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Proposition de thèse

 

Matériaux polymères structurés à partir des mousses liquides auto-organisées

 

Bourse de thèse Université Paris Sud-BASF 2008 - 2011 Laboratoire de Physique des Solides, Université Paris-Sud, Orsay, France

 

Description du projet

Composées de bulles gazeuses intégrées dans une phase polymère continue, les mousses polymères sont caractérisées par un spectre de propriétés complexes comme, par exemple, une excellente isolation thermique et acoustique, un amortissement mécanique, une forte absorption des liquides, une diffusion complexe de la lumière, … En conséquence, elles sont utilisées extensivement dans de nombreuses applications. Des développements plus récents emploient les mousses comme des matériaux extravagants : avec leur large rapport surface-volume, elles forment des catalyseurs idéaux ; les nano-mousses offrent une isolation presque parfaite ; les mousses qui contiennent des nano-tubes de charbon combinent la conductivité électrique et une forte capacité de résistance mécanique dans le même matériau.

Les propriétés de ces matériaux sont largement contrôlées par leurs paramètres structuraux, comme les tailles des bulles, leur arrangement et la densité de la mousse. Malheureusement, le contrôle précis de ces paramètres est extrêmement difficile avec les méthodes de génération des mousses polymères utilisées aujourd’hui.

Pour cette raison, le but de ce projet est de développer une approche nouvelle de la solidification des mousses se déroulant en deux phases : une mousse liquide avec des propriétés bien contrôlées est d’abord crée et ensuite solidifiée. De cette façon nous pouvons bénéficier des développements dans le domaine des mousses liquides, dont la structure peut être contrôlée et modelée avec une grande précision. En particulier, cette thèse va employer et optimiser des techniques micro-fluidiques pour la génération des mousses liquides, ordonnées et auto-organisées, qui sont composées des petites bulles (micro-mètres – millimètre) ayant le même volume.

 

 

Ensuite, ces mousses vont être solidifiées in situ, en utilisant une variété de techniques de polymérisation avec le but de développer des matériaux avec des propriétés bien contrôlées. D’un point de vue fondamental, cette partie implique la compréhension de la polymérisation sous confinement ou en présence de bulles. Le thésard sera accueilli au “Laboratoire de Physique des Solides” (LPS, www.lps.u-psud.fr) de l’Université Paris-Sud, Orsay en France, mais il/elle travaillera également en interaction avec l’entreprise BASF SE Ludwigshafen (www.basf.fr) en Allemagne.

Ayant été fondé par le prix Nobel Pierre-Gilles De Gennes, le département de Matière Molle du LPS avec son expertise dans le domaine des polymères et – plus récemment – des mousses, met à disposition un environnement de recherche unique pour cette thèse, avec la possibilité de nombreuses interactions dans le département. De plus, la matière molle est un domaine très développé sur la région parisienne ce qui donne des possibilités de collaborations variées.

 

Caractère de la thèse : en majeure partie expérimentale Salaire : 1500 Euro net par mois + finances pour voyager (BASF en Allemagne, conférences, écoles d’été, etc.), livres et un ordinateur portable Durée : 3 ans (début automne 2008)

 

Questions ou candidatures (avec CV et une lettre de motivation) à : Wiebke Drenckhan

en savoir plus sur l’équipe et le partenaire industriel

 

Proposition de stage

 

Drainage de Films de polymères

 

Une mousse est la dispersion de bulles de gaz dans une phase liquide. D’utilisation quotidienne (détergent, mousses alimentaires, mousses solides...), sa stabilité n’en reste pas moins une énigme. En particulier, le liquide et le gaz ont tendance à se séparer au cours du temps par drainage (écoulement du liquide par gravité) comme on le voit sur la figure 1. Les liens entre la vitesse de drainage et les propriétés physico chimiques de la solution liquide sont encore très mal connus, en particulier pour les solutions de liquides complexes, contenant des polymères qui sont couramment utilisés industriellement.

Au laboratoire, des expériences ont été réalisées sur des films isolés contenant des tensioactifs et des polymères. Une méthode indirecte permet de mesurer la viscosité des liquides en cas de fort confinement comme c’est le cas dans les parois d’une bulle de savon (figure 2). Il a été montré que les viscosités observées à petite échelle sont très différentes de celles mesurées en volume.

Le sujet du stage est de faire des mesures macroscopiques de drainage dans des films et de les corréler aux mesures effectuées précédemment. Il s’agit d’utiliser des mesures de visualisation comme celle de la figure 3 pour extraire les vitesses de drainage. Le travail se fera en collaboration avec un thésard effectuant des mesures sur les films de polymères.

 

Proposition de thèse

Mousses liquides en microgravité

Description du projet

Une mousse liquide est un arrangement complexe de bulles stabilisées par des molécules tensioactives. Elles sont omniprésentes dans notre quotidien comme dans les applications industrielles, que ce soit parce qu’elles sont nécessaires (mousses alimentaires ou cosmétiques, combat contre le feu…) ou parce qu’on essaie de les éviter (mousses parasites dans les procédés industriels).

Le but de ce projet de thèse est de travailler sur différentes molécules tensioactives bien connues (savons, polymères, protéines) ou complètement nouvelles dans le monde des mousses (cristaux liquides, nano-particules nano-disques…). Changer les tensioactifs permet, en effet de générer des mousses de stabilité complètement différente. Par exemple, des premières expériences ont été effectuées avec des nanoparticules qui permettent de fabriquer des mousses super stables (certaines sont au laboratoire depuis 9 mois !) et un but du projet est de comprendre et de contrôler cette stabilité.

Dans cette compréhension, la gravité joue un rôle important puisqu’un des grands facteurs de déstabilisation des mousses est le drainage qui génère l’écoulement du liquide entre les bulles. Des expériences en microgravité seront mises en place sur la Station Spatiale Internationale (ISS) et en vols paraboliques permettront, en évitant le drainage d’avoir une meilleure compréhension des autres modes de déstabilisation des mousses.

Cette thèse offre la possibilité de préparer et d’analyser le travail effectué sur l’ISS. Les expériences en vol seront couplées à des expériences sur terre pour lier stabilité des mousses et propriétés interfaciales. Des mousses monodisperses contrôlées seront générées par des techniques de micro-fluidique et leur stabilité étudiée par diffusion de la lumière, par des mesures de conductivité et par visualisation directe. Par ailleurs, les propriété de surface seront étudiées par microscopie, propagation d’ondes ou rhéologie de surface.

Qualité requises

- Goût pour l’experimentation
- Qualité d’organisation permettant la mise en place de vols paraboliques
- Bon anglais (écrit et oral)

Colaborations

- D. Durian, University of Pennsylvania,, USA
- D. Weaire, Trinity College Dublin, Ireland
- R. Hoehler, Université de Marne-la-Vallee, France
- A. Saint-Jalmes, Université de Rennes, France
- N. Vandewalle, Université de Liège, Belgique
- Partenaire industriel : ASTRIUM, Germany

Plus d’information :

- Site web