], ce qui conduit à un nouveau type de structures de mousses et donc à des relations structure-propriété différentes.

L'objectif général de cette thèse est d'utiliser un système modèle de « bullons » aux propriétés physiques bien contrôlées afin d'établir de quelle manière les propriétés de la peau modifient les interactions entre les bullons et donc les structures de mousses obtenues. En collaboration avec le MSC de Paris Diderot, nous explorerons l'impact de ces nouvelles structures sur la propagation du son, l'objectif à long terme étant la création de métamatériaux acoustiques ne permettant pas le passage de certaines plages de fréquences.

La création des bullons modèles sera basée sur le dépôt de multi-couches de polyélectrolytes sur les surfaces de bulles [3, 4]. Nous caractériserons ensuite les propriétés physiques de la peau obtenue, ainsi que les interactions entre deux bullons. La dernière étape du projet consistera à générer des mousses complètes avec ces objets à l'aide de techniques microfluidiques et à analyser leurs propriétés structurelles à l'aide de tomographie aux rayons X. L'analyse structurelle sera couplée à la caractérisation acoustique en collaboration avec le MSC.

D'une part, un fort feedback entre l'optimisation des bullons et l'analyse structurelle des mousses obtenues nous permettra d'approfondir notre compréhension de l'empilement d'objets hautement déformables dont les interactions sont entièrement dictées par des effets interfaciaux. D'autre part, un fort feedback avec des mesures acoustiques nous permettra d'établir et d'optimiser les relations structure-propriété en vue de la conception de nouveaux métamatériaux auto-assemblés.

[1] Drenckhan, W. and S. Hutzler, Structure and energy of liquid foams. Advances in Colloid and Interface Science, 2015. 224: p. 1-16.
[2] Giustiniani, A., et al., Skinny emulsions take on granular matter. Soft Matter, 2018. 14(36): p. 7310-7323.
[3] Safouane, M., R. Miller, and H. Möhwald, Surface viscoelastic properties of floating polyelectrolyte multilayers films: A capillary wave study. Journal of Colloid and Interface Science, 2005. 292(1): p. 86-92.
[4] Le Tirilly, S., et al., Interplay of Hydrogen Bonding and Hydrophobic Interactions to Control the Mechanical Properties of Polymer Multi layers at the Oil-Water Interface. Acs Macro Letters, 2015. 4(1): p. 25-29.

Contexte de travail

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L'environnement professionnel :

La thèse sera effectuée dans le cadre du projet européen "Metafoam". La thèse sera co-encadré par François Schosseler, chercheur à l'ICS.

Le doctorant ou la doctorante deviendra membre de l'équipe PMTP qui regroupe 7 chercheurs permanents, 2 ingénieurs permanents et 10 personnels non permanents (post-doctorants, doctorants et ingénieurs).

Collaborations au sein de l'ICS :

• Leandro Jacomine (ingénieur PMTP, caractérisation des propriétés de la peau et des interactions entre les bullons)
• Damien Favier (ingénieur PMTP, tomographie à rayons X)
• Fouzia Boulmedais (chercheuse dans l'équipe PECMAT, multicouches de polyélectrolytes)

Collaborations (inter)nationales:

• Valentin Leroy (MSC Paris Diderot, acoustique des mousses et métamatériaux acoustiques)
• Matthias Schröter (MPI Goettingen, physique des assemblages granulaires moux)

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Les activités du poste :

La thèse est en grande partie expérimentale. Le doctorant ou la doctorante va :

• utiliser une gamme de dispositifs commerciaux (mesures de tension interfaciales, rhéologie interfaciale, tomographie à rayons X, etc.)
• développer des montages expérimentaux (microfluidique, imagerie, etc.)
• travailler avec des ingénieurs qui développent des dispositifs dédiés (caractérisation de la peau et des interactions de bullons)
• travailler avec les plateformes techniques de l'Institut (caractérisation des polymères, microscopie électronique)

Le doctorant ou la doctorante va également :
• analyser et interpréter les résultats (en utilisant des outils analytiques et informatiques)
• communiquer les résultats (sous forme écrite et orale)
• travailler en équipe (anglais et français parlés)
• collaborer avec des chercheurs et des ingénieurs au sein de l'institut et en France / Allemagne

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Les compétences attendues (savoir-faire et savoir être) :
• Expérience en physique et/ou en physico-chimie
• Goût pour le travail expérimental
• Indépendance
• Capacité à et désir de travailler en équipe
• Bon niveau d'anglais

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