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H/F doctorant-e: Physique des assemblages bulles-fibres et structures de mousses

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : lundi 6 juin 2022

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Informations générales

Référence : UPR22-WIEDRE-004
Lieu de travail : STRASBOURG
Date de publication : lundi 25 avril 2022
Nom du responsable scientifique : Wiebke Drenckhan & Aurélie Hourlier-Fargette
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 3 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2135 Euro brut par mois

Description du sujet de thèse

Résumé :
L'auto-assemblage mécanique de bulles au sein d'une phase liquide continue forme des mousses dont la structure est dictée par la capillarité, et plus précisément par la minimisation des énergies interfaciales [1]. La solidification de tels assemblages produit des matériaux cellulaires particulièrement souples [2].

L'objectif de ce sujet de thèse est de s'intéresser à la physique des mousses au-delà de la capillarité et d'étudier l'auto-assemblage mécanique de bulles et de fibres (ou d'inclusions élastiques). Les énergies élastiques additionnelles (courbure, étirement) modifient les structures d'équilibre habituelles des mousses. Nos travaux récents s'intéressent à ces modifications dans le cadre d'un système modèle à deux dimensions (ruban élastique dans un assemblage de bulles 2D) [3]. La présence d'inclusions élastiques modifie aussi l'évolution temporelle des mousses, en agissant sur les différents mécanismes classiques de vieillissement des mousses tels que le drainage, le mûrissement et la coalescence [1]. Dans une approche dite de « liquid-foam templating », c'est-à-dire en utilisant la structure d'une mousse liquide pour former des matériaux cellulaires après solidification [4], la compréhension et le contrôle de la structure et de la dynamique des systèmes mousses-fibres à l'état liquide sont cruciaux pour contrôler la structure solide résultante.

Une étape clé de la thèse sera d'étudier des systèmes modèles mousse-fibres spécifiquement conçus pour répondre aux questions suivantes : comment la compétition entre élasticité et capillarité modifie-t-elle la structure des mousses ? Quels sont les outils d'analyse les plus pertinents pour réaliser une étude statistique des structures, permettant d'identifier la localisation des fibres et leur influence sur l'architecture de la mousse ? Quelle est l'évolution temporelle de systèmes mousse-fibres et comment se compare-t-elle aux mousses ordinaires ?

Deux défis importants seront (1) de développer un dispositif expérimental permettant une étude systématique de l'auto-assemblage mécanique de bulles et de fibres en utilisant des outils microfluidiques, et (2) d'analyser les structures obtenues en utilisant le micro-tomographe de pointe présent à l'ICS. La thèse sera essentiellement expérimentale mais pourra être accompagnée par des simulations numériques et des traitements d'images 3D avancés. Les premières expériences seront menées sur des mousses aqueuses [1], avant de poursuivre sur des systèmes susceptibles de solidifier.

Cette approche rassemble deux champs disciplinaires qui attirent une communauté scientifique croissante : les interactions entre liquides et solides élastiques (élastocapillarité) et la physique des mousses. Cette thèse permettra donc des interactions avec des domaines différents et des chercheurs aux parcours variés. L'étudiant.e en thèse aura également la possibilité d'explorer les applications potentielles de tels systèmes dans les domaines émergents de l'électronique flexible (en utilisant des fibres conductrices) ou des matériaux biomimétiques (en fabriquant des mousses qui reproduisent des architectures naturelles légères et robustes).

Activités principales :
La thèse est principalement expérimentale. Le/la doctorant.e sera amené.e à :
• développer des dispositifs expérimentaux (expériences modèles, microfluidique, imagerie, etc.)
• utiliser certains dispositifs commerciaux (microscopie, mesures de tensions interfaciales, tomographie X, etc.), en travaillant avec des ingénieurs de l'équipe sur certains aspects
• analyser et interpréter les résultats (en utilisant des outils théoriques et numériques)
• developper des modèles/travailler en collaboration avec l'équipe théorie (TSP) pour comparer les résultats expérimentaux à des modélisations
• éventuellement réaliser des simulations numériques utilisant des techniques de type éléments finis (Marc, Surface Evolver)
• communiquer ses résultats (à l'écrit et à l'oral)
• travailler au sein d'une équipe (langues utilisées : anglais et français)
• collaborer avec des chercheurs et ingénieurs de l'institut et au delà

Compétences requises :
• Parcours en physique
• Goût prononcé pour le travail expérimental
• Autonomie
• Capacité et envie de travailler en équipe autour du projet
• Bon niveau d'anglais

Procédure de candidature :
Candidature accompagnées d'un CV détaillé, d'une lettre de motivation, et d'au moins une lettre de recommandation d'un encadrant précédent. Pour nous contacter par email en cas de besoin d'informations complémentaires : hourlierfargette@unistra.fr ou drenckhan@unistra.fr



[1] Cantat, I., Cohen-Addad, S., Elias, F., Graner, F., Höhler, R., Pitois, O., ... & Saint-Jalmes, A. (2013). Foams: structure and dynamics. OUP Oxford.
[2] Ashby, M. F. (2006). The properties of foams and lattices. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 364(1838), 15-30.
[3] Jouanlanne, M., Egelé, A., Favier, D., Drenckhan, W., Farago, J., & Hourlier-Fargette, A. (2022). Elastocapillary deformation of thin elastic ribbons in 2D foam columns. Soft Matter, 18(12), 2325-2331.
[4] Andrieux, S., Quell, A., Stubenrauch, C., & Drenckhan, W. (2018). Liquid foam templating–A route to tailor-made polymer foams. Advances in Colloid and Interface Science, 256, 276-290.

Contexte de travail

Le/la doctorant.e fera partie du projet ERC “Metafoam”, et deviendra membre de l'équipe MIM qui rassemble 10 chercheurs permanents, 3 ingénieurs permanents, en environ 10 personnels non permanents (postdocs, doctorant.e.s, ingénieur.e.s). Il/elle sera pleinement impliqué.e dans la vie scientifique du laboratoire, incluant des réunions hebdomadaires de toutes les personnes travaillant autour des mousses à l'ICS, et travaillera aussi en collaboration avec des membres de l'ICS de différentes équipes, dont (liste non exhaustive) :
• Jean Farago (professeur, équipe TSP team, théorie des systèmes faisant intervenir élasticité et capillarité)
• Thierry Charitat (professeur, équipe MCube, physique des fibres et des systèmes modèles)
• Ingénieurs de la plateforme MINAMEC de l'ICS (tomographie X et caractérisation mécanique)

Contraintes et risques

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