Doctorat de physique expérimentale - mousses liquides adhésives (h/f)

Sujet de thèse :
Bulles collantes et nouvelles mousses liquides
Contexte :
Les mousses liquides jouent un rôle central dans la transition écologique et énergétique. Grâce à leurs excellentes propriétés d’isolation thermique, elles optimisent l’efficacité énergétique des bâtiments et des infrastructures. Elles présentent de nombreuses applications, telles que le nettoyage et la décontamination des surfaces et des espaces confinés, la capture et le contrôle des poussières sur les chantiers de construction ou les sites industriels, le traitement des eaux usées, ou encore la séparation par flottation des matériaux finement divisés. Par ailleurs, de nouveaux procédés émergent, exploitant les propriétés des mousses pour extraire les métaux précieux issus du recyclage des appareils électroniques (urban mining), contribuant ainsi à une gestion plus durable des ressources et des déchets urbains. D’autres applications potentielles incluent l’amélioration et la réhabilitation des sols, ainsi que le stockage du CO2 en sous-sol. Les mousses liquides sont des matériaux multifonctionnels qualifiés de « complexes », car elles sont composées d’un ensemble de bulles de tailles et de concentrations variables dans un liquide. Pour exploiter pleinement leurs avantages, il est essentiel de maîtriser leurs techniques de production, de contrôler leur évolution au fil du temps (vieillissement), et de prédire leurs propriétés physiques, aussi bien à l’état liquide qu’à l’état solide (durci). Malgré les progrès significatifs de la recherche au cours des vingt dernières années, de nombreux aspects restent encore à approfondir.
Nous proposons d’explorer un nouveau type de mousse liquide dont les bulles, au lieu de se repousser comme dans les mousses classiques, adhèrent les unes aux autres lors du contact, jusqu’à ce qu’une force suffisante les sépare. Ces mousses à bulles adhésives constituent un domaine encore inexploré, ouvrant ainsi un champ de recherche inédit, riche en découvertes potentielles et en perspectives d’application. L’adhésion entre bulles devrait modifier en profondeur l’organisation interne de la mousse, donnant lieu par exemple à des structures denses où les bulles forment un réseau compact, entrecoupé d’espaces inoccupés (voir illustration). Ces changements microstructuraux influencent nécessairement les propriétés mécaniques et dynamiques de la mousse. L’objectif de cette thèse est d’étudier ces propriétés et d’en dégager les principales caractéristiques.
L'effet de l'adhésion entre les bulles sur la microstructure de la mousse sera étudié sous deux aspects : d'une part, dans une mousse au repos, en analysant l'agencement des bulles en fonction de leur fraction volumique ; d'autre part, lors d'un écoulement dans des géométries confinées (microfluidique), conçu pour induire des réarrangements topologiques et examiner la réorganisation des bulles qui en découle. Cette approche permettra de manipuler ces
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